Extrusión de calidad: tolerancias y flujo uniforme

Las extrusiones de calidad se juzgan principalmente por sus tolerancias dimensionales. Conseguir tolerancias uniformes requiere una producción constante y una temperatura de fusión pareja durante la extrusión. Esto produce flujo uniforme, reducción y contracción.

No es inusual tener una temperatura de fusión relativamente uniforme al salir de la extrusora y/o mecanismo de cambio de filtros, y luego tener una diferencia de temperatura considerable "que se ha quedado" en el fundido al pasar por los tubos de flujo y otros equipos del proceso que van hacia el dado. Cuanto más largos sean los equipos y cuanto menor sea la velocidad del flujo, mayor será la variación que se cree.

La baja velocidad de flujo puede generar variación en la temperatura de fusión, que influye en la estabilidad del flujo del dado, particularmente en secciones delgadas transversales y capas delgadas de coextrusión.

Estas variaciones son, a menudo, culpa de un deficiente diseño del tornillo y de los operarios que suelen actuar aumentando la densidad del paquete de filtros. Pero ese enfoque realmente aumenta la temperatura de fusión, reduce la producción y no ofrece ninguna mejora. A veces resulta peor.

Las figuras 1-4 muestran la velocidad de flujo en un orificio del flujo redondo. El rendimiento en cualquier área es proporcional a la velocidad, así que lo que realmente se demuestra es la variación en el rendimiento a través de la sección transversal.

El flujo de polímero es siempre laminar o en forma de capas debido a las altas viscosidades, de modo que el flujo de presión en una tubería redonda sucede esencialmente en forma de anillos concéntricos alrededor del centro. El flujo más alto se produce siempre en el centro de la tubería, con la disminución de la velocidad de flujo a medida que aumenta la distancia desde el centro. Puesto que el polímero se pega a las paredes del orificio, la velocidad es cero en las paredes y máxima en el centro. El polímero más caliente, que tiene una viscosidad más baja, se mueve al centro geométrico de la zona de flujo, donde el esfuerzo de cizalla del flujo principal en las paredes es mínimo.

La figura 1 muestra una velocidad de flujo ideal. El flujo se acerca a flujo obstruido, y la velocidad es bastante uniforme, aunque es aún cero en las paredes. Este es un diseño ideal pero no siempre se puede implementar por distintas razones. La figura 2 muestra una situación más típica, donde los orificios de flujo aumentan de tamaño para controlar la presión o la producción se reduce por otros motivos. La figura 2 es lo que se esperaría en condiciones isotérmicas en aproximadamente la mitad del potencial para el flujo obstruido.

En la figura 3, las paredes del orificio están a una temperatura considerablemente más baja que el fundido que entra en el orificio. Esto resulta en un flujo más concentrado en el centro con una velocidad más alta, y un área mayor del orificio que se llena de polímero con movimientos lentos o muy lentos. Esto se traduce en una mayor variación de temperatura de fusión que entra en la boquilla y es una opción de funcionamiento deficiente.

Esto a menudo es el resultado de asumir que el fundido se puede enfriar de esa forma, pero que no tiene ningún efecto o que realmente aumenta la temperatura de fusión por la mayor caída de la presión, debido al área de flujo reducido. Los polímeros son excelentes aislantes, y tratar de enfriarlos en un flujo laminar en la pared es muy ineficaz.

La figura 4 es una condición donde la pared está a una temperatura igual o superior que el fundido. Cualquier mantenimiento o incluso un leve calentamiento del fundido cerca de la pared reduce la viscosidad en esa zona y el esfuerzo de cizalla total en el flujo del fundido, que amplía el área de flujo.

Personalmente, me parece que configurar al final del proceso los tubos de flujo y los equipos auxiliares 10 ° F más alto que la temperatura de fusión que sale de la extrusora es un buen punto de partida, hasta que haya más información. Mientras más uniforme sea el flujo, más constante será la temperatura de fusión. Es importante minimizar la variación de temperatura a través de la extrusión, ya que la variación afectará el flujo de la boquilla y las dimensiones de la pieza final.

Mucho de esto a menudo puede ser mitigado con el uso de un mezclador estático, que siempre debe estar situado lo más cerca posible de la boquilla para que no se pueda incorporar ninguna otra variación después del mezclador. Por supuesto, un diseño adecuado y un control térmico de los equipos auxiliares es una solución que ofrece una ventana angosta, donde la operación es casi óptima.