Conceptos básicos de extrusión: agua, agua, en todas partes (pero manténgala fuera de la ext

Alan Griff | 11 de septiembre de 2017

Las inundaciones en Texas, donde el plástico es crítico, me recordaron que los productos de plástico resistentes al agua (botes, lonas, bolsas de todo tipo) están salvando muchas propiedades e incluso vidas, pero en la extrusión, como en Houston y Florida, el agua suele ser un enemigo. .

Esto sucede de una de dos maneras (o ambas):

El antiguo marinero de Samuel Taylor Coleridge, que dijo: "agua, agua por todas partes, ni una sola gota para beber", está ilustrado aquí por Gustave Doré. Observe cómo la viga del mástil se parece a un tornillo extrusor.

Cosmético —el agua absorbida por la resina hervirá hasta convertirse en vapor al salir del troquel y formará burbujas, hoyos o líneas punteadas en la superficie del producto. Alcanza muy por encima de los 100 °C (212 °F) dentro de la extrusora, pero las presiones son demasiado altas para permitir la ebullición y el agua permanece en forma líquida hasta que su presión cae al pasar por los labios de la matriz.

Como regla general, cualquier cosa por encima del 0,1 % de agua (una botella de agua de 16 onzas en un Gaylord) hará marcas visibles, pero la formulación, la velocidad de salida del troquel y la extracción también tendrán efectos.

Muchos polímeros (como el ABS y el PMMA) absorben más de la atmósfera normal; otros (PS) están lo suficientemente en el límite como para mostrarse con alta humedad; y algunos (PE, PP, PVC) no absorben humedad en absoluto.

Sin embargo, esto no los deja libres, ya que pueden contener aditivos como colorantes blancos o negros y rellenos como madera o carbonato de calcio. O bien, los polímeros pueden haberse mojado por haber sido almacenados al aire libre bajo la lluvia o en el interior bajo un techo con goteras, o incluso por una tubería de agua fría sobre una tolva abierta, en la que se condensa agua de aire caliente.

Reacción química —algunos polímeros son polímeros de condensación, en particular los poliésteres (como el PET), los policarbonatos y la familia del nailon (poliamida). Todos estos se hacen haciendo reaccionar un -H de un monómero con un -OH de otro, para hacer H-OH = H₂O = agua.* El agua se elimina en el proceso de fabricación, los dos extremos sueltos se unen y el polímero resultante es de hecho resistente al agua. Sin embargo, si se calienta lo suficiente, como cuando se derrite en una extrusora, las moléculas de agua alrededor quieren volver al lugar de donde vinieron y, por lo tanto, romper la cadena formada cuando reaccionaron originalmente. La cantidad de agua que puede dañar seriamente las cadenas es mucho menor que la necesaria para evitar marcas visibles (cosméticas); es más como una cucharada, en lugar de una botella de 16 onzas, de agua en un Gaylord.

Entonces, ¿qué podemos hacer? Las dos formas más comunes de evitar estos problemas son el secado previo y la ventilación. Con el secado previo, la alimentación se calienta con aire caliente en su tolva encima de la extrusora, o en un recipiente similar cercano, y se alimenta a la extrusora de forma continua. La tolva tiene que ser lo suficientemente grande para permitir suficiente tiempo de secado para el material que se seca. Por lo tanto, el alimento está caliente aunque todavía sólido, y las condiciones de extrusión no son las mismas que con el alimento a temperatura ambiente.

Con ventilación, el cilindro tiene un orificio: en tornillos simples, alrededor del 70 % aguas abajo de la alimentación; en gemelos, la ubicación varía. Los diseños de los tornillos son diferentes de los sistemas sin ventilación, con canales profundos en la ubicación ventilada para que funcionen parcialmente llenos allí, de modo que no salga nada por la ventilación (aunque a veces sí). Para cuando el material llega a la ventilación, está lo suficientemente caliente como para hervir el agua que está allí, especialmente si se aplica vacío. El vacío también elimina el aire, según sea necesario en la mayoría de las líneas alimentadas con polvo.

Cualquiera de los procesos suele ser suficiente para las resinas PE-PP-PS, pero no necesariamente para el ABS, el PMMA y los polímeros de condensación. Para estos, el método tradicional es una tolva-secador deshumidificador, en el que se pasa aire a través de un desecante y luego a través del material en una tolva lo suficientemente grande como para proporcionar el tiempo de secado necesario. Esto puede durar hasta seis horas, según la resina, el tamaño de las partículas, la temperatura del aire y la construcción del secador. Hay otros métodos de secado (congelación, infrarrojos, vacío), pero las ventilaciones se han convertido en una alternativa viable, especialmente (pero no solo) para PET en máquinas de doble tornillo. Para eliminar suficiente humedad para que la cadena se quiebre al mínimo, estas líneas deben funcionar rápido (tiempo de residencia reducido) y la velocidad de alimentación debe optimizarse.

¿Alguna vez es bueno tener un poco de agua en el material? Sí, para nylons (poliamidas), que se plastifican con agua, de manera que se reduce la viscosidad y se genera menos calor. Demasiado seco significa mayor viscosidad y más calor por fricción, lo que también puede causar problemas. Esto es más crítico en el moldeo por inyección, donde es importante un buen flujo en el molde, pero incluso en la extrusión, el contenido de humedad de las mallas debe vigilarse de cerca.

* Sé que la mayoría de los PC y algunos PET tienen productos de reacción distintos al agua, pero el resultado es el mismo: el agua aún puede regresar a donde se expulsaron estos otros productos, y la alimentación aún debe secarse.

Allan Griff es un ingeniero de extrusión veterano, comenzó en el servicio técnico para un importante proveedor de resinas y ahora trabaja por su cuenta durante muchos años, como consultor, testigo experto en casos legales y, especialmente, como educador a través de seminarios web y seminarios, tanto público e interno. Escribió el primer libro práctico sobre extrusión en la década de 1960, así como el Manual de operaciones de extrusión de plásticos, que se actualiza casi todos los años y está disponible en español, francés e inglés. Obtenga más información en su sitio web, www.griffex.com, o envíele un correo electrónico a [email protected].

Las actividades de otoño-invierno de Griff incluyen seminarios públicos de introducción a la extrusión de un día en Houston, Toronto y Chicago, y una charla sobre los límites de la tasa de producción, el 19 de octubre, en la Conferencia de Extrusión 2017 en Charlotte, NC.

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