Maquinària d'extrusió

L'extrusora de plastificació té tres funcions: en primer lloc, extreu el material en grànuls del sistema d'alimentació i el condueix alhora que el comprimeix i, de vegades, desgasificador, en segon lloc, barreja i produeix un fos homogeni, i, en tercer lloc, desenvolupa la pressió suficient perquè superi la resistència al flux de la filera oberta, de manera que el perfil emergeixi de la filera de forma contínua.

Les extrusores s'utilitzen més per barrejar i granular complexos, per formar preformes per a emmotllament per bufat i per alimentar altres màquines, com les calandres. Alguns tipus estan dissenyats per combinar la polimerització, Compounding i producció en una sola unitat.

S'usen extrusores hidràuliques per termoplàstics amb molt alta viscositat del material fos, com el cas de l'extrusió per pistó del PTFE. El procés Engel utilitza dos pistons bessons que treballen en cicle per plastificar la massa adiabáticamente a pressions de 1000 N / mm en el temps més curt. Poden utilitzar-se en alguns casos, per a una extrusió molt precisa, bombes d'engranatges interposades entre l'extrusora i la filera que alleugen a l'extrusora del treball de generar suficient pressió per subministrar un corrent de fosa regular.

Extrusores d'un i diversos cargols

Les extrusores de cargol poden estar equipades amb un o més cargols treballant coordinadament. La seva construcció i grandària es designen internacionalment mitjançant codis numèrics. Segons Euromap 20, la primera xifra dóna el nombre de cargols, la segona seu diàmetre en mm i la tercera la longitud efectiva del cargol com múltiple del diàmetre. Així, la denominació 2-90-20 indica una extrusora de dos cargols amb 90 mm de diàmetre i 1.800 mm de longitud efectiva del cargol. La lletra addicional V indica cilindre desgasificante (vendes).

Les extrusores multitornillo requereixen més engranatges i rodaments d'empenta a la caixa de mecanismes i una secció del cilindre adequada al tipus de cargol. Si no, tenen els mateixos components que una extrusora monotornillo. La potència es subministra mitjançant motors commutadors infinitament variables o regulats per tiristors que controlen la seva velocitat. La tracció hidràulica s'utilitza amb molt poca freqüència.

Figura 1

Capçal d'extrusió amb filera per a tub

Un altre sistema utilitza dues extrusores en cascada: el fos s'alimenta des de la primera extrusora, habitualment amb un filtre per eliminar impureses, mentre que la segona extrusora fa l'homogeneïtzació i la generació de pressió.

Figura 2 Fileres per a tub d'escuma estructural

La tremuja d'alimentació és un component separat amb refredament per aigua al voltant del coll d'alimentació. Les d'una o dues etapes sota buit, que poden escalfar per a alimentació pneumàtica, permeten obtenir increments significatius de quantitat i qualitat. El flux de material pot regular mitjançant espirals, elements de pantalla, agitadors o un vis-sense-fi de mesura dins o després de la tremuja.

Protecció contra el desgast

Les càmeres i el cargol es construeixen amb acers d'alta resistència nitrurs, protegint contra la corrosió mitjançant crom dur. La protecció contra el desgast s'obté carburizando la càmera i endurint el nucli del cargol. L'escalfament i refredament de la cambra es reparteix, segons el cas, entre tres i set zones, escalfant cadascuna elèctricament o amb vapor o refredant amb aigua (desmineralitzada) o aire comprimit. A la superfície interna de la càmera, el més efectiu és l'escalfament per inducció, encara que és de major cost que per resistències elèctriques. S'usen també cargols amb cavitats per al control intern de la temperatura amb aire, oli o aigua.

Figura 3 Les màquines de Compounding de major rendiment, especialment de PVC, PP o ABS, són de corrons planetaris com la il·lustrada de Battenfeld, amb una potència de 350 kW i una capacitat de producció de fins a 43.500 kg / hora.

Com a elements auxiliars entre extrusora i filera poden citar-se els maneguets de restricció de flux, amplades de punta ajustables en l'extrem davanter del cargol o plaques perforades que s'utilitzen per a adaptar la pressió de la fosa a la resistència de la filera. Aquestes plaques porten també portadors per canviar les pantalles durant el funcionament. Altres elements com els restrictors volants de la punta de la càmera, els alimentadors laterals o els distribuïdors de la fosa permeten obtenir distribucions uniformes de la fosa a la filera. Els filtres, si s'escau, influeixen també en el lliurament de pressió a la filera.

