El agrietamiento por tensión en una botella de HDPE moldeada por soplado comienza cuando se combinan tres cosas: una tensión sostenida en la pared, un contenido que actúa como agente de agrietamiento por tensión y un grado de resina cuya resistencia al agrietamiento es demasiado baja para ese par. El agente suele ser un detergente líquido, aceite de motor o un producto químico industrial. La tensión proviene del moldeo, como tensión de contracción en el pinch-off y en paredes desiguales, o del llenado y el transporte, como carga superior en la caja y presión interna cuando el contenido se calienta.
Estas causas se aplican a grietas que crecen en una botella llena durante días o semanas. Una botella que se rompe bajo un impacto ligero necesita un diagnóstico diferente, como una pared vuelta frágil por una cristalinidad anormalmente alta.
Qué contiene la botella
Los detergentes líquidos, el aceite de motor y los productos químicos industriales son los contenidos que con mayor frecuencia agrietan las botellas de HDPE. Las botellas de leche no necesitan la resistencia al agrietamiento que requieren las botellas de detergente.
Los agentes de agrietamiento por tensión para el polietileno se dividen en dos grupos:
- Agentes tensoactivos: detergentes, agentes humectantes, jabones y alcoholes.
- Disolventes y agentes de hinchamiento: hidrocarburos líquidos y disolventes orgánicos.
Otros agentes conocidos para el polietileno incluyen aceites animales, vegetales y minerales, hidróxidos alcalinos, alkanolaminas, ácidos orgánicos, ácido sulfúrico concentrado, plastificantes de tipo éster, aldehídos y cetonas, aceites de silicona, lubricantes y agentes desmoldantes. Un contenido que no degrada el HDPE aún puede agrietar una botella sometida a tensión. Si la fórmula contiene cualquiera de estos agentes, trate la botella como en riesgo.
Tensión moldeada por soplado
El moldeo por soplado deja tensión en la botella porque la pared se contrae a medida que cristaliza, y se enfría solo desde el lado del molde. Las secciones gruesas se enfrían y contraen más tarde que la pared más delgada junto a ellas. Esa discrepancia congela la tensión en la botella antes de que se llene. Con un agente en el interior, esta tensión moldeada por sí sola puede agrietar la botella, sin carga externa.
El moldeo cambia dónde se sitúa la tensión y qué tan alta es. Apenas cambia la resistencia propia del material de la pared: en un estudio publicado de un grado para botellas de lejía, las probetas cortadas de cuerpos de botellas moldeadas por soplado resistieron el agrietamiento por tensión aproximadamente igual que las moldeadas por compresión.
El pinch-off
Las botellas de HDPE se agrietan en el pinch-off porque el ojo grueso de la soldadura se encuentra allí con la esquina inferior más delgada.
Dos fallos de proceso hacen que un pinch-off sea más propenso a agrietarse. El balanceo de la cola, donde la parisón se desvía mientras cae, aumenta el riesgo. Un ojo que se sitúa sobre el borde de la botella también se agrieta más fácilmente que uno centrado.
Enfriamiento y espesor de pared
Un molde más caliente produce una botella más propensa al agrietamiento. En un experimento de diseño sobre botellas enteras de polietileno moldeadas por soplado probadas bajo presión interna, elevar la temperatura de la matriz o la temperatura del molde redujo la resistencia al agrietamiento por tensión de las botellas. Un tiempo de caída más largo la aumentó.
Esta es una causa común en verano. En meses húmedos, los moldeadores elevan la temperatura del molde para evitar manchas de agua por condensación en moldes refrigerados. Si las quejas comienzan en verano, compare el registro de temperatura del molde con los meses en que las botellas no se agrietaron.
El espesor de pared determina la velocidad de enfriamiento a través de la botella, por lo que la tensión congelada sigue la distribución de espesor del programa de la parisón. Bajo la misma carga superior o presión, una sección delgada también soporta más tensión que una gruesa.
Tensiones después del llenado y el transporte
Después del llenado, la botella recibe dos tensiones más: carga superior de las cajas apiladas encima y presión interna cuando el contenido sellado se calienta.
