COF del film flow wrap y ventana de temperatura de mordazas: cómo ajustar la tracción de los rodillos de aleta y el inicio del sellado transversal a la estructura del laminado

Por qué falla el film flow wrap en dos interfaces distintas de la máquina: arrastre en el cajón formador (COF) frente a transferencia térmica en las mordazas (SIT)

Una envasadora horizontal de formado, llenado y sellado (HFFS) somete la bobina plana a fuerzas de fricción y térmicas acopladas. Tal como detalla la documentación de ensayos de envases de RDM Test Equipment Ltd., el film plano debe primero desplegarse y deslizarse sobre un formador metálico (COF estático y dinámico según ASTM D1894 / ISO 8295). Simultáneamente, como documenta Greener Corporation para los conjuntos de rodillos de aleta de las envasadoras horizontales, la mayoría de las máquinas utilizan dos o tres pares de rodillos de aleta longitudinales: el primer par (normalmente sin calefacción) actúa como punto de tracción principal que arrastra el tubo de film hacia delante a través de la envasadora, mientras que el segundo y tercer par (calefactados) sueldan la aleta longitudinal y guían el tubo hacia el cabezal de mordazas transversales. Para consultar la secuencia previa de 5 etapas de la máquina y la fórmula de dimensionamiento del ancho de bobina plana desplegada (W_web = 2(W_prod + H_prod) + 2W_fin + C_forming, donde W_fin es habitualmente 12–15 mm y C_forming es 10–18 mm), vea nuestra guía sobre qué es el flow wrapping y cómo funciona una envasadora flow wrap.

¿Por qué un cambio de bobina que mejora la adhesión del sellado transversal provoca de repente un encogimiento en la longitud de bolsa o atascos en el cajón formador? La comparación de las fichas técnicas (TDS) de Toray Films Europe SAS ilustra la contrapartida entre rebajar la temperatura de inicio de sellado (SIT) y el aumento de la fricción sellante contra sellante: el BOPP termosellable metalizado estándar Torayfan® PAX y PAX-O (12, 15, 20, and 30 µm) especifica una SIT (> 2 N/25 mm) de 105 °C y un COF dinámico (Kd) sellante-sellante según ASTM D1894 de 0.4. Al pasar al BOPP metalizado de baja SIT Torayfan® PWS3 (15 µm y 17.5 µm), la SIT (> 2 N/25 mm) se reduce en 20 °C hasta 85 °C y aporta un hot tack de 3 N/25 mm a 121 °C, mientras que el COF ASTM D1894 sellante-sellante sube de 0.4 a 0.6.

Como señala el análisis de ingeniería de polímeros de PAXXUS (Doug Dodrill y Henk Blom, PhD), el COF del sellante interno también gobierna el control del producto dentro del tubo: si el COF interno es demasiado bajo, los productos pueden deslizarse hacia atrás e invadir la zona de sellado transversal cuando la mordaza delantera comprime el tubo de film; si el COF interno es demasiado alto, la banda ofrece resistencia al plegado y se apelotona durante el colapso tridimensional a bidimensional en las mordazas de sellado, generando arrugas y fugas por canales.

Cómo leer las fichas técnicas de films flow wrap: COF, SIT, rango de sellado y hot tack en 7 grados de referencia de BOPP y OPP

Antes de pedir bobinas cortadas de producción o programar una prueba en fábrica, compare la ficha técnica (TDS) del convertidor de film en cinco filas concretas: espesor (µm o galga), COF estático y dinámico según ASTM D1894 / ISO 8295 (observando si se mide como Acrylic/Acrylic, sobre la cara externa tratada para impresión, sobre caras no tratadas NT/NT o sealant-to-sealant), temperatura mínima de inicio de sellado (SIT) o rango de termosellado, encogimiento térmico (ASTM D1204 o ensayo en horno a 130–140 °C) y hot tack (ASTM F1921).