Els paràmetres de funcionament més importants són la velocitat i parell del cargol, el perfil de temperatura al llarg de la càmera fins a la filera, i la taxa de subministrament del material i la seva temperatura. Aquests determinen la pressió de la fosa i la temperatura al cap del cargol i, conjuntament amb l'equip corrent endavant de la filera, determinen la qualitat del producte, que pot monitoritzar mitjançant control sense contacte dels contorns, gruixos de paret i pes. Les temperatures es mantenen constants mitjançant circuits de control individuals i les màquines d'alt rendiment utilitzen ordinadors per al control del procés, amb sensors de la pressió i viscositat del fos.

Fileres de formes complexes

El disseny de fileres per formes complexes és bàsicament una qüestió d'experiència, encara que hi ha algunes regles simples que convé aplicar sempre. En primer lloc, s'ha de corregir en la filera la memòria del material del seu flux helicoïdal a la cambra de plastificació: el flux de sortida ha de ser laminar, ja que d'una altra manera es produirien punts morts en les cantonades del perfil amb cisallament irregular, una història tèrmica i el consegüent perill de degradació.

Si la convergència del flux és massa ràpida es desenvolupen tensions elevades en l'extruït, que no pot suportar més de 10 ⁶ Pa en la fase fosa i mostrarà signes de fractura del fos. Les tensions es desenvolupen perquè el flux convergeix a mesura que el seu pas s'estreny cap a l'extrem. Si el corrent de flux fora estrictament paral·lela, no hi haurà cisallament, però tampoc tensió en la fosa. La fractura de la fosa s'identifica per un extruït irregular, bast i sovint amb una aparença helicoïdal. Una conificación de sortida allargada pot alleujar aquests problemes.

Figura 4 Els equips d'extrusió s'utilitzen per al Compounding, desgasificació i granulació de polímers. Els equips utilitzats en les plantes primàries arriben a tenir potències instal de 4.600 kW.

Compensacions per la dilatació

Malgrat els esforços per eliminar tensions, els perfils complexos requereixen correccions a les configuracions de filera per compensar la dilatació irregular a causa de relaxacions de tensió. Només les formes radialment simètriques sortiran dels orificis de filera simètrics sense canviar de forma, de manera que el dissenyador de fileres ha de preparar compensacions per als canvis de forma. És possible escurçar la zona de conificación en les arestes dels perfils per augmentar-hi la velocitat de la fosa i reduir la resistència al flux que és inversament proporcional al gruix elevat al cub, de manera que la filera és menys sensible als canvis de longitud que als canvis en els contorns. La filera ha de provar amb sortides curtes i el fabricant expert deixa sempre material de tallar per allargar-quan es demostra necessari.

L'experiència demostra que corrent endavant de la filera es produeix només una disminució a escala de la forma, de manera que es conserven les proporcions o relació de dimensions i són poc afectades per aparells de corrent endavant, com ara guies o banys de refredament.

Figura 5 Sistemes de coesxtrusión

La caiguda de pressió, taxes de cisallament i dilatació en les fileres d'un perfil complex poden analitzar amb la teoria per al flux newtonià isotèrmic si el perfil s'adapta raonablement a una combinació de formes més simples. Si la relació de la longitud de la filera a amplada és més gran de 8:1, el perfil es calcula com una combinació de ranures. Per predir la dilatació en la filera es necessiten correlacions experimentals de la dilatació com a funció de la tensió de cisallament recuperable, el que no és fàcil, de manera que, com a primer supòsit, els fabricants de fileres suposen una dilatació igual en totes les direccions i deixen prudentment algun metall per treure'l després d'assajar la filera, si es demostra necessari.

Operacions de postconformado

De tota manera, és possible alterar la forma del extruït quan està acabat de sortir de la filera. Un exemple és la fabricació de tub corrugat amb un parell de corrons d'embotició refredats. També es fabriquen elements especials, com cables de telèfon helicoïdals mitjançant un mandrí giratori a la sortida de la filera on el recobriment del cable es refreda i adquireix memòria de forma. Com s'opera a temperatures per sota del punt de fusió, poden desenvolupar tensions, per la qual cosa cal una selecció del material, disseny del producte i optimització de la temperatura de postformat per minimitzar problemes de distorsió de forma o baixa resistència a l'impacte degudes a tensions residuals.

