Tecnologías de fabricación con materiales poliméricos y compuestos

30 10 2012

Hemos trabajado el tema de inyección, preparando la simulación con moldflow.

 




Aplicaciones CAE

24 10 2012

“Moldeo por inyección asistida con gas (GAIM)

Introducción

La penetración de un fluido en una cavidad ocupada completamente por un líquido de diferente naturaleza es un problema de interés práctico, ya que tecnológicamente puede tener numerosas aplicaciones como la eliminación de aceites en superficies porosas, el revestimiento de fibras por líquidos, el acabado de productos cerámicos o la fabricación de cuerpos huecos mediante el moldeo asistido por gas.
Precisamente este es principio en el que se fundamenta el moldeo por inyección asistido por gas (GAIM: Gas-assist injection molding), que está siendo actualmente utilizado para la fabricación de piezas acabadas a partir de polímeros fundidos, en cuyo caso, se hace fluir agua o un gas (generalmente nitrógeno) dentro de la masa fundida de un polímero para que adquiera la forma final de la cavidad de moldeo correspondiente.
 
Pieza producida mediante inyección asistida por gas (por tobera)
La fabricación por inyección de piezas plásticas moldeadas por esta técnica conlleva tres modificaciones del proceso convencional de moldeo:
– Llenado completo o parcial dela cavidad de moldeo con el polímero fundido
– Penetración del gas a través de la masa fundida
– Expulsión de la pieza.
Con estas modificaciones la presión aplicada por el gas sobre el material fundido se trasmite con pérdidas mínimas, reduciendo el consumo de potencia y aumentando la calidad del producto acabado.
El origen de esta tecnología (GAIM) se remonta prácticamente a cuatro décadas, desde el registro de la primera patente por Friederich, en Alemania en 1975, y de Olabisi en EEUU en 1979. Su desarrollo comercial comienza en los 80’s, y desde entonces diferentes empresas han implantado esta técnica para la fabricación de sus productos debido entre otras razones a:
– La versatilidad para fabricar distintas geometrías
– La posibilidad de fabricación de piezas de mayores dimensiones
– El mejor acabado superficial
– La menor contracción y consecuencia la mejor estabilidad dimensional
– Posibilidad de fabricar piezas con paredes más delgadas
– Los ciclos de fabricación más cortos
– Ahorro sustancial de material
El modelo asistido por gas ha permitido la fabricación de piezas que mediante el moldeo por inyección convencional serian imposible de lograr, por ejemplo piezas con inserciones metálicas sobre paredes delgadas, parachoques, carcasas de radiadores, o bien piezas con grandes áreas superficiales como carcasas de fotocopiadoras, televisores y electrodomésticos en general, o piezas que convencionalmente se exponen a grandes esfuerzos mecánicos como pedales de automóviles, cuyas formas y diseños complejos requieren de resistencia a la flexión y a la torsión.
Algunas variantes de esta técnica son las siguientes:
Blow-up : Se insufla nitrógeno dentro de una masa de material polimérico fundido introducido en el molde, y por efecto de la entrada de gas, la masa fundida se va expandiendo hasta chocar con las paredes del molde, conformándose finalmente el material.
Blow-out : La cavidad de moldeo se llena con material fundido y posteriormente se inyecta nitrógeno de manera que cuando el gas se expande, el fundido en exceso sale a contracorriente, por la misma entrada del molde, haca el cilindro de preplastificación.
En sus inicios el GAIM pretendió ser la respuesta para la fabricación de cualquier pieza a precios económicos con importantes ahorros de tiempo y material. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que no todas las piezas pueden moldearse por esta técnica, especialmente aquellas que no tienen una dirección preferencial de flujo de forma que el gas no puede deformar la masa fundida de polímero en un sentido definido, por ejemplo piezas planas como tapas, vasos y en general productos para envasados. Por esta razón, actualmente es posible encontrar un gran número de estudios y programas de software que permiten obtener con buena aproximación la forma de propagación del gas durante la expansión de la masa fundida. Sin embargo, estas aproximaciones fallan respecto a la predicción de propiedades de la pieza fabricada, lo que representa, en este sentido, una buena oportunidad para el desarrollo de nuevas investigaciones.
Consideraciones técnicas
Existen una serie de consideraciones técnicas que deben tenerse en cuenta para el manejo de esta tecnología. Primeramente, habrá que considerar la diferencia de viscosidades entre el polímero fundido y el gas, que generalmente es nitrógeno, y segundo, que el gas es compresible. Estas diferencias físicas hacen que tan pronto como se inyecte el gas en un punto específico:
– La masa fundida comience a moverse a través del molde, y tan pronto encuentre alguna resistencia (la pared del molde) el gas no fluirá más hacia ese punto, sino que se desviará hacia donde no encuentre resistencia alguna, con lo cual se asegura que el espesor de la pared será virtualmente constante, y determinado casi exclusivamente por la geometría de la propia cavidad de moldeo.