La matriz de referencia siguiente recopila las especificaciones publicadas por los fabricantes para siete bandas comerciales de BOPP y OPP recubierto para flow wrap de Taghleef Industries, Toray Films Europe SAS, Toray Plastics (America), Inc., Multi-Plastics / Bicor™ y TOPPAN Packaging.

Tracción frente a deslizamiento en los rodillos de aleta: por qué subir el calor del sello longitudinal provoca encogimiento de bolsa y perforación por quemado

Cuando un film de alto COF se frena sobre el arado formador metálico o patina entre los rodillos de aleta longitudinales, las bolsas salen más cortas que la longitud de corte programada y el registro de tacha óptica se desvía. Tal como documenta Greener Corporation en su guía de optimización de rodillos de aleta para flow wrappers, los operarios suelen responder aumentando la presión de apriete de los rodillos o la temperatura de los calefactores de la aleta: un parche temporal que acelera el desgaste mecánico y empeora el guiado del film.

Incrementar la presión de apriete y la carga térmica sobrecarga los rodamientos de los ejes de los rodillos de aleta, mientras que el exceso de calor en los rodillos reblandece la banda flexible, provocando un mayor deslizamiento, distorsión de la soldadura y la fusión completa del sello longitudinal. Dado que el primer par de rodillos de aleta (normalmente sin calefacción) proporciona la tensión de arrastre hacia delante y los pares segundo y tercero sueldan la aleta y guían el tubo, resolver el deslizamiento de la banda exige separar la tracción mecánica en el Par 1 de la transferencia térmica en los Pares 2 y 3.

Ciclos térmicos de las mordazas transversales, hot tack según ASTM F1921 y sellado en las transiciones de espesor

Tal como define Greener Corporation para envasadoras flow wrap horizontales y envasadoras verticales, el rango de sellado de un material de envase es la diferencia de temperatura entre la temperatura de inicio de sellado (SIT) de la capa sellante interna y la temperatura de distorsión de la capa estructural externa o central. El calor debe conducirse desde las caras de las mordazas transversales a través de las capas externa y central para elevar el sellante interno por encima de su SIT durante la breve ventana de contacto de las mordazas (t_dwell). Utilizando la línea base de mordaza rotativa doble (2-up) calculada en nuestra guía de ingeniería de flow wrapping horizontal —donde t_dwell = (θ_contact / 360°) × (60 / (PPM / N_up)) arroja 44.4 ms de contacto de mordaza y 28.80 m/min de velocidad lineal de film a 180 packs/min (N_up = 2 pares de mordazas a 90 rpm, θ_contact = 24°, L_bag = 160 mm, D_rot = 102 mm)—, aumentar la velocidad de línea comprime directamente el tiempo de permanencia y estrecha el rango efectivo de sellado.

Durante la producción estable, la temperatura de las mordazas desciende ligeramente a medida que el calor se transfiere a la banda de film en movimiento y se recupera cuando se activan los cartuchos calefactores, oscilando unos pocos grados. Cuando la línea se detiene, el calor deja de transferirse al film y la temperatura de las mordazas se dispara; cuando la envasadora vuelve a arrancar, la temperatura de las mordazas cae de forma acusada antes de que los cartuchos calefactores logren recuperarse. Si un operario ajusta la temperatura de las mordazas cerca del límite superior de la ventana de sellado de un film (por ejemplo, acercándose al límite superior de 130–140 °C de Taghleef TSS, donde el encogimiento térmico alcanza 6.0% MD / 3.0% TD a 130 °C, o 140 °C en Torayfan® PAX, donde el encogimiento llega a 6.3–6.9% MD), un pico térmico por parada de línea distorsiona la capa central, mientras que la posterior caída térmica en el rearranque deja al sellante interno por debajo de su SIT de 105 °C y produce envases con fugas sin sellar. Greener Corporation informa de que las mordazas de sellado mecanizadas en aleación Dura-Therm de alta conductividad reducen las fluctuaciones del ciclo térmico en un 80% or more, preservando la ventana efectiva de sellado en monomateriales reciclables de ventana estrecha.

