Tiene preguntas sobre la extrusión, y Allan Griff tiene las respuestas. Pero lo que no tenía durante un reciente seminario web sobre los principios clave de la extrusión organizado por PlasticsToday era tiempo. Los asistentes le hicieron docenas de preguntas y sólo pudo responder a un puñado de ellas durante el tiempo asignado para las preguntas en directo. Sin embargo, tal y como prometió al inicio de la retransmisión, respondió por correo electrónico a todas las preguntas que quedaron sin respuesta en la cola. Se nos ocurrió que otras personas del sector de la extrusión podrían beneficiarse de este intercambio, así que lo compartimos aquí.
Por cierto, si te perdiste el seminario web, todavía puedes escucharlo a la carta sin coste alguno. Simplemente haga clic aquí, siéntese y disfrute.
Y ahora, pongámonos en plan técnico.
Por favor, describa las fuentes más comunes de defectos visuales, como manchas negras o geles, y qué se puede hacer para solucionarlos.
A: La degradación se produce en las zonas de movimiento lento del cabezal y de la matriz, especialmente si la matriz se deja llena y caliente durante un largo periodo de tiempo. La resina con menos estabilidad térmica (menos antioxidante) se degradará antes. La estabilidad térmica puede probarse, pero rara vez forma parte de las especificaciones de compra. Se reduce si se utiliza una cantidad considerable de triturado en la mezcla, pero se puede añadir más antioxidante como concentrado, al igual que los colorantes.
Las gotas en los bordes del labio externo también pueden ser una causa, especialmente en el caso de la película soplada, donde la matriz extruye hacia arriba y la superficie es horizontal. Las ayudas al proceso y el aire dirigido a la línea emergente reducirán la baba.
La alimentación contaminada puede introducir casi cualquier cosa, pero gran parte puede quedar atrapada en las mallas, dependiendo de la malla utilizada. Para una filtración muy fina, se utilizan mallas de fibra metálica sinterizada. El tamizado ayudará con todo lo que salga del tornillo, pero no con lo que se forme en la matriz.
Los verdaderos geles son polímeros reticulados en una etapa temprana de la reacción de sobrecalentamiento, claros si el producto es transparente pero tal vez amarillentos, e insolubles en solventes que disuelven el polímero no reaccionado. Pueden formarse en cualquier lugar, incluso en el tornillo, y atravesar las pantallas, donde pueden romperse en «lluvias» de gel.»
P: ¿Existe una regla para calcular el disco de ruptura correcto si estoy trabajando a 3000 PSI?
A: Eso depende de los límites de seguridad de la máquina y de las consecuencias de una parada. Todas las extrusoras comercialmente responsables pueden soportar 3000 psi fácilmente. Asegúrese de que la matriz y el cabezal pueden soportar las presiones esperadas, también, pero la presión máxima está en la punta del tornillo (donde debería estar el manómetro, detrás de las pantallas) o a veces más atrás en el barril. La alarma del manómetro es importante y puede evitar paradas innecesarias. Podrías poner una alarma a 4500, pero poner un disco para 5000 o más.
P: ¿Cuál es su opinión sobre el uso de material de reafilado?
A: Utilice todo lo que pueda sin perder la venta o el cliente. Haga pruebas para asegurar la consistencia y la mínima degradación, pero no espere una fidelidad de color estricta. Manténgalo limpio para evitar la contaminación y los concentradores de tensión en el producto. Si compra en el exterior, compre con prudencia para obtener precios bajos y una pérdida mínima de estabilidad térmica.
P: ¿Puede comentar el efecto del tamaño de las partículas de remolido en relación con la resina virgen en el proceso global y la calidad resultante?
A: Si no es uniforme y similar, puede haber dominios con más remolido (más descolorido, quizá más débil) y dominios de virgen. Si es premezclado, el virgen más denso puede asentarse en el fondo y causar esa desigualdad también. Si el remolido no está comprometido térmicamente (el antioxidante utilizado es mínimo), puede que no haya mucha diferencia. Todas las partículas deben ser sustancialmente más pequeñas que la profundidad del canal en la zona de alimentación. Lo mejor es utilizar dos alimentadores separados ajustados a las proporciones deseadas.
P: ¿Existen diferentes diseños de tornillo (paso) para diferentes plásticos?
A: No, la mayoría de los pasos son cuadrados (17,6˚) o se cambian por razones específicas, como en una sección de barrera o para una alimentación ligera y esponjosa.