A la sortida de la filera, si es tracta de recobriment de cable, les dimensions externes del producte les defineix el diàmetre de la filera i la velocitat relativa de la filera i la línia d'estirat. Això no es pot fer amb tubs perquè no hi ha material sòlid al seu interior que els suport, de manera que es fan servir calibradors immediatament a la sortida de la filera que, combinats amb les velocitats esmentades, determinen les dimensions finals del producte. En alguns casos s'utilitza un refredament extern del perfil i en altres, equips de buit amb fregaments de Teflon o bronze per mantenir la seva dimensió externa.

Figura 6 Les màquines d'extrusió alimenten a altres equips. La producció de pel lícula plana d'alta qualitat mecànica i / o òptica exigeix un refredador de cilindres a la sortida de l'extrusora.

A més d'un bany de refredament i un sistema final de tracció, poden ser necessaris altres accessoris per a completar el procés. Un element essencial és el galgat dimensional en línia sense contacte, com l'actual amb mesura làser per tubs al llarg de dues diagonals. El gruix pot mesurar-se per ultrasons, que requereix acoblament en aigua per a transmetre senyals al producte i rebre ecos o reflexions. Aquests sistemes controlen automàticament, a través de microprocessador, les velocitats de línia o extrusora i alerten l'operador si es necessiten ajustaments manuals.

Temperatura i velocitat equilibrades

L'eficiència del funcionament depèn d'una selecció assenyada de temperatures i velocitats de línia. El punt de partida més simple és començar amb un perfil pla de temperatures de la càmera establert al voltant de 50 C per sobre de la T _F per a plàstics semicristalinos i de 100 C per sobre de la T _G per als amorfs. Si llavors fluctua massa la pressió en la filera, s'intenta incrementar la temperatura de la zona d'alimentació. Si això no dóna resultat, s'intenta reduir la velocitat de la línia i / o del cargol.

Equilibrar temperatures i taxes de flux és delicat. Els canvis han de ser mínims i l'operador ha d'esperar que es restableixi l'equilibri abans d'efectuar altres. Si s'escalfa la zona de metering sense canviar la temperatura de la filera o la velocitat de la línia, baixarà la pressió d'entrada a la filera i serà necessari reduir la velocitat de la línia per mantenir les dimensions. No obstant això, si en mimso temps s'augmenta la velocitat del cargol, pot ser necessari augmentar la velocitat de la línia.

D'altra banda, augmentar el flux de calor extern a la zona de transició i la velocitat del cargol és relativament alta, es redueix la generació viscosa de calor i pot causar un fos incomplet. Si la fosa té viscositat molt baixa, com en algunes poliamides, no hi ha més solució que augmentar l'escalfament a la zona de transició.

Finalment, per sistematitzar la posada a punt de l'extrusió, és convenient obtenir les corbes de sortida respecte a temperatura característiques del cargol. Sobre aquestes corbes a velocitats de rotació constants que són específiques per a resines en particular poden sobreposar dades de la temperatura de l'extruït, consum de potència i qualitat del fos. L'ús d'aquestes dades ajudarà a optimitzar els nombrosos ajustaments nescesarios per al funcionament del sistema d'extrusió.

1 Extrusores d'un sol cargol

2 Extrusores de dos cargols

3 Extrusores especials

4 Extrusores per coloració

5 Instal · lacions de coextrusió

6 Extrusores per a la fabricació de cinta contínua

7 Extrusores per a fabricació de làmines

8 Extrusores per fabricació de làmina escumat

9 Extrusores per a la fabricació de monofilaments i multifilaments 10 Extrusores per a fabricació de pel lícules i fulles per broquet plana

11 Extrusores per a la fabricació de tubs i perfils

12 Extrusores per a la fabricació de tub corrugat

13 Extrusores per a la fabricació de tubs per enrotllament

14 Extrusores per a recobriment de cables i tubs

15 Extrusores o instal·lacions d'extrusió d'altres tecnologies

16 Equips de refredament, calibratge i tracció