La integridad del sellado transversal se ve aún más comprometida por las transiciones de espesor a lo ancho del sello extremo. Como documenta Greener Corporation, las transiciones en el sello transversal entre distintos espesores de film creadas por la aleta longitudinal, el solape, los fuelles y las arrugas dificultan el mantenimiento de la ventana operativa necesaria para obtener sellos de calidad:

• Presión insuficiente de las mordazas en las transiciones de espesor: Deja intersticios o fugas en las zonas de transición formadas por la aleta longitudinal, el sello solapado, los fuelles y las arrugas.
• Exceso de presión mecánica en las mordazas: Aplasta o agrieta fácilmente el sello extremo al pasar entre distintos espesores de film.
• Sobrecalentamiento y bajo hot tack ("moons"): El sobrecalentamiento deforma la soldadura y provoca un hot tack deficiente, haciendo que el film vuelva a abrirse en las zonas de transición formando medias lunas ("moons") antes de que el sello pueda fraguar.

¿Por qué algunas bolsas superan las pruebas de pelado a temperatura ambiente pero siguen abriéndose en huecos con forma de media luna a la salida de la envasadora? Tal como explican RDM Test Equipment Ltd. e Intertek Testlopedia, las termosoldaduras de laboratorio formadas bajo condiciones controladas de Temperatura + Presión + Tiempo (ASTM F2029) deben evaluarse conforme a dos normas distintas: ASTM F88 / F88M mide la fuerza final de sellado tras el enfriamiento, mientras que ASTM F1921 / F1921M Método B mide la resistencia en caliente (Hot Tack) ensayando al pelado el sello dentro de los 150 ms posteriores a su formación (utilizando tiras de 15 mm, 25 mm o 1.00 in de ancho por 30–35 cm / 12–14 in de largo) para registrar la temperatura umbral de sellado, la fuerza máxima de hot tack y el rango térmico de hot tack. Una formulación de recubrimiento con una elevada fuerza de sellado en frío —como el recubierto acrílico por ambas caras Bicor™ AB (540–600 g/in a 260 °F / 126 °C, 20 psi, 0.75 s)— puede presentar sin embargo un hot tack bajo, razón por la cual Multi-Plastics / Bicor señala explícitamente que Bicor™ AB no se recomienda como banda sellante en máquinas VFFS y ofrece en su lugar Bicor™ ASB-X recubierto de PVdC (600–700 g/in) o Torayfan® PWS3 de baja SIT (3 N/25 mm de hot tack a 121 °C) cuando se requiere un alto hot tack.

Cuando un laminado barrera grueso o una estructura de papel requiera más tiempo de conducción térmica del que puede suministrar una mordaza rotativa sin sobrecalentar la cara externa, evalúe una arquitectura de mordazas acompañantes utilizando nuestra comparativa entre sellado extremo box-motion y rotativo.

Film flow wrap de termosellado frente a sellado en frío: recubrimientos cohesivos por patrón, COF de la cara desmoldeante y límites de velocidad

Al envasar productos sensibles al calor —como tabletas de chocolate moldeado, barritas bañadas, barritas de granola y proteína nutricional, productos de horneo o helados detallados en nuestra guía de envasado flow wrap para dulces y chocolates—, el calor radiante y por conducción procedente de los rodillos de aleta y las mordazas calefactadas (85 °C de SIT en Torayfan® PWS3 o rango de termosellado de 105–140 °C en Taghleef TSS) puede provocar eflorescencia (bloom) en el chocolate o fundir los recubrimientos, especialmente durante las paradas de línea. El film flow wrap de sellado en frío (cold seal) resuelve tanto el daño térmico al producto como el retardo de conducción a alta velocidad al sustituir la fusión térmica del polímero por un recubrimiento cohesivo base agua aplicado por patrón exclusivamente en los márgenes internos del sello de aleta y de los sellos extremos.