 

– A diferencia del moldeo por inyección convencional, la compresibilidad propia del gas, hace que una vez inyectado en la masa del fundido, se genere la expansión sin control de ésta dentro de la cavidad de moldeo.

 

– El nitrógeno siga la trayectoria de menor resistencia. Por lo tanto es importante cuidar la cantidad de masa de prellenado, porque pequeñas diferencias pueden conducir a diferencias importantes en la distribución de gas, de ahí que la reproductibilidad de las piezas estará directamente relacionada con la precisión del diseño geométrico del molde.

 

En función del diseño geométrico del molde, la propagación de la burbuja puede variar entre ciclo y ciclo. De ahí la necesidad de que el diseño del molde sea muy preciso y ajustado al proceso
Materiales plásticos utilizados
En general cualquier tipo de termoplástico que se emplee para la fabricación de piezas por inyección, puede utilizarse para la fabricación de piezas por GAIM, entre otros PP, ABS, PE, SAN, PPO, PBT e inclusive formulaciones con rellenos y refuerzos del tipo de fibra de vidrio. Por supuesto, los parámetros de procesado deberán seleccionarse de acuerdo a la forma del molde y de las características del polímero seleccionado. Así mismo, resulta evidente que los materiales semicristalinos presentan, por su menor viscosidad en estado fundido, mejores características de flujo y facilidad de conformado con respecto de los polímeros amorfos.
Requisitos del gas
El GAIM demanda altas presiones y óptimo control de las mismas durante el proceso, por lo que se requiere de complejos sistemas de válvulas que regulen presiones generadas por los compresores que pueden alcanzar valores de hasta 30 MPa (4400psi). Los puntos de inyección de gas pueden situarse en la misma entrada de la cavidad de moldeo, o bien separadas de esta, todos es función del diseño del molde y del tamaño de la pieza a fabricar.
La inyección de gas a la cavidad de moldeo a través de la misma boquilla de entrada de material fundido, normalmente se utiliza cuando la pieza es axialmente simétrica, inclusive puede ser utilizada para el caso de moldes multi-cavidades.
Cuando las piezas a fabricar no sean alargadas es preferible colocar la entrada de gas en posición diferente a la entrada de la cavidad de moldeo. En este caso, la entrada de gas puede colocarse en puntos estratégicos para obtener productos con prestaciones específicas localizadas, lo que les infiere alta calidad como producto acabado.
Los gases utilizados en esta tecnología suelen ser nitrógeno (N2), o anhídrido carbónico (CO2) en menor medida.
Proceso
Debido a que el proceso requiere inyectar en una misma cavidad de moldeo dos materiales muy distintos entre sí, los ciclos de producción difieren respecto al moldeo por inyección convencional. Desde este punto de vista, resulta evidente que la inyección de ambos fluidos a la vez es prácticamente inviable por lo que los ciclos de ambos deben ser superpuestos en función de las secuencias de fabricación de una pieza dada. Así, el gas solo puede inyectarse una vez que la masa de polímero fundido sea introducida dentro de la cavidad de moldeo, y la expansión de la misma comienza cuando la presión del nitrógeno es mayor que la presión del propio fundido.El proceso convencional de moldeo por inyección asistida con gas consta de las siguientes etapas:
– Cierre del molde
– Inyección del plástico fundido
– Inyección del gas en la masa de fundido
– Mantenimiento de la presión de gas durante la solidificación
– Reducción de la presión del gas
– Apertura del molde
– Expulsión de la pieza
 
