Extrusión: diseño del husillo para reciclaje multimaterial

Hoy, con el foco puesto sobre el reciclaje, es necesario prestar atención para evitar problemas de procesamiento al reciclar piezas coextruidas o moldeadas por coinyección. Muchos productos plásticos se componen de varias capas de polímeros diferentes para ofrecer propiedades especiales como barrera, brillo, color, desgaste, etc., que son muy delgadas, pero deben ser consideradas al diseñar tornillos para el reciclaje. Esto aplica particularmente en los polímeros semicristalinos.

Los polímeros semicristalinos no se ablandan en absoluto hasta muy cerca de su punto de fusión. Por ejemplo, consideremos una pieza hecha de un polímero semicristalino como HDPE, con una capa semicristalina adicional coextruida o sobremoldeada de PET. En ese caso, el HDPE se funde a 130 °C (266 °F) y el PET a 260 °C (500 °F).

Dado que la mayor parte del artículo reciclado, por ejemplo, más del 90 % es HDPE, su temperatura de procesamiento normal está típicamente en el rango de 187-204 °C (370-400 °F). El PET ni siquiera comenzaría a ablandarse, y mucho menos a fundirse, a esa temperatura.

De alguna manera, llegar a la temperatura de procesamiento general hasta donde el PET también pueda fundirse degradaría o quemaría el HDPE. También aplica el problema inverso: si el polímero principal fuera PET, la temperatura de procesamiento requerida degradaría fuertemente el HDPE.

Hay un poco menos de preocupación cuando se reciclan piezas hechas de capas de polímero amorfo o combinaciones de polímeros amorfos, ya que normalmente se ablandan y se vuelven gomosas muy por debajo de sus temperaturas típicas de procesamiento.

Por lo tanto, puede haber una gran disparidad entre sus temperaturas normales de procesamiento y la capacidad de pasarlas a través de cualquier pequeño espacio en el tornillo. Su punto de ablandamiento se conoce como temperatura de transición vítrea, o Tg.

No obstante, incluso con polímeros amorfos hay un límite para la Tg de cada polímero, de modo que no se llegue a obstruir el tornillo. Los polímeros semicristalinos también tienen una Tg, y se denominan semicristalinos porque contienen una porción de polímero amorfo.

Sin embargo, por lo general no afectan el flujo a un grado lo suficientemente grande, y se pueden considerar no fluidos hasta el punto de fusión. Por consiguiente, el punto de fusión se aplica a los polímeros semicristalinos más que a la Tg para los fines de esta discusión.

En el reciclaje de piezas coextruidas o coinyectadas que tienen capas de polímero cristalino debe evaluarse con cuidado el uso de tornillos de barrera y mezcladores de cizallamiento (como las diversas variedades de mezcladores tipo Maddock).

Si una de las capas es un polímero semicristalino con un punto de fusión mucho más alto que la temperatura normal de procesamiento del polímero principal, quedará atrapado detrás de los espacios estrechos del filete de barrera y la mezcladora.

La resina semicristalina de fusión más alta simplemente no se romperá y fluirá sobre el filete de barrera y, o, la zona de cizallamiento en cualquier mezclador. Incluso un porcentaje relativamente bajo (menos del 5 %) del polímero de fusión más alta obstruirá el tornillo y causará una producción inestable y reducida.

Para cualquier material reciclado, incluidas películas, se debe poner atención en los puntos de fusión o ablandamiento relativos de los polímeros componentes para determinar si el diseño del tornillo es adecuado para esa combinación de polímeros. Si hay una incompatibilidad térmica, entonces debe evaluarse con cuidado el uso de tornillos de barrera y dispositivos de mezcla restrictivos, y el diseño del tornillo basado en la fusión sin estos dispositivos.

Esto normalmente limitará la producción potencial, por eso es importante tenerlo en cuenta en la estimación original para la rentabilidad del reciclaje de procesamiento. Otros tipos de tornillo sin pequeños espacios libres permitirán que los materiales de mayor fusión o de mayor Tg simplemente pasen a través del tornillo como un relleno inerte.