Tal como documenta TOPPAN Packaging en su guía técnica de sellado en frío, los recubrimientos cohesivos cold seal se adhieren únicamente a sí mismos bajo la sola presión mecánica de los rodillos y las mordazas, sin requerir calor alguno. Dado que la envasadora ya no tiene que esperar a que el calor atraviese por conducción la banda externa impresa y el núcleo barrera, TOPPAN Packaging informa de que el envasado flow wrap con sellado en frío incrementa las velocidades de línea en un 30%–50% en comparación con los films termosellables de baja temperatura y duplica (2×) las velocidades de línea de los procesos de termosellado tradicionales, al tiempo que elimina las marcas térmicas, mejora la precisión del registro de tacha óptica y prolonga la vida útil de las cuchillas de corte y de las mordazas de sellado.

Cómo adecuar la estructura del film, el COF y el ancho de bobina cortada a las configuraciones flow wrap de LINEVO

Las fábricas de film europeas y norteamericanas cortan bobinas madre de BOPP de hasta 340–2450 mm de ancho sobre mandriles de cartón de 152.8 mm (6 in) de diámetro interior (Toray Films Europe SAS para Torayfan® PAX, PWS3 y BMS), mientras que las bobinas convertidas estándar para envasadoras flow wrap se suministran en mandriles de 76 mm (3 in) con un diámetro exterior de 305 mm (longitud de bobina de 4,250 m en 15 µm hasta 1,350 m en 48 µm para Taghleef TSS, o 337 mm de diámetro exterior en mandriles de 152 mm). Antes de montar una bobina en una envasadora flow wrap horizontal, siga las pautas básicas de almacenamiento y manipulación de Taghleef Industries: almacene las bobinas de BOPP entre 20 °C to 30 °C, acondiciónelas en la sala de envasado durante al menos 24 hours antes de procesarlas para alcanzar el equilibrio térmico y de deslizamiento, y utilice el BOPP termosellable dentro de los 6 months posteriores a su fabricación.

Dentro de las 30 configuraciones de envasado flow wrap horizontal de LINEVO (family T05), nuestra gama incluye tanto configuraciones de catálogo con rangos de trabajo publicados como configuraciones específicas por aplicación (como la envasadora de piruletas totalmente servomotorizada y las líneas multicomponente) cuyos rangos de tamaño de envase, ancho de film y velocidad se confirman on request en la cotización del proyecto. Utilice las tres configuraciones de referencia publicadas en catálogo que figuran a continuación para adecuar el ancho de su bobina cortada, el nivel de velocidad y el modo de sellado:

Al validar un film candidato en nuestra envasadora flow wrap horizontal tipo almohada LV-250B/D, nuestra máquina envasadora de caramelos de alta velocidad LV-250B/D de banda ancha o nuestra envasadora flow wrap de caramelos alimentada por disco de 800–1.200 bolsas/min durante las pruebas con muestras, evalúe el rendimiento por la producción buena en lugar de por la cadencia bruta de ciclos: tal como se define en nuestra hoja de trabajo para pruebas de sellado extremo, Producción buena (envases/min) = envases aceptados ÷ tiempo de ejecución transcurrido (min) (por ejemplo, 1,200 envases formados menos 60 rechazos durante 20 minutos transcurridos equivalen a 57 accepted packs/min). Combine la inspección visual (ASTM F1886) con el ensayo de fugas por penetración de tinte ASTM F3039 o el ensayo de burbujeo regulado a 100–850 mbar (ASTM F2096) tanto en envases de régimen estable como en los obtenidos inmediatamente después de una parada y rearranque de línea. Para bolsas de tabaco de shisha producidas en una envasadora horizontal a partir de bobina, compare las configuraciones en nuestra página de envasado de shisha y narguile.

Preguntas frecuentes sobre COF, SIT y temperatura de mordazas en films flow wrap

¿Qué rango de COF dinámico funciona mejor para el film flow wrap horizontal?