Secuencia del llenado de la cavidad del molde en el proceso de inyección asistido por gas (por tobera)
La correcta fabricación de piezas mediante GAIM por soplado en fundido (blow-up) requiere necesariamente un correcto volumen de fundido pues en caso contrario pueden ocurrir dos tipos de fallos:
– Un llenado insuficiente puede propiciar la rotura de la burbuja.
– Un exceso de material fundido puede alterar el ciclo del proceso entre cada pieza fabricada.Es recomendable que el tiempo que transcurre entre la pre-inyección del fundido y la inyección de gas a esta masa sea lo más corto posible, porque los cambios de viscosidad en función del tiempo de residencia en la cavidad de moldeo pueden generar problemas de acumulaciones puntuales de material, y con ello defectos en la pieza acabada.Por el contrario, en el caso del moldeo asistido por soplado a contracorriente (blow-out), las ventajas son evidentes, ya que la superficie de moldeado se forma más limpiamente a través de la cavidad inicialmente llena. En este caso, la inyección subsecuente de gas no genera problemas sobre la superficie del moldeado. No obstante, los espesores de pared residuales en este segundo caso, tienden a ser algo más grandes que mediante blow-up.
Aunque es bien conocido que la viscosidad de los polímeros fundidos sigue un comportamiento del tipo Arrhenius con respecto a la temperatura, la influencia de esta sobre los espesores de pared tiene más bien poca influencia, así, en el caso de ensayos con policarbonato, la experiencia ha demostrado que el espesor de pared es prácticamente constante cuando el molde se calienta desde 55 a 95ºC, sin embrago cuando se utiliza el mismo molde y se emplea nylon reforzado con distintas concentraciones de fibra de vidrio, el espesor de pared puede disminuir hasta menos de un 50% cuando se aumenta el contenido de fibra de 0 a 50%.

Desventajas
La GAIM sin embargo tiene limitaciones y entre las más conocidas se encuentran las siguientes:
– Costos adicionales debido al empleo de gas, así como a los dispositivos de control de inyección y en su caso los honorarios correspondientes a las licencias de uso
– La imperfecta reproductibilidad debido a la diferencia aerodinámica de las distintas cavidades.
– En caso de piezas de seguridad, se requieren espesores de pared más gruesos lo que conlleva elevar los gastos de consumo de materia prima.
– Mayores limitaciones respecto a los parámetros de control de calidad de la materia prima.
– Moldes con mayores requisitos de diseño que los convencionales de moldeo por inyección.
– Mayor gasto de inversión desde la puesta en marcha hasta el desarrollo de la capacidad completa de la tecnología GAIM.
– Desarrollo y selección de formulaciones de moldeo más difíciles.”

fuente:©http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2012/05/moldeo-por-inyeccion-asistida-con-gas.html




Tecnologias de fabricación con materiales poliméricos y sus compuestos

23 10 2012

Ayer acabamos con el tema 3 de extrusión. Os cuelgo un video de un proceso de extrusion soplado.

EXTRUSION DE MATERIALES PLASTICOS
Extrusión
Definición: La palabra extrusión proviene del latín “extrudere” que significa forzar un material a través de un orificio. La extrusión consiste en hacer pasar bajo la acción de la presión un material termoplástico a través de un orificio con forma más o menos compleja (hilera), de manera tal, y continua, que el material adquiera una sección transversal igual a la del orificio. En la extrusión de termoplásticos el proceso no es tan simple, ya que durante el mismo, el polímero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, enfriado en una calandria, Este proceso de extrusión tiene por objetivos, proceso que es normalmente continuo, usarse para la producción de perfiles, tubos, películas plásticas, hojas plásticas, etc.

