La extrusión de plásticos es un proceso de fabricación de gran volumen en el que el plástico en bruto se funde y se transforma en un perfil continuo. La extrusión produce elementos tales como tuberías / tubos, burletes , cercas, barandillas de cubierta , marcos de ventanas , láminas y películas de plástico , revestimientos termoplásticos y aislamiento de cables.
Este proceso comienza alimentando material plástico (gránulos, gránulos, copos o polvos) desde una tolva al barril de la extrusora. El material se derrite gradualmente por la energía mecánica generada al girar los tornillos y por los calentadores dispuestos a lo largo del cañón. El polímero fundido se fuerza a continuación en una matriz, que da forma al polímero en una forma que se endurece durante el enfriamiento.
Historia
Extrusión de tuberías
Los primeros precursores de la extrusora moderna se desarrollaron a principios del siglo XIX. En 1820, Thomas Hancock inventó un "masticador" de goma diseñado para recuperar desechos de goma procesados, y en 1836 Edwin Chaffee desarrolló una máquina de dos rodillos para mezclar aditivos en el caucho . La primera extrusión termoplástica fue en 1935 por Paul Troester y su esposa Ashley Gershoff en Hamburgo , Alemania. Poco después, Roberto Colombo de LMP desarrolló las primeras extrusoras de doble husillo en Italia.
Proceso
En la extrusión de plásticos, el material compuesto en bruto comúnmente se presenta en forma de nurdles (perlas pequeñas, a menudo llamadas resinas) que se alimentan por gravedad desde una tolva montada en la parte superior del cilindro del extrusor. Los aditivos tales como colorantes e inhibidores de UV (en forma de líquido o de gránulos) a menudo se usan y se pueden mezclar en la resina antes de llegar a la tolva. El proceso tiene mucho en común con el moldeo por inyección de plástico desde el punto de la tecnología de la extrusora, aunque difiere en que generalmente es un proceso continuo. Mientras que la pultrusión puede ofrecer muchos perfiles similares en longitudes continuas, generalmente con refuerzo adicional, esto se logra tirando el producto final de un troquel en lugar de extruir el polímero fundido a través de un troquel.
El material ingresa a través del cuello de alimentación (una abertura cerca de la parte posterior del barril) y entra en contacto con el tornillo. El tornillo giratorio (que gira normalmente a, por ejemplo, 120 rpm) fuerza las perlas de plástico hacia el interior del cañón calentado. La temperatura de extrusión deseada rara vez es igual a la temperatura establecida del barril debido al calentamiento viscoso y otros efectos. En la mayoría de los procesos, se establece un perfil de calentamiento para el cañón en el que tres o más zonas de calentamiento controladas por PID aumentan gradualmente la temperatura del cañón desde la parte posterior (donde entra el plástico) hacia el frente. Esto permite que las perlas de plástico se derritan gradualmente a medida que se empujan a través del barril y reduce el riesgo de sobrecalentamiento que puede causar la degradación del polímero.
El calor adicional es aportado por la intensa presión y fricción que tiene lugar dentro del barril. De hecho, si una línea de extrusión está funcionando con ciertos materiales lo suficientemente rápido, los calentadores pueden apagarse y la temperatura de fusión puede mantenerse solo por presión y fricción dentro del barril. En la mayoría de las extrusoras, los ventiladores de refrigeración están presentes para mantener la temperatura por debajo de un valor establecido si se genera demasiado calor. Si el enfriamiento forzado del aire resulta insuficiente, entonces se emplean camisas de enfriamiento moldeadas.
Extrusora de plástico cortada por la mitad para mostrar los componentes
En la parte delantera del barril, el plástico fundido sale del tornillo y se desplaza a través de un paquete de malla para eliminar cualquier contaminante en la masa fundida. Las pantallas están reforzadas por una placa rompedora (un disco de metal grueso con muchos agujeros perforados) ya que la presión en este punto puede exceder 5,000 psi (34 MPa ). El ensamblaje de la placa protectora / placa rompedora también sirve para crear una contrapresión en el cañón. Se requiere contrapresión para lograr una fusión uniforme y una mezcla adecuada del polímero, y la cantidad de presión que se genera puede "ajustarse" variando la composición del paquete de pantalla (el número de pantallas, su tamaño de tejido y otros parámetros). Esta combinación de placa rompedora y paquete de pantalla también elimina la "memoria de rotación" del plástico fundido y crea, en su lugar, "memoria longitudinal".
Después de pasar a través de la placa rompedora, el plástico fundido ingresa al troquel. El dado es lo que le da al producto final su perfil y debe diseñarse de manera que el plástico fundido fluya uniformemente desde un perfil cilíndrico a la forma del perfil del producto. El flujo desigual en esta etapa puede producir un producto con tensiones residuales no deseadas en ciertos puntos del perfil que pueden provocar deformaciones al enfriarse. Se puede crear una gran variedad de formas, restringidas a perfiles continuos.
El producto ahora debe enfriarse y esto generalmente se logra tirando del extruido a través de un baño de agua. Los plásticos son aislantes térmicos muy buenos y, por lo tanto, son difíciles de enfriar rápidamente. Comparado con el acero , el plástico conduce su calor 2.000 veces más lentamente. En una línea de extrusión de tubo o tubería, se actúa sobre un baño de agua sellado mediante un vacío cuidadosamente controlado para evitar que el tubo o tubería recién formado y aún fundido colapse. Para productos tales como láminas de plástico, el enfriamiento se logra tirando de un conjunto de rodillos de enfriamiento. Para películas y láminas muy finas, la refrigeración por aire puede ser efectiva como una etapa de enfriamiento inicial, como en la extrusión de película soplada.
Las extrusoras de plástico también se utilizan ampliamente para reprocesar desechos plásticos reciclados u otras materias primas después de la limpieza, clasificación y / o mezclado. Este material comúnmente se extruye en filamentos adecuados para cortar en el talón o en el stock de pellets para utilizarlos como precursores para su posterior procesamiento.
Continuará...