Las fichas técnicas publicadas por los fabricantes para films comerciales de BOPP y OPP recubierto destinados a flow wrap horizontal especifican valores de COF según ASTM D1894 por familia de recubrimiento y sellante: el recubierto acrílico Bicor™ AB (20–33 µm) especifica 0.22–0.25 (Acrylic/Acrylic), el recubierto de acrílico/PVdC Bicor™ ASB-X (27.5–52.5 µm) especifica 0.24 (Acrylic/Acrylic), el coextruido Taghleef TSS (15–48 µm) especifica 0.25 dinámico (NT/NT), el tratado por ambas caras Torayfan® TC01 y el metalizado Torayfan® PC1 especifican 0.31 dinámico (0.36 estático) en la cara tratada no migratoria, y el metalizado Torayfan® PAX junto con el mate Torayfan® BMS especifican 0.4 (sealant-to-sealant). Cuando una capa sellante de baja SIT eleva el COF interno sellante-sellante a 0.6 —como en Torayfan® PWS3 (85 °C de SIT)—, verifique la holgura del cajón formador y la tracción del Par 1 de rodillos de aleta sin calefacción durante las pruebas con muestras.

¿Por qué aumentar la temperatura de los rodillos de aleta empeora el deslizamiento del film en una envasadora flow wrap?

En una envasadora flow wrap horizontal, el primer par delantero de rodillos de aleta carece habitualmente de calefacción y proporciona la tracción mecánica que arrastra el tubo de film a través del cajón formador, mientras que los pares segundo y tercero están calefactados para soldar la costura longitudinal de la aleta. Como documenta Greener Corporation, elevar la temperatura o la presión de apriete de los rodillos de aleta para combatir el deslizamiento sobrecarga los rodamientos de los ejes y reblandece la banda flexible de envase, lo que provoca un mayor patinaje, distorsión de la soldadura y perforación por fusión en la aleta. Restablezca la tracción mecánicamente comprobando la holgura axial de los rodamientos, ajustando una ligera inclinación hacia delante en los rodillos (extremo de entrada ligeramente más alto que el de salida) o instalando ranuras de agarre (gripper grooves) en el primer par delantero de rodillos de aleta.

¿Qué provoca los huecos en media luna ("moons") donde la aleta central se une con el sello extremo?

Los huecos en media luna ("moons") en la transición de espesor entre la aleta plegada y el sello transversal se producen cuando las mordazas transversales sobrecalientan el film y degradan su hot tack (ASTM F1921, ensayado al pelado dentro de los 150 ms posteriores a la formación del sello), permitiendo que la soldadura fundida vuelva a abrirse en la zona de transición antes de que el polímero se enfríe y solidifique. Evite las fugas de transición y las medias lunas manteniendo la temperatura de las mordazas dentro de la ventana de hot tack del film (utilizando mordazas Dura-Therm de alta conductividad para reducir las fluctuaciones del ciclo térmico en un 80% or more), especificando un rebaje mecanizado Fin Seal Relief o un inserto adaptable Easy Seal™ FLEX en el estriado de las mordazas, y seleccionando una capa sellante con hot tack verificado (3 N/25 mm a 121 °C en Torayfan® PWS3 o Bicor™ ASB-X recubierto de PVdC).

¿Cuánto más rápido puede operar el film flow wrap de sellado en frío frente al film termosellable?

Según los datos de conversión de TOPPAN Packaging, el film flow wrap de sellado en frío con recubrimiento cohesivo base agua se une únicamente mediante la presión mecánica de los rodillos y las mordazas sin aportar calor, logrando un aumento de la velocidad de línea del 30%–50% frente a los films termosellables de baja temperatura y hasta el doble (2×) de la velocidad de línea de los procesos de termosellado tradicionales. Las estructuras de sellado en frío (como la banda externa desmoldeante Torayfan® TC01 laminada con la banda receptora metalizada de barrera Torayfan® PC1 con MVTR de 0.009 g/100 in²/day) eliminan el daño térmico al producto en tabletas de chocolate, confitería bañada, barritas proteicas y polos de hielo.