P: ¿Puede comentar la utilidad de realizar pruebas de flujo de la masa fundida en la lámina extruida, antes de los procesos secundarios (es decir,
A: Si también se ha probado la materia prima, se puede ver cuánto, si es que se ha degradado el material en la etapa de procesamiento. Las viscosidades de la solución también lo mostrarán para el PVC, el PET y algunos otros.
P: ¿Cómo se controla la mezcla de diferentes polímeros?
A: Una pregunta muy grande: Algunas palabras clave incluyen el diseño del tornillo, el desgaste del vuelo del tornillo (a veces ayuda), mezcladores estáticos, un paquete de mallas más ajustado o más abierto, el control de la temperatura de la raíz del tornillo, la resistencia de la matriz y la selección de portadores de concentrado que tienen un flujo mucho mayor que el material base.
P: ¿Cómo afecta el contenido de humedad (o el secado del material antes del procesamiento) al proceso de extrusión y al producto extruido resultante?
A: Eso depende del polímero y de los aditivos. La mayoría de los polímeros de adición (PE, PP, PS, PVC) no absorben la humedad, pero sus aditivos, como las cargas y los pigmentos, podrían hacerlo. En estos casos, todo lo que supere el 0,1% de H2O en peso se desprenderá al salir de la matriz y creará líneas de puntos o burbujas en la superficie extruida. Esta cantidad de humedad puede eliminarse a través de un respiradero o en un secador de aire caliente, montado mejor en la extrusora o justo en ella. Algunos polímeros de adición, especialmente el ABS y los acrílicos, absorben más del 0,1%, sobre todo en zonas húmedas. En esos casos, puede ser necesario un secado más agresivo, como un secador deshumidificador o, a veces, una doble ventilación. En el caso de los polímeros de condensación (PET, PC y los nylons), el agua se desprende en la reacción de polimerización, y a las temperaturas de fusión el agua ataca y rompe la unión de la que procede. El producto es entonces más débil en resistencia a la tracción y al impacto, pero no menos rígido. Estos polímeros necesitan ser secados a niveles mucho más bajos (0,01% o menos); los secadores deshumidificadores son comunes pero a veces un respiradero es suficiente si la extrusión es lo suficientemente rápida (menor tiempo de residencia a la temperatura de fusión) para mantener esta degradación a niveles tolerables.
P: ¿Cuál es la mejor técnica para medir la temperatura de la masa fundida, y cuáles son los escollos más comunes que afectan a la fiabilidad de la lectura de la temperatura?
A: Sonda de temperatura de la masa fundida separada en el cabezal, bien después de las pantallas y el mezclador estático si es posible; la profundidad variable es la mejor pero se daña fácilmente. Además, la medición por infrarrojos del extruido emergente es buena si el medidor se mantiene firme o se monta de forma fija. En el caso de los productos redondos, se debe escanear lentamente a través del producto y observar el valor más alto. El calibre doble en la punta del tornillo es menos fiable, pero mejor que nada. No juzgue a partir de las temperaturas del barril o del metal de la matriz, y no asuma que toda la masa está a la misma temperatura a través de la trayectoria del flujo.
Los escollos incluyen la calibración de los medidores (agua hirviendo 212 F y etilenglicol puro = anticongelante 387 F).
P: ¿El agrietamiento proviene de los males del sobrecalentamiento?
A: Si se refiere al agrietamiento de una pieza terminada, sí; el calor extra podría degradar el plástico, especialmente en la superficie que está expuesta al aire, y hacerlo más frágil. Si se refiere al agrietamiento por tensión ambiental, tal vez, pero tendríamos que saber más sobre el propio polímero, su peso molecular/índice de fusión, el entorno (¿detergentes?) y las tensiones del producto.
P: ¿Cómo puede saber si los ajustes de la extrusora están degradando la eficacia de aditivos como los retardantes de llama?
A: Conozca el rango de temperatura de descomposición del retardante. Mida la temperatura de fusión, lo más cerca de la salida y con la mayor fiabilidad posible, y vea si está cerca o más allá de la temperatura de fusión aceptable para el retardante.
Por qué no despegaron las extrusoras sin engranajes de accionamiento directo? ¿Es porque el ahorro de energía no valía la pena?
A: Los motores actuales hacen un buen trabajo, y los directos no son claramente superiores, ni en términos de precio, ni de rendimiento, ni de ahorro de energía. Tienen un nicho en el que hay que minimizar el espacio (algo de coextrusión), y algunos OEMS los están poniendo en líneas nuevas incluso donde el espacio no es limitado.