Ventajas y restricciones: Presenta alta productividad y es el proceso más importantes de obtención de formas plásticas en volumen de producción. Su operación es de las más sencillas, ya que una vez establecidas las condiciones de operación es de las más sencillas, ya que una vez establecidas las condiciones de operación, la producción continúa sin problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor. El costo de la maquinaria de extrusión es moderado, en comparación con otros procesos como inyección, soplado o Calandrado, y con una buena flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones mayores.
La restricción principal es que los productos obtenidos por extracción deben tener una sección transversal constante en cualquier punto de su longitud (tubo, lámina) o periódica (tubería corrugada); quedan excluidos todos aquellos con formas irregulares o no uniformes. La mayor parte de los productos obtenidos de una línea de extrusión requieren de procesos posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artículo, como en el caso del sellado y cortado, para la obtención de bolsas a partir de película tubular o la formación de la unión o socket en el caso de tubería.

Aplicaciones Actuales: A continuación, se enlistan productos que encuentran en el mercado, transformados por el proceso de extrusión:
– Película tubular
Bolsa (comercial, supermercado)
Película plástica para uso diverso
Película para arropado de cultivos
Bolsa para envase de alimentos y productos de alto consumos

-Tubería
Tubería para condición de agua y drenaje
Manguea para jardín
Manguera para uso médico
Popotes Recubrimiento
Alambre para uso eléctrico y telefónico

-Perfil
Hojas para persiana
Ventanería
Canales de flujo de Agua

-Lámina y Película Plana
Rafia
Manteles para mesa e individuales
Cinta Adhesiva
Flejes para embalaje

-Monofilamento
Filamentos
Alfombra (Filamento de las alfombras)

Descripción del Proceso: Dentro del proceso de extrusión, varias partes debe identificarse con el fin de aprender sus funciones principales, saber sus características en el caso de elegir un equipo y detectar en donde se puede generar un problema en el momento de la operación.
La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios tipos, dependiendo de la forma del dado y del producto eximido.
Así la extrusión puede ser:

De tubo y perfil
De película tubular
De lámina y película plana
Recubrimiento de cable
De Monofilamento
Para pelletización y fabricación de compuestosIndependientemente del tipo de extrusión quiera analizar, todos guardan similitud hasta llegar al dado extrusor. Básicamente, una de extrusión consta de un eje metálico central con alabes helicoidales llamado husillo o tornillo, instalado dentro de un cilindro metálico revestido con una camisa de resistencias eléctricas.
En un extremo del cilindro se encuentra un orificio de entrada para la materia prima, donde se instala una tolva para la materia prima, donde se instala una tolva de alimentación, generalmente de forma cónica; en ese mismo extremo se encuentra el sistema de accionamiento del husillo, compuesto por un motor y un sistema de reducción de velocidad.
En la punta del tornillo, se ubica la salida del material y el dado que forma finalmente plástico.Descripción del equipo
Tolva: La tolva es el depósito de materia prima en donde se colocan los pellets de material plástico para la alimentación continua del extrusor.
Debe tener dimensiones adecuadas para ser completamente funcional; los diseños mal planeados, principalmente en los ángulos de bajada de material, pueden provocar estancamientos de material y paros en la producción.
En materiales que se compactan fácilmente, una tolva con sistema vibratorio puede resolver el problema, rompiendo los puentes de material formados y permitiendo la caída del material a la garganta de alimentación.
Si el material a procesar es problemático aún con la tolva con sistema vibratorio puede resolver el problema, rompiendo puentes de material formados y permitiendo la caída del material a la garganta de alimentación.
Si el material a procesar es problemático aún con la tolva en vibración, la tolva tipo crammer es la única que puede formar el material a fluir, empleando un tornillo para lograr la alimentación,
Las tolvas de secado son usadas para eliminar la humedad del material que está siendo procesado, sustituyen a equipos de secado independientes de la máquina. En sistemas de extrusión con mayor grado de automatización, se cuenta con sistemas de transporte de material desde contenedores hasta la tolva, por medios neumáticos o mecánicos. Otros equipos auxiliares son los dosificadores de aditivos a la tolva y los imanes o magnetos para la obstrucción del paso de materiales ferrosos, que puedan dañar el husillo y otras partes internas del extrusor.

