Puntos negros en extrusión de películas y láminas

Los puntos negros en extrusión son residuos carbónicos creados generalmente por la degradación de las resinas. Estos son detectados como defectos ópticos en los productos terminados y son más notables sobre fondos blancos o transparentes. Los puntos negros son reconocidos en la industria de los plásticos como defectos que a veces son recurrentes y que no pueden ser tratados efectivamente si no se conocen sus causas.

La literatura técnica sobre el tema menciona consistentemente dos causas principales: una, que la materia prima llegue a la planta del transformador conteniendo de antemano estos residuos carbonáceos. Dos, que los puntos negros sean generados en las máquinas de extrusión del usuario de la resina. La primera puede ser descartada mediante un examen de la apariencia óptica de la resina al ingresar la planta. Y si se presenta, su solución se logra contactando el proveedor y estableciendo un plan de mejoramiento. Esta causa no es frecuente pero sí puede presentarse.

La generación de puntos negros en los procesos internos de extrusión es pues más factible y debe ser considerada cuando se ha descartado al proveedor como fuente del problema. Los puntos negros son productos carbonizados que provienen de la descomposición de la resina o de algún aditivo presente en ella. La descomposición ocurre por la exposición a altas temperaturas durante periodos cortos de tiempo o a bajas temperaturas durante periodos largos de tiempo. La descomposición no siempre se detecta inmediatamente ocurre, sino que puede ser evidente horas después de su aparición.

El extrusor debe mirar dos aspectos en la máquina extrusora: su diseño y la manera de operarla. La exposición térmica se ocurre porque de alguna manera se presentan puntos en donde la resina deja de fluir y se estanca sobre alguna superficie del equipo. Es decir, que pueden existir lugares de la extrusora en donde el flujo no es continuo sino que es intermitente o inexistente. De esta manera, no hay renovación o barrido del material y la degradación se desarrolla consecuentemente. Eventualmente, estas porciones degradadas y carbonizadas se desprenden y aparecen en el producto terminado.

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Información comercial

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John Bozzelli y Tony Deligio (www.scientificmolding.com) o Chris Rauwendaal (www.rauwendaal.com) explican que el diseño del tornillo puede ser la causa de la generación de los puntos negros. Estos autores analizan el llenado del canal localizado entre los filetes del tornillo en la zona de dosificación. Como es sabido, la resina en condiciones ideales llena el canal y fluye formando un remolino que barre el canal desde el fondo del mismo subiendo por el frente pasivo del filete hasta encontrarse con la pared del barril, donde el flujo se detiene. El frente activo del filete barre luego la superficie del barril mediante el uso y el envío de la resina hacia el fondo del canal para iniciar otro ciclo del remolino.

De acuerdo con Bozzelli y Deligio, al final de la zona de transición y comienzo de la de dosificación, con frecuencia se presenta una situación similar a la descrita en la figura 1.La imagen ilustra cómo el remolino no alcanza a subir en toda la altura del frente pasivo, por lo que se puede considerar que este frente no es barrido por el fluido. Como consecuencia, partículas como gránulos de resina y residuos de color se mantienen por mucho tiempo antes de ser removidos por el flujo. "La mayoría de las veces los canales no se llenan y trabajan con cantidades variables de plástico dependiendo de la contrapresión, viscosidad, rpm del tornillo y otras variables. Cuando estas condiciones cambian por cualquier razón, comienza la lluvia de carbón. Cuando el carbón depositado en la parte posterior de los filetes se desprende contamina la resina fundida".

De acuerdo con estos autores, "un buen diseño del final de la zona de transición y comienzo de la de dosificación debería contar con canales que contengan una conicidad suave en el lado pasivo de los filetes. Tal diseño asegura un mezclado suave y de tipo distributivo y no de alta cizalladura".

Para Rauwendaal, el pobre llenado del canal ocurre con frecuencia en los tornillos de dos etapas, después de la zona de venteo. Para él, "la clave para resolver el problema de degradación está en evitar las variaciones de presión en barril". Es importante que la sección de dosificación de la segunda etapa genere buena presión y que ésta se diseñe teniendo en cuenta la resina de menor viscosidad y mayor adelgazamiento con el calor (entre las que se van a usar en el extrusor). Por otro lado, también aconseja usar un radio grande en el fondo del canal, en el lado pasivo del filete. La variación de presión en el extrusor también se puede minimizar si el cambio de filtro se realiza cuando el incremento de presión llega hasta unos pocos cientos de psi.

Esta descripción del origen de los puntos negros se suma a los factores previamente contemplados de manera generalizada. Es decir, todos los puntos muertos del equipo, en donde la resina puede estancarse son focos de puntos negros. Entre éstos están también daños en la superficie del tornillo, las mallas del filtro, codos mal diseñados, tubos de conexión demasiado largos, superficies fracturadas, etc.

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