P: ¿Es posible realizar extrusiones de perfiles con un material de alto índice de fusión (MI) (superior a 1)? ¿Qué características tienen los materiales de alto índice de fusión?
A: Los MI más altos tienen moléculas más cortas y pequeñas y son menos rígidos (menor viscosidad) cuando se funden, pero eso depende de la temperatura, por lo que se ejecutarían más fríos que los MI más bajos. Un MI de 1 no es muy alto y debería ser posible ejecutar la mayoría de los perfiles. Preste atención a la distancia entre el troquel y el primer enfriamiento, ya que es posible que tenga que cambiarla para evitar demasiado hundimiento en ese espacio. Es posible que desee rociar o gotear agua de refrigeración en el plástico emergente en este espacio, así como en los dispositivos de refrigeración. No puedo decir más sin saber más sobre el perfil y el tipo de resina.
P: Algunas extrusoras europeas hacen girar el tornillo considerablemente más rápido que las extrusoras tradicionales de un solo tornillo, ¿ve usted esto como una mejora, es decir, más producción a partir de un tamaño de barril dado?
A: Me preocupa menos el tamaño del barril o las rpm, pero más el coste por unidad de producción de igual calidad (mezcla, resistencia) y la capacidad de mantener las temperaturas bajo control. Una mayor velocidad significa una fusión más caliente, pero también menos tiempo a alta temperatura, lo que puede compensar o no. La velocidad por la velocidad es como lo nuevo por lo nuevo, y a menudo distrae del análisis de costes responsable.
P: ¿Existen condiciones especiales para procesar las poliamidas, la polilactida u otros polímeros para ayudar a evitar la degradación? Por ejemplo, ¿qué resinas deben secarse? ¿Qué resinas deben procesarse en ausencia de oxígeno?
A: En el caso de los polímeros de condensación, como sus ejemplos, el agua ataca y rompe los enlaces entre los monómeros a temperaturas de fusión. El producto es entonces más débil a la tracción y al impacto, pero no menos rígido. Estos polímeros necesitan ser secados a niveles muy bajos; los secadores deshumidificadores son comunes, pero a veces un respiradero es suficiente si la extrusión es lo suficientemente rápida (menor tiempo de residencia a la temperatura de fusión) para mantener la degradación a niveles tolerables.
Las poliamidas son un poco diferentes, ya que absorben una gran cantidad de humedad, pero también actúa como un plastificante, por lo que se puede secar demasiado, obtener una mayor viscosidad y, por tanto, generar más calor en el tornillo. Hay un nivel de secado óptimo, no sólo «lo más seco posible».
En cuanto al oxígeno, puede causar decoloración y degradación, pero no hay oxígeno dentro de la extrusora, excepto el aire entre las partículas, que normalmente está demasiado frío para reaccionar. Algunas líneas de película que funcionan con nitrógeno eliminan incluso esta posibilidad de oxidación. Las mayores preocupaciones acerca de la oxidación se relacionan con la temperatura de la superficie al salir del troquel-calentador significa una mejor adhesión de la impresión pero un sellado térmico más lento y posibles efectos de olor/sabor.
P: ¿Puede decirnos algo más sobre el adelgazamiento por cizallamiento?
A: Cuanto más rápido se mueva una masa fundida en relación con las paredes del barril o de la matriz, más fina será (menos fuerza para empujar una cantidad determinada = menor viscosidad). Esto es especialmente útil para las masas fundidas de alta viscosidad como el PVC, el ABS y el PE de baja MI, y significa que pueden funcionar con temperaturas de fusión más bajas, o generar menos calor en el extrusor, o algo de ambas cosas. La cantidad de adelgazamiento por cizallamiento puede expresarse mediante el exponente de ley de potencia, que relaciona el empuje con el flujo. Con un exponente de 2, el doble de empuje da 4 veces el flujo (2 al cuadrado = 4). Con un exponente de 3, el doble de empuje = 8 veces el flujo (2 al cubo = 8).
Q: ¿Cuál es la mejor manera de optimizar la temperatura de alimentación?
A: Utilice una tolva de secado con aire caliente si está disponible, incluso si no es necesario el secado. Encuentre la temperatura de alimentación adecuada por ensayo y éxito. La temperatura real puede no hacer mucha diferencia, ya que la consistencia es lo más importante.