Barril o Cañón: Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principal de una máquina de extrusión, conforma, junto con el tornillo de extrusión, la cámara de fusión y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la carcaza que envuelve al tornillo. El barril debe tener una compatibilidad y resistencia al material que esté procesando, es decir, ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al mínimo cualquier desgaste.
La dureza del cañón se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando es necesario se aplican métodos de endurecimiento superficial de las paredes internas del cañón, que son las que están expuestas a los efectos de la abrasión y la corrosión durante la operación del equipo.
El cañón cuenta con resistencias eléctricas que proporcionan una parte de la energía térmica que el material requiere para ser fundido. El sistema de resistencias, en algunos casos va complementado con un sistema de enfriamiento que puede ser flujo de líquido o por ventiladores de aire. Todo el sistema de calentamiento es controlado desde un tablero, donde las temperaturas de proceso se establecen en función del tipo de material y del producto deseado.
Para la mejor conservación de la temperatura a lo largo del cañón y prevenir cambios en la calidad de la producción por variaciones en la temperatura ambiente, se acostumbra aislar el cuerpo del cañón con algún material de baja conductividad térmica como la fibra de vidrio o el fieltro.
En el diseño de todo cilindro de extrusión se busca: 1) Máxima durabilidad. 2) Alta transferencia de calor. 3) Mínimo cambio dimensional con la temperatura.
En la fabricación de cilindros de extrusión tales exigencias logran ser cubiertas utilizando materiales tales como: Xaloy 101 (para extrusoras de propósito general, procesamiento de PEAD y PEBD), Xaloy 800 (para el procesamiento de PELBD), ó Xaloy 306 (para productos corrosivos, como los copolímeros ácidos).
Husillo: Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los polímeros, el husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industrial plástica hasta el grado de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnología dentro de una máquina de extrusión.
Por esto, es la pieza que en el alto grado determina el éxito de una operación de extrusión. Con base al diagrama, se describen a continuación las dimensiones fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseños, varían en función de las propiedades de flujo de polímero fundido que se espera de la extrusora.

Cilindros con Zonas Acanaladas: Son cilindros de extrusión que poseen una superficie interna con canales de formas específicas. Zonas acanaladas ubicadas en la etapa de alimentación de los cilindros de extrusión, suelen ser utilizadas para favorecer el procesamiento de resinas de bajo coeficiente de fricción (Ej.-HMW PEAD y PP). Para ser transportado hacia adelante, el material no debe girar junto con el tornillo, o al menos debe girar a una menor velocidad que el tornillo. La única fuerza que puede evitar que el material de vueltas junto con el tornillo y, por tanto hacer que el material avance a lo largo de la camisa, es la fuerza de arrastre o fricción entre el material y la superficie interna de la camisa. A mayor fricción menor rotación del material junto con el tornillo y, por lo tanto, más movimiento hacia delante. El caudal se hace tanto mayor cuanto mayor sea el coeficiente de rozamiento del sólido con la carcasa con respecto al del sólido con el eje del tornillo. Por ello las carcasas de las extrusoras en la sección de alimentación suelen “rasurarse” según las generatrices del cilindro.

 
Sección transversal de las zonas de alimentación acanaladas
Existe un variado diseño de zonas de alimentación acanaladas; sin embargo, las de canales de sección cuadrado maximizan el volumen de material alimentado. Las zonas de alimentación acanaladas permiten controlar el coeficiente de fricción polímero-cilindro mediante la geometría reduciendo la sensibilidad con respec­to a la temperatura y las propiedades termodinámicas de las resinas. Por otro lado, las zonas de alimentación acana­ladas permiten incrementar el volumen de la sección de alimentación, acelerando así la fusión; con lo que se logran importantes aumentos en el caudal de extrusión (ver tablas 1 y 2).
Con mayores precauciones que con los extrusores tradicionales, las secciones de alimentación acanaladas deben mantenerse refrigeradas y aisladas del cilindro de extrusión; para favorecer el desplazamiento axial del polímero.

