Principio mecánico
El mecanismo básico de extrusión es simple: un tornillo gira en el barril y empuja el plástico hacia adelante. El tornillo es en realidad un bisel o una pendiente que se envuelve alrededor de la capa central. Su propósito es aumentar la presión para superar la gran resistencia. En el caso de una extrusora, hay tres tipos de resistencia que deben superarse: la fricción de las partículas sólidas (alimento) contra la pared del cilindro y la fricción mutua entre las bobinas antes de la rotación del tornillo (zona de alimentación ); Adhesión en la pared del barril; La resistencia al flujo interno de la fusión a medida que se empuja hacia adelante.
Si un objeto no se mueve en una dirección dada, la fuerza sobre el objeto se equilibra en esta dirección. El tornillo no se mueve en la dirección axial, aunque puede girar lateralmente rápidamente cerca de la circunferencia. Por lo tanto, la fuerza axial sobre el tornillo está equilibrada, y si aplica un gran empuje hacia adelante en la masa fundida de plástico, también aplica un empuje hacia atrás idéntico al objeto. Aquí, el empuje aplicado es el rodamiento que actúa sobre el rodamiento de empuje detrás del puerto de alimentación.
La mayoría de los tornillos individuales son roscas diestros, como tornillos y pernos utilizados en carpintería y maquinaria. Si miran desde la parte posterior, están girando en la dirección opuesta porque intentan girar el barril lo más posible. En algunas extrusoras gemelas, los dos tornillos giran en direcciones opuestas en dos cilindros y se cruzan, por lo que uno debe ser diestro y el otro debe ser zurdo. En otros tornillos gemelos oclusales, los dos tornillos giran en la misma dirección y deben tener la misma orientación. Sin embargo, en cualquier caso, hay un rodamiento de empuje que absorbe la fuerza hacia atrás, y el principio de Newton aún se aplica.
2. Principio térmico
Los plásticos extruables son termoplásticos: se derriten cuando se calientan y se solidifican nuevamente al enfriar. ¿De dónde viene el calor del plástico fundido? El precalentamiento de alimentación y los calentadores de barril/troqueles pueden funcionar y son importantes en el arranque, sin embargo, la energía de entrada del motor, la fricción del motor contra la fusión viscosa, el calor de fricción generado en el barril al girar el tornillo, es la mayor Fuente de calor importante para plásticos, a excepción de los sistemas pequeños, tornillos de baja velocidad, plásticos de alta temperatura de fusión y aplicaciones de recubrimiento de extrusión.
Para todas las demás operaciones, es importante reconocer que el calentador de barril no es la fuente principal de calor en funcionamiento y, por lo tanto, el efecto sobre la extrusión es menor de lo que esperábamos (ver Principio 11). La temperatura posterior al cilindro aún puede ser importante porque afecta la tasa de transporte de sólidos en los dientes o en el alimento. Las temperaturas del dado y el moho generalmente deben ser la temperatura de fusión deseada o cerca de esta temperatura a menos que se usen para un propósito específico como el acristalamiento, la distribución de fluidos o el control de presión.
3. Principio de desaceleración
En la mayoría de las extrusoras, el cambio en la velocidad del tornillo se logra ajustando la velocidad del motor. El motor generalmente gira a una velocidad completa de aproximadamente 1750 rpm, pero esto es demasiado rápido para un tornillo de extrusora. Si se gira a una velocidad tan rápida, se genera demasiado calor de fricción y el tiempo de residencia del plástico es demasiado corto para preparar una fusión uniforme y bien turbulenta. Las relaciones de desaceleración típicas varían de 10: 1 a 20: 1. La primera etapa puede ser engranaje o polea, pero la segunda etapa usa engranajes y el tornillo se coloca en el centro de la última engranaje grande.
En algunas máquinas de carrera lenta (como los tornillos de doble para UPVC), puede haber 3 etapas de desaceleración y la velocidad máxima puede ser tan baja como 30 rpm o más baja (relación hasta 60: 1). En el otro extremo, algunos tornillos gemelos muy largos para la agitación pueden funcionar a 600 rpm o más rápido, lo que requiere una tasa muy baja de desaceleración y mucho enfriamiento profundo.
