¿Qué se debe tener en cuenta al seleccionar tornillos y barriles de plastificación?

¿Qué se debe tener en cuenta al seleccionar tornillos y barriles de plastificación?

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En una máquina de moldeo por extrusión no hay un componente más importante que el sistema que funde y extruye el producto. El tornillo, el barril y la interfaz mecánica de esta combinación pueden tener un impacto significativo en la calidad del fundido, la calidad de la pieza extruida y la economía de la operación. De la manera en que usted aborde la selección del tornillo y barril, su tratamiento y los componentes finales, como válvulas de cheque, boquillas y puntas, depende que logre una operación rentable o que tenga pérdidas.

Los componentes

Debido a que muchos componentes y barriles se compran como piezas de repuesto, el primer lugar en el cual su proveedor quiere arrancar es entendiendo lo que hay actualmente instalado en la máquina. ¿Quién es el fabricante? ¿Qué modelo, serial y año de fabricación tiene? ¿Cuál es la fuerza de cierre y el tamaño de la dosificación? ¿Cuál es la carrera, la máxima velocidad del tornillo en rpm y cuál es la presión máxima de extrusión?

Otras preguntas relevantes tienen que ver con la relación L/D, el tipo de diseño del tornillo (si es de dosificación, mezclado, propósito general o barrera). Es importante saber si es un tornillo de una sola etapa o un tornillo de dos etapas, y ver en qué condición de desgaste se encuentran el tornillo y barril. También es importante saber si el desgaste es abrasivo, adhesivo o corrosivo.

Tal vez usted está buscando un proyecto de elevar o bajar capacidad, o busca mejorar el tornillo y barril para lograr mejores condiciones de proceso. ¿Necesita montar un molde más grande en la misma máquina? ¿O necesita bajar el tamaño para reducir el tiempo de residencia del material, debido a que tiene una pieza muy pequeña que debe trabajar en esta máquina? Su proveedor va a querer saber los detalles de la pieza, del material, el tamaño del tiro (incluyendo el canal de alimentación) y el tiempo de ciclo.


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Condiciones de proceso

Su proveedor también va a querer conocer la naturaleza exacta de cualquier problema que se esté presentando. Algunos problemas típicos pueden tener que ver con el tiempo de recuperación del tornillo. Es importante saber las temperaturas que se están corriendo y si la temperatura real está variando con respecto a la que se fija en el control de la máquina.

También es importante definir cuáles son los objetivos: es importante tener conocimiento sobre el tiempo de ciclo, y saber si se quieren solucionar problemas asociados a la descompresión. También saber en qué niveles de contrapresión se trabaja y conocer la presión hidráulica del motor.

El material

Una de las variables más importantes para escoger la combinación óptima de barril y tornillo es conocer qué materiales se van a trabajar en la máquina, y si se van a emplear aditivos o refuerzos, particularmente retardantes de llama, fibras de vidrio o minerales. Esto porque la salida de volátiles es una causa importante de abrasión corrosiva en los tornillos y barriles. También es útil saber si el material es de difícil fundido, si se emplea algún porcentaje de material recuperado y si se tiene información sobre el tiempo de residencia actual del material.   

Problemas de mezclado

Los diseños de los tornillos están hechos para hacer un mezclado dispersivo o uno distributivo. El mezclado distributivo es el proceso de dividir un componente en otro, de la forma en que se amasa harina, por ejemplo. El mezclado dispersivo lo que haces es reducir el tamaño de componentes pequeños para mejorar su distribución dentro de una matriz más grande. Normalmente, lo que se busca es el amasado que otorga el mezclado distributivo, porque el mezclado dispersivo exige mayores esfuerzos de corte y genera por lo tanto un incremento de temperatura.

Entender cómo el diseño del tornillo afecta el mezclado es básico para hacer esta selección. Si usted está empleando solamente material pre-pigmentado, y no necesita incorporar “scrap” de vuelta dentro de la mezcla, el objetivo principal del tornillo es la fusión, no la mezcla. Pero si usted está dosificando colores o concentrados de aditivo dentro de la máquina, o si tiene un porcentaje alto de reúso de “scrap”, la función de mezclado del tornillo puede resultar esencial para lograr una buena calidad de la pieza.

Los aditivos o concentrados de color que tienen un tamaño de partícula más grande requieren más mezclado que aquellos con un tamaño pequeño de partícula. Los altos niveles de concentración dentro del concentrado de color significan que se requieren menos gránulos, y por tanto se dificulta más la mezcla. Cuando se alimentan aditivos cerca de la garganta, esto significa usualmente que hay menos dispersión del aditivo cuando entra al barril.

Finalmente, el tipo de resina también implica una diferencia. Las resinas semi-cristalinas son más difíciles de mezclar que las amorfas, porque les cuesta más trabajo fundirse. Los aditivos inorgánicos, como el talco o carbonato de calcio, pueden aglomerarse bajo presión, y requieren de un esfuerzo de corte más alto para romperse nuevamente.


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Entendiendo el desgaste

Existen tres tipos de desgaste en los tornillos y barriles. Entender cuál es el tipo de desgaste que está ocurriendo en su equipo le ayudará a tomar las medidas correctivas del caso.

Desgaste por abrasión: como su nombre lo indica, es un daño superficial causado por talco, carbonato de calcio, fibras de vidrio o incluso pigmentos que emplean dióxido de titanio (los que se emplean para darle el color blanco a los plásticos). Estas partículas duras rayan el metal del tornillo y el barril. Las fibras de vidrio particularmente friccionan la raíz del tornillo y el borde, usualmente en las regiones de transición o compresión donde las fibras se han expuesto y donde los pellets de plástico se han fundido parcialmente y son presionados contra le tornillo y el barril. En este caso la solución es aplicar materiales de alto endurecimiento en tornillo y barril para ayudar a disminuir este desgaste.

Desgaste por adhesión: esto es básicamente degradación, causada por el contacto metal-con-metal. Algunos metales pueden “fundirse” unos con otros cuando hay un exceso de calor de fricción, y se separan cuando el tornillo rota. Para evitarlo es importante garantizar una tolerancia suficiente, así como alineación de los componentes. También se recomienda emplear materiales compatibles y contar con suficiente dureza en las superficies.

Desgaste por corrosión: el ataque químico en las superficies del tornillo y barril usualmente resulta cuando una resina se sobrecalienta y se libera un químico corrosivo. La ocurrencia más común es ácido clorhídrico, que se libera con la degradación de PVC. Otras resinas que pueden liberar químicos corrosivos son el ABS, PC, celulósicos, polisulfonas, agentes para compatibilizar fibras y materiales retardantes de llama. La mejor manera de prevenir este problema es evitar el sobrecalentamiento; no permita que la máquina esté desocupada por altos periodos de tiempo a la temperatura de operación. Es importante especificar materiales resistentes a la corrosión.

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