Tabla 1. Caudales de extrusión de PEBD para maquinas con sección de alimentación lisa y acanalada.
 

Tabla 2. Caudales de extrusión de PP para maquinas con sección de alimentación lisa y acanalada.

En los cilindros con zonas de alimentación lisas (convencionales) las etapas de dispersión y mezclado del tornillo se encuentran localizadas en la zona de dosificación (última sección del tornillo); lo cual frecuentemente genera merma en la producción.
En cilindros acanalados los mejores resultados se han obtenido ubicando las etapas de mezclado a dos tercios (2/3) de la longitud del tornillo. Esta ubicación promueve la dispersión de aglomerados y la finalización de la fusión.

Control de la temperatura en los cilindros: Sistema de calentamiento del cilindro: El calentamiento del cilindro se produce, casi exclusivamente, mediante resistencias eléctricas.
El sistema de calentamiento de la extrusora es responsable de suministrar entre un 20-30% del calor necesario para fundir la resina. Para suministrar el calor requerido, el calentamiento suele ser de 25 a 50 vatios/in2 (38750 a 77500 W/m2).

Sistema de enfriamiento del cilindro: Aunque pueda lucir contradictorio, cada zona de calentamiento del tornillo de la extrusora está acompañada, en la mayor parte de los equipos comerciales, de un ventilador el cual permite el control de la temperatura eliminando calor de la extrusora mediante el flujo de aire sobre la superficie requerida. Los ventiladores son accionados por controladores de temperatura que comandan la operación de los calefactores eléctricos. Los ventiladores entran en operación cuando la temperatura de una zona supera el punto prefijado, por efecto de:
a.- La transferencia excesiva de calor por parte de la resistencia (Ej.- Durante el arranque de la máquina).
b.- La generación excesiva de calor por parte de los elementos de mezclado presentes en el tornillo de la extrusora.
La temperatura de extrusión sólo puede ser controlada de manera precisa mediante la acción combinada de las bandas de calentamiento eléctrico y los ventiladores de cada zona.Importancia de la temperatura en la fase de alimentación de la resina: Sistema de enfriamiento de la garganta:
Con la mayor parte de los materiales poliméricos, y en especial las poliolefinas, es necesario mantener la temperatura de la zona de alimentación al tornillo, conocida como “garganta de alimentación”, al menos a 50°C por debajo de la temperatura de fusión del polímero. Una temperatura muy baja en la zona de alimentación impide que la fusión de la resina produzca la adhesión de la misma a la superficie del tornillo; minimizando el flujo de material por arrastre, y por lo tanto el caudal extruído.
Generalmente, el uso de agua corriente permite mantener la temperatura de la garganta en los límites deseados (Tm-50°C); sin embargo, en ambientes calientes y con equipos de alto caudal de producción puede requerirse el uso de agua enfriada en torres o incluso, refrigerada.
El Motor: El motor de la extrusora es el componente del equipo responsable de suministrar la energía necesaria para producir: la alimentación de la resina, parte de su fusión (70 a 80%), su transporte y el bombeo a través del cabezal y la boquilla.
Los motores incorporados en las líneas de extrusión son eléctricos y operan con voltajes de 220 y 440 V. Las extrusoras modernas emplean motores DC (corriente continua), ya que permiten un amplio rango de velocidades de giro, bajo nivel de ruido y un preciso control de la velocidad. Se recomienda que la potencia de diseño sea de 1 HP por cada 10 a 15 Ib/h de caudal, sin embarco para las aplicaciones fíe alto requerimiento de mezclado esta relación puede llegar a ser de 1HP porcada 3a5 lb/h.
La velocidad alcanzada por los motores resulta más elevada que la requerida por el tornillo. Las cajas reducen la velocidad hasta en un 20:1.El Cabezal: El componente de la línea denominado cabezal, es el responsable de conformar o proporcionar la forma del extrudado.
De forma detallada, los principales componentes de un cabezal para la extrusión son:
Plato rompedor y filtros:Constituyen el punto de transición entre la extrusora y el cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad del material extrudado. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado a romper con el patrón de flujo en espiral que el tornillo imparte; mientras que la función de los filtros es la de eliminar del extrudado partículas y/o grumos provenientes de impurezas, carbonización, pigmentos y/o aditivos, etc.