A veces, la tasa de desaceleración no coincide con la tarea, habrá demasiada energía para usar, y es posible agregar un bloque de polea entre el motor y la primera fase de desaceleración que cambia la velocidad máxima. Esto aumenta la velocidad del tornillo por encima del límite anterior o disminuye la velocidad máxima para permitir que el sistema funcione a un mayor porcentaje de velocidad máxima. Esto aumentará la energía disponible, reducirá el amperaje y evitará los problemas motores. En ambos casos, la salida puede aumentar dependiendo del material y sus necesidades de enfriamiento.
4. Alimentarse como refrigerante
La extrusión transfiere la energía del motor, a veces el calentador, al plástico frío, convirtiéndolo de sólido a derretido. La alimentación de entrada es más fría que las temperaturas de la superficie del barril y el tornillo en la zona de alimentación. Sin embargo, la superficie del barril en la zona de alimentación está casi siempre por encima del rango de fusión del plástico. Se enfría por contacto con las partículas de alimentación, pero el calor se retiene mediante el calor transferido hacia la parte delantera caliente y el calentamiento controlado. Incluso después de que la fricción viscosa de la fricción viscosa sostiene el calor actual y no se requiere una entrada de calor del barril, es posible que se requiera el calentador posterior. La excepción más importante es el cartucho de alimentación ranurada, que es casi exclusivamente para HDPE.
La superficie de la raíz del tornillo también se enfría por la alimentación y está aislada de la pared del barril por las partículas de alimentación de plástico (y el aire entre las partículas). Si el tornillo se detiene repentinamente, la alimentación también se detiene, y a medida que el fuego se mueve hacia atrás desde el extremo frontal más caliente, la superficie del tornillo se pone más caliente en la zona de alimentación. Esto puede causar adhesión o puente de las partículas en las raíces.
5. En el área de alimentación, pégase al cilindro y deslice sobre el tornillo
Para maximizar la cantidad de sólidos transportados en la zona de alimentación de barril liso de un solo extrusor de tornillo, las partículas deben pegarse al barril y deslizarse sobre el tornillo. Si las partículas se adhieren a la raíz del tornillo, nada las tira hacia abajo; El volumen del pasaje y la cantidad de sólidos se reducen. Otra razón para la mala adhesión a las raíces es que el plástico puede calentarse aquí y producir geles y partículas contaminantes similares, o adherirse y romper intermitentemente con cambios en la velocidad de salida.
La mayoría de los plásticos se deslizan naturalmente en las raíces porque tienen frío cuando entran, y la fricción no calienta las raíces tan calientes como las paredes. Es más probable que algunos materiales se adhieran que otros: PVC altamente plastificado, PET amorfo y algunos copolímeros a base de poliolefina con propiedades adhesivas deseadas para el uso final.
Para el cañón, es necesario que el plástico se adhiera aquí para que se quite y empuje hacia adelante por la rosca del tornillo. Debe haber un alto coeficiente de fricción entre los gránulos y el barril, y el coeficiente de fricción a su vez está fuertemente influenciado por la temperatura del cañón trasero. Si las partículas no se pegan, simplemente giran en su lugar sin avanzar, por lo que la alimentación suave no es buena.
La fricción superficial no es el único factor que afecta la alimentación. Muchas partículas nunca tocan el barril o la raíz del tornillo, por lo que debe haber fricción y enlaces mecánicos y de viscosidad dentro de las partículas.
Un cilindro ranurado es un caso especial. El canal está en la zona de alimentación y la zona de alimentación está aislada térmicamente del resto del cañón y está profundamente enfriado por agua. El hilo empuja las partículas hacia el surco y crea una presión muy alta sobre una distancia relativamente corta. Esto aumenta la tolerancia de la mordida de la salida inferior del mismo tornillo a la misma salida, de modo que el calor de fricción generado en el extremo frontal se reduce y la temperatura de fusión es más baja. Esto puede significar una producción más rápida en las líneas de película sopladas limitadas por enfriamiento. El tanque es particularmente adecuado para HDPE, que es el plástico común más suave, excepto los plásticos fluorados.
6. El material más caro
En algunos casos, los costos de materiales pueden representar el 80% del costo de producción más que todos los demás factores, excepto los productos que son particularmente importantes en calidad y envasado, como los catéteres médicos. Este principio, naturalmente, conduce a dos conclusiones: los procesadores deben reutilizar el desecho y el desecho tanto como sea posible en lugar de las materias primas, y se adhieren estrictamente a las tolerancias tanto como sea posible para evitar desviaciones del grosor objetivo y los problemas del producto.
