Razones por la que su extrusora no debe funcionar en seco

El espacio radial entre los filetes del tornillo y el barril se fija normalmente en el 0,1% del diámetro para tornillos de tamaño de 2 a 10 pulgadas. Esta brecha permite una muy buena limpieza del barril, al tiempo que proporciona cierta tolerancia en el proceso de fabricación de tornillo/barril. Además, este espacio permite que se forme una película fina de la masa fundida entre el filete del tornillo y la pared del barril, que funciona como un lubricante.

El tornillo se mantiene centrado en el barril con ayuda del polímero que lo rodea, como se muestra en la figura 1. Pero incluso con este centrado "hidráulico", debido a las distintas fluctuaciones de presión, el tornillo todavía tiende a tambalear y entra así en contacto intermitentemente con la superficie del barril en casi toda su longitud.

La película de lubricante entre el filete del tornillo y el barril proporciona apoyo en ese caso, evitando el contacto completo del metal-metal.

Por eso es muy arriesgado trabajar con un extrusor en seco durante más de unos minutos.

En el área de alimentación de sólidos, donde hay poca masa fundida, el tornillo se centra por el reductor del engranaje, que está suficientemente lejos del estiramiento de la película para evitar el contacto en esa zona. Sin embargo, este centrado puede ser inadecuado cuando se utilizan mecanismos de embutición, o cuando se implementan secciones de alimentación acanalada, que pueden desarrollar cargas laterales muy altas. El efecto de centrado del reductor tampoco protege la totalidad de la longitud de los tornillos, y pone los filetes en contacto directo con el barril.

Pérdida del efecto lubricante

Si el tornillo se ejecuta más o menos vacío, la película de la masa fundida se puede desgastar rápidamente, perdiendo el efecto de la lubricación. Por consiguiente, se desarrollará rápidamente un desgaste abrasivo entre las dos superficies metálicas de deslizamiento no lubricadas. En última instancia, esto conduce al desgaste adhesivo, donde las dos superficies metálicas deslizantes realmente se fusionan o se rozan. Durante el rozamiento, las dos superficies toman el metal de uno a otro, llevando a un desgaste muy rápido o catastrófico. Se han desarrollada numerosas aleaciones metálicas para minimizar el efecto de desgaste, pero ninguna la ha podido eliminar totalmente.

Debido a la relativa alta viscosidad de la mayoría de polímeros, la película de polímero capturada entre el filete del tornillo y la pared del barril proporciona una importante protección o una fuerza normal contra el filete del tornillo, reduciendo el contacto entre éste y el barril, como se muestra en la figura 2.

Además, la película del polímero está siendo constantemente renovada, a medida que el tornillo gira, ya que absorbe parte del calor de cualquier fricción deslizante para reducir aún más la aparición de desgaste adhesivo. En ausencia de la película, no hay nada que evite el contacto metal a metal y el calentamiento por fricción, lo que causa un desgaste rápido.

En consecuencia, los tornillos nunca deben funcionar durante un tiempo prolongado (más de unos minutos) sin polímero. A veces el tornillo se pone en marcha en seco accidentalmente, como cuando la alimentación se interrumpe por puenteado, pérdida de material, o purga.

Sin embargo, en muchos casos, la extrusora se pone en marcha "en seco" debido a la falta de atención o falta de comprensión de la máquina. Muchos operarios no conciben que un rodamiento de la máquina funcione mucho tiempo sin lubricación, sin embargo habitualmente ponen en marcha el tornillo seco.

Un efecto menos evidente pero mucho más destructivo es cuando el tornillo se ejecuta con un llenado intermitente. Esto puede suceder cuando el llenado del tornillo es muy inconstante debido a una alimentación irregular. Ocurre a menudo en operaciones reciclaje, donde algunos polímeros —una gran cantidad de desecho de película, un trozo grande de purga, o una alimentación desigual de un embutido— pueden pasar a través del tornillo más o menos como un bulto. En este caso, el tornillo se queda vacío en un área, y se elimina el efecto de centrado del polímero. En algunos casos esto puede incluso provocar que se rasgue la película de lubricante.

Presión desequilibrada

Como resultado, una importante masa de polímero no mezclado pasará alrededor de la hélice de filete de tornillo sin ningún polímero que lo proteja en el lado opuesto. Esto presenta una presión desequilibrada que fuerza agresivamente el tornillo hacia el lado opuesto del barril.

Esto sucede típicamente en la sección de compresión, donde se llenará el canal sobre todo con el polímero sólido. Una vez que la mezcla se completa, el polímero tiende a fluir a las áreas de baja presión, reduciendo la magnitud de cualquier fuerza de desequilibrio. La falta de la fuerza opuesta de protección del polímero y la falta de una película lubricante magnifica la fuerza de contacto, y puede ocurrir el desgaste muy rápidamente. Esta situación se muestra en la figura 3.

Aunque la película de la masa fundida entre el filete del tornillo y la pared del barril actúa como un lubricante del cojinete, no es lo mismo por varias razones, la más importante es que el polímero muestra un comportamiento no-newtoniano.

Pero es la alta viscosidad y visco elasticidad típica de los polímeros no-newtonianos lo que proporciona una fuerza normal muy fuerte bajo el esfuerzo de la cizalla. Y esto protege los filetes y separa las superficies de metal, actuando como un fluido de rodamiento y previniendo el rápido desgaste debido al rozamiento.

Es importante recordar que un tornillo y un barril tienen las mismas características de metal deslizantes que se encuentran en un eje de rotación en una superficie de rodamiento, y que requieren lubricación para reducir el desgaste. Poner en marcha un extrusor en seco elimina el la protección y la lubricación, ya sea si se ejecuta continuamente en un modo seco o en las condiciones secas intermitentes.