AINIA Network / 20 Diciembre 2019

Extrusoras

Introducción

El proceso de extrusión consiste en que el polímero tratado llegue a su punto de fusión para que una vez en fase líquida, pueda pasar a través de un cabezal donde se ha practicado canalizaciones que darán al polímero la forma deseada.

Así pues, para el soplado de films, láminas para termoformar, fibras sintéticas, revestimiento de hilos, tuberías y perfiles o en líneas de reciclado o repeletización se requiere extrusoras que transformen el material a su estado fundido.

Proceso de extrusión

Los componentes de una línea de extrusión son relativamente similares cualquiera que sea el tipo de extrusora que se vaya a usar.

Unidad de transmisión de fuerza.
Zona de dosificación.
Control de temperatura.
Sistema de ventilación.
Unidad de control.

Unidad de transmisión de fuerza: sistema eléctrico cuya función es cambiar la velocidad de los cojinetes de empuje produciendo el movimiento rotacional del husillo.
Zona de alimentación: la extrusora es alimentada por material situado en la tolva de alimentación. El material puede caer por gravedad, mediante el husillo de dosificación o simplemente transportado por una espiral. Se analizarán los dosificadores en la sección DOSIFICADORES VOLUMÉTRICOS.
Control de temperatura: en esta sección se incluye también el análisis de, posiblemente, los dos elementos más importantes de la extrusora, como son el husillo y el cilindro.

Dosificación Plastificación o Transporte o Fusión Alimentación

El cilindro y el husillo están hechos de aceros de alta fuerza protegidos del desgaste y la corrosión por procedimientos de templado y revestimientos tales como tratamiento con ácido nítrico o endurecimiento con cromo. El cilindro de extrusión está dividido en zonas, de 3 a 7, que son calentadas y enfriadas de manera individual dependiendo del material y de los parámetros del proceso.

La misión del/los husillo/s de una extrusora es transportar la materia prima (polímero y/o cargas y/o aditivos) a través del cilindro a la vez que se comprime y se eliminan los compuestos volátiles. A su vez, el fundido se reblandece debido al calentamiento, debido a las fuerzas internas de cizalla con las paredes del cilindro y el calor aplicado externamente (En el caso de no aplicarse calor externo para producir el fundido, se denomina extrusión adiabática). También el husillo favorece la mezcla y produce un fundido muy homogéneo sin impurezas. Por último, aplica una presión constante (presión de cabeza) necesaria para forzar a que el material atraviese el cabezal, que da la forma deseada.

Para realizar estas funciones eficientemente, se diseña el husillo con diferentes secciones que realizan diversas funciones, como la de alimentación, plastificación y dosificación. Actualmente se puede reconfigurar el diseño del husillo en función del proceso y del material tratado, ya que está compuesto de segmentos intercambiables. Tal diseño es proporcionado, normalmente, por el fabricante.

El parámetro que mejor define la capacidad de plastificación de la extrusora es la relación L/D (ratio entre la longitud y el diámetro del husillo). Se puede decir que cuanto mayor sea, más tiempo permanecerá el material dentro del cilindro para fundir el material homogéneamente. Se puede considerar que a partir de un L igual a 20 D es adecuado para grandes producciones.

Es necesario destacar que a la extrusora se le acompaña de diversos accesorios tales como el cabezal o dado, que marcará la forma de salida de la extrusora; una unidad de calibración, que estabilizará la forma de salida del cabezal mientras el polímero es enfriado; cortadora o tallarina, que atraerá el polímero y lo cortará con la longitud deseada además de una fuente de agua para el sistema de refrigeración del cilindro y de enfriamiento del polímero.

Sistema de ventilación: debido a las altas temperaturas que se alcanzan en el cilindro, es necesario la degasificación del polímero, pues la presencia de vapor o gas puede producir burbujas en el producto a la salida, con el siguiente perjuicio en la propiedades de la pieza. Esto se alcanza mediante la situación de varias oberturas de ventilación especialmente situadas.

Unidad de control: desde aquí se controlan las temperaturas de cada zona, temperatura del fundido, velocidad de giro del husillo, par motor, presión de salida, etc.…

Tipos de extrusoras

En función del tipo de producto que se quiera obtener será necesario que se seleccione la extrusora que mejor pueda realizar el proceso. El fabricante ya indica para qué tipo de procesos se adapta mejor la máquina. Aquí indicamos los distintos tipos de extrusoras que hay en el mercado.

Extrusora en proceso continuo:

Un solo husillo: producen un flujo homogéneo y uniforme. Adecuadas para procesos de coextrusión.
Doble husillo: producen una mezcla entre granza y aditivos muy buena debido a que aumentan tanto las fuerzas de cizalla contra las paredes del cilindro como entre husillos.
Co-rotacionales: ofrecen buen resultado en compounding o peletización de plásticos.
Contra-rotacionales : elimina el proceso de peletización, reduce costes de formulación y mejora la calidad del producto.
Husillos paralelos: adecuado para alta producción.
Husillos cónicos: adecuado para baja producción.

Las características principales de una extrusora son:

Producción máxima (kg/hora)
Potencia de la extrusora y presión máxima admisible de salida.
Facilidad de limpieza (cilindro autolimpiable, …)
Facilidad de manejo y de control.
Variedad de accesorios.
Material a tratar: termoplástico o elastómero.

Datos técnicos a tener en cuenta:

Producción (kg/hora, variable según la densidad del polímero)
Relación L/D (a partir de 20 para grandes producciones)
Husillo: número, diseño, material.
Velocidad de giro (r.p.m.)
Par motor: torque (define la presión de cabeza)
Zonas de calefacción.
Material del cilindro.
Diseño del cilindro: una sola chimenea de degasificación o más.
Obertura de alimentación (estándar, rectangular o ovalada: compatibilidad con dosificadores)
Consumo de agua (l/h)
Consumo eléctrico (kW/h)
Dimensiones de la máquina.