7. Los costos de energía son relativamente poco importantes
Aunque el atractivo y los problemas reales de una fábrica están al mismo nivel que el aumento de los costos de energía, la energía requerida para ejecutar una extrusora sigue siendo una pequeña fracción del costo total de producción. Este es siempre el caso porque los costos del material son muy altos y el extrusor es un sistema efectivo. Si se introduce demasiada energía, el plástico se volverá tan caliente que no se puede procesar correctamente.
8. La presión al final del tornillo es muy importante
Esta presión refleja la resistencia de todos los objetos aguas abajo del tornillo: la pantalla del filtro y la placa de trituradora contaminada, el tubo de transferencia del adaptador, el agitador fijo (si lo hay) y el molde en sí. Depende no solo de la geometría de estos componentes sino también de la temperatura en el sistema, lo que a su vez afecta la viscosidad y el rendimiento de la resina. No depende del diseño del tornillo, excepto cuando afecta la temperatura, la viscosidad y el rendimiento. Por razones de seguridad, la temperatura de medir es importante: si es demasiado alto, el dado y el molde pueden explotar y dañar a las personas o máquinas cercanas.
La presión es ventajosa para la agitación, especialmente en la última zona del sistema de tornillo único (zona de medición). Sin embargo, la alta presión también significa que el motor tiene que generar más energía, y por lo tanto, la temperatura de fusión es más alta, lo que puede dictar el límite de presión. En un tornillo gemelo, el compromiso de los dos tornillos entre sí es un agitador más eficiente, por lo que no se requiere presión para este propósito.
En la fabricación de piezas huecas, como tubos hechos de moldes de araña centrados en la araña con soportes, se debe crear alta presión dentro del molde para ayudar en la recombinación de corrientes separadas. De lo contrario, el producto a lo largo de la línea de soldadura puede ser débil y los problemas pueden ocurrir durante el uso.
9. Salida = desplazamiento del último flujo de presión / - fugas
El desplazamiento de la última rosca se llama flujo positivo y depende solo de la geometría del tornillo, la velocidad del tornillo y la densidad de fusión. Está regulado por el flujo de presión y en realidad incluye un efecto de arrastre que reduce la salida (indicada por la presión más alta) y cualquier efecto de sobretensión en el alimento que aumenta la salida. La fuga en el hilo puede estar en cualquiera de las dos direcciones.
También es útil calcular la salida por rpm (rotación), ya que esto representa cualquier caída en la capacidad de bombeo del tornillo a la vez. Otro cálculo relacionado es la salida por caballos de fuerza o kilovatio utilizada. Esto representa la eficiencia y es capaz de estimar la capacidad de producción de un motor y unidad determinados.
10. La tasa de corte juega un papel importante en la viscosidad
Todos los plásticos comunes tienen propiedades reductoras de corte, lo que significa que la viscosidad se reduce a medida que el plástico se mueve más rápido y más rápido. Este efecto de algunos plásticos es particularmente notable. Por ejemplo, algunos PVC aumentan la velocidad de flujo en un factor de 10 o más cuando el empuje se duplica. Por el contrario, la fuerza de corte de LLDPE no se reduce demasiado, y la velocidad de flujo solo aumenta de 3 a 4 veces cuando el razonamiento se duplica. El efecto reducido de reducción de corte significa alta viscosidad en condiciones de extrusión, lo que a su vez significa que se requiere más energía motora. Esto puede explicar por qué LLDPE opera a una temperatura más alta que LDPE. La velocidad de flujo se expresa en la velocidad de corte, aproximadamente 100 S-1 en el canal de tornillo, entre 100 y 100 S-1 en la mayoría de los perfiles de troqueles, y más de 100 S-1 en el espacio entre las roscas y la pared y algunas pequeñas y algunas pequeñas Die Gaps. El coeficiente de fusión es una medida de viscosidad comúnmente utilizada pero se invierte (por ejemplo, flujo/empuje en lugar de empuje/flujo). Desafortunadamente, la medición no es una medición real en una extrusora con una velocidad de corte de 10 S-1 o menos y una velocidad de flujo de fusión muy rápida.
11. El motor es opuesto al cilindro, y el cilindro es opuesto al motor.
¿Por qué el efecto de control del cilindro no siempre es el mismo como se esperaba, especialmente en el área de medición? Si el cilindro se calienta, el cilindro