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En lo que respecta a su diseño, el plato rompedor no es más que una placa cilíndrica horadada. Por otro lado, las mallas deben ser fabricadas con acero inoxidable, ya que las compuestas con cobre o bronce tienen un efecto catalítico sobre las reacciones termo-oxidativas. Torpedo: Algunos ca­bezales de extrusión suelen presentar en el ducto de acople entre la extrusora y el cabezal, un elemento que contribuye con la función del plato rompedor (modificar el patrón de flujo en espiral a uno longitudinal). Por su geometría, a este dispositivo se le suele denominar torpedo.

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Esquema de un torpedo de un cabezal de extrusión de película tubular

 

Boquilla: La boquilla de extrusión es el componente del cabezal encargado de la conformación final del extrudado. Se debe velar por que el polímero fluya, con volumen y velocidad de flujo uniforme, alrededor de toda la circunferencia de la boquilla, de manera de lograr espesores uniformes. Los diseños actuales de boquillas presentan dos secciones claramente definidas. La primera de estas secciones es conocida como: cámara de relajación; mientras que la segunda puede ser llamada cámara de salida (die land). La cámara de relajación de la boquilla tiene como propósito producir la desaceleración del material e incrementar el tiempo de residencia en la boquilla de manera tal que el polímero relaje los esfuerzos impartidos por el paso a través de los paquetes de filtros y el plato rompedor. La cámara de descarga (Die land) produce el formado del perfil deseado con las dimensiones requeridas. Los parámetros básicos para la especificación de una boquilla son:
El diámetro y la abertura de la salida, Adaptadores: Son requeridos cuando la boquilla no es diseñada específicamente para un determinado extrusor. Debido a que los fabricantes de extrusoras y boquillas no siempre son los mismos, el uso de adaptadores suele ser común.

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Sección de una boquilla circular de extrusión.

Alabes o Filetes o Paleta Pistón: Los alabes o filetes, que recorren el husillo de un extremo al otro, son los verdaderos impulsores del material a través del extrusor. Las dimensiones y formas que éstos tengan, determinará el tipo de material que se pueda procesar y la calidad de mezclado de la masa al salir del equipo.
En un tornillo de extrusión se pueden distinguir tres zonas características: zona de alimentación, zona de compresión y la zona de dosificación

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Zona de Alimentación: En esta parte, los filetes (distancia entre el extremo del filete y la parte central o raíz del husillo) son muy pronunciados con el objeto de transportar una gran cantidad de material al interior del extrusor, aceptado el material sin fundir y aire que está atrapado entre el material sólido.

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Zona de compresión: los filetes del tornillo decrecen gradualmente (compactación) y se expulsa el aire atrapado entre los pellets. Cumple la función de fundir y homogenizar el material.
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Zona de dosificación: Ejerce presión sobre el material para dosificarlo hacia el cabezal y garantiza que el material salga de la extrusora homogéneo, a la misma temperatura y presión.