En una caja sin espacio de cabeza, la botella comparte la carga de la pila con las paredes de la caja. La humedad le quita resistencia al corrugado y traslada la carga a la botella. La botella entonces se pliega, y las grietas comienzan en el pliegue. Las botellas de aceite de un cuarto suelen agrietarse en un pliegue por carga superior en la esquina inferior, y las botellas redondas en la unión cuello-cuerpo.
Las botellas suelen llenarse y taparse a temperatura ambiente, luego almacenarse en un almacén sin aire acondicionado o en un remolque. El calor allí genera presión interna en la botella sellada.
Las grietas aparecen semanas después del llenado porque el agrietamiento por tensión es un fallo lento bajo tensión sostenida. El calor acorta drásticamente el tiempo hasta el fallo.
En verano, todos estos aumentan juntos:
- Cajas: soportan menos de la carga de la pila.
- Presión interna: es mayor.
- La resina: cuando está caliente, falla más rápido.
- Esfuerzo residual de moldeo: los moldes más calientes han contribuido a ello.
Las quejas por agrietamiento por tensión alcanzan su punto máximo en los meses de verano por esa razón.
El grado de resina
El grado de resina determina cuánta tensión y tiempo de contacto soporta una botella antes de agrietarse. La resistencia al agrietamiento por tensión aumenta con el peso molecular y con la ramificación de cadena corta del comonómero. Disminuye a medida que la densidad, y por tanto la cristalinidad, aumenta, y disminuye a medida que aumenta el índice de fluidez.
Un grado de HDPE bimodal puede alcanzar alta resistencia al agrietamiento por tensión a una densidad más alta.
Reducir la densidad es el paso habitual de verano: un moldeador que usa una resina de 0,954 g/cm³ pasa a 0,950 g/cm³ para los meses de verano. Eso funciona dentro de una misma familia de resinas: los grados monomodales del mismo productor de un tipo, como las filas de Paxon a continuación. Entre familias, incluidos los grados bimodales, la densidad no predice la resistencia al agrietamiento por tensión, como la guía de productos HDPE de ExxonMobil muestra en su propia tabla de moldeo por soplado (ASTM D1693, Condición B, 100% Igepal, F50):
| Grado | Marcado como bimodal en la guía | Densidad (g/cm³) | ESCR (h) |
|---|---|---|---|
| Paxon AA45-004 | No | 0.945 | >1000 |
| Paxon AA48-002 | No | 0.948 | >200 |
| Paxon AB50-003 | No | 0.950 | 70 |
| Paxon AL55-003 | No | 0.954 | 30 |
| Paxon AA60-003 | No | 0.963 | 20 |
| Paxon AD60-005 | No | 0.963 | 10 |
| ExxonMobil HD 9830.02 | Sí | 0.956 | 370 |
| ExxonMobil HD 9856B | Sí | 0.957 | >1000 |
Antes de comparar las cifras de ESCR en las hojas de datos de dos productores, verifique que se midieron de la misma manera. La mayoría de las hojas de datos citan el ensayo de tira doblada ASTM D1693, a menudo sin sus ajustes, y cuatro ajustes cambian el resultado:
- Espesor de la probeta: Condición A o Condición B.
- Concentración de Igepal: normalmente 10% o 100%, aunque aparecen otras concentraciones.
- Temperatura de ensayo: la temperatura del baño en el que se sumergieron las tiras.
- Punto de fallo: F0 es el tiempo hasta la primera tira agrietada, F50 el tiempo hasta que la mitad se ha agrietado.
Los ajustes cambian el número para el mismo grado, y uno no se puede convertir en otro.
Las pequeñas diferencias significan poco incluso bajo un mismo ajuste: un F50 de 10 h reportado por un laboratorio puede resultar en cualquier valor entre 3,4 y 29 h, el 95% de las veces, cuando otro laboratorio ensaya las mismas probetas. Compare solo cifras con los mismos ajustes y punto de fallo. Pida a cada productor la cifra bajo los ajustes con los que está clasificado su grado actual. Una cifra de tira clasifica las resinas; no le dice cuánto durará una botella llena.