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a) Relación de Compresión: Como la profundidades de los alabes no son constantes, las diferencias que diseñan dependiendo del tipo de material a procesar, ya que los plásticos tienen comportamiento distintos al fluir. La relación entre la profundidad del filete en la alimentación y la profundidad del filete en la descarga, se denomina relación de compresión. El resultado de este cociente es siempre mayor a uno y puede llegar incluso hasta 4.5 en ciertos materiales.
b) Longitud: Tienen una importancia especial; influye en el desempeño productivo de la máquina y en el costo de ésta. Funcionalmente, al aumentar la longitud del husillo y consecuentemente la del extrusor, también aumenta la capacidad de plastificación y la productividad de la máquina. Esto significa que operando dos extrusores en las mismas condiciones de rpm. y temperatura que sólo se distingan en longitud no tenga capacidad de fundir o plastificar el material después de recorrer todo el extrusor, mientras que el extrusor de mayor longitud ocupará la longitud adicional para continuar la plastificación y dosificará el material perfectamente fundido, en condiciones de fluir por el dado.
Otro aspecto que se mejora al incrementar la longitud es la calidad de mezclado y homogeneización del material. De esta forma, en un extrusor pequeño la longitud es suficiente para fundir el material al llegar al final del mismo y el plástico se dosifica mal mezclado.
En las mismas condiciones, un extrusor mayor fundirá el material antes de llegar al final y en el espacio sobrante seguirá mezclando hasta entregarlo homogéneo. Esto es importante cuando se procesan materiales pigmentado o con lotes maestros (master batch), de cargas o aditivos que requieran incorporarse perfectamente en el producto.
c) Diámetro: Es la dimensión que influye directamente en la capacidad de producción de la máquina generalmente crece en proporción con la longitud del equipo. A diámetros mayores, la capacidad en Kg/hr es presumiblemente superior. AI incrementar esta dimensión debe hacerlo también la longitud de husillo, ya que el aumento de la productividad debe ser apoyada por una mejor capacidad de plastificación.
Como consecuencia de la importancia que tienen la longitud y el diámetro del equipo, y con base en la estrecha relación que guardan entre sí, se acostumbre especificar las dimensiones principales del husillo como una relación longitud / diámetro (L/D). Comercialmente las relaciones L / D más comunes van desde 16:1 a 32:1. Fuera de este rango también está disponible.

Extrusión de Película Tubular
Consiste típicamente en: extrusora, cabezal o dado, anillo de aire de enfriamiento, dispositivo estabilizador o calibrador de película, dispositivo estabilizador o calibrador película, dispositivo de colapsado de la burbuja, rodillo de tiro superior, embobinadora y una torre estructural que soporta las partes anteriores.
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a) Dado o Cabezal para película tubular. El cabezal de una línea de película soplada, puede definirse como un núcleo y una envolvente cilíndricos y concéntricos, separados por un espacio que puede oscilar entre los 0.6 y 3.8 mm, llamado abertura o tolerancia. Ambas estructuras metálicas están controladas en temperatura por una serie de resistencias eléctricas.
La función del cabezal es ofrecer al polímero fundido la forma de un tubo de pared delgada de espesor constante a lo largo de su circunferencia, que se transforma en una película por la acción de una expansión longitudinal y transversal al llegar a la zona de formación de la burbuja.
De la construcción del cabezal para película tubular, las siguientes partes son de gran importancia:
Ranura de Flujo Helicoidal: En el diseño de un cabezal, se observa la inconveniencia de tener flujos totalmente longitudinales, ya que las partes sólidas que dividen el paso del material y que son inevitables en el ensamble del cabezal, pueden producir líneas de unión o soldadura visibles a la salida del cabezal.
Este defecto puede ser eliminado al practicar ranuras helicoidales en el cuerpo del mandril o parte central del cabezal. Las ranuras que se promueven un efecto de movimiento lateral del material, que en conjunto con el movimiento ascendente longitudinal, provoca el desvanecimiento de cualquier defecto por la presencia de objetos estáticos previos y, por consiguiente, homogeneiza la salida del material por el cabezal.
Tomillos de Calibración de Espesor Se utiliza para instalar de manera perfectamente concéntrica las partes componente del cabezal, lo cual es indispensable después de una labor de desensamble para su limpieza y mantenimiento.

b) Anillo de Enfriamiento: Por la acción del extrusor, el polímero fundido abandona el cabezal, toma el perfil tubular de los labios del dado y continúa modificándose con un estiramiento longitudinal por acción del tiro de unos rodillos superiores y una expansión lateral por efecto de la presión del aire atrapado dentro de la burbuja.
Si el cabezal se encuentra uniformemente centrado y calentado y el material sale homogéneo, la película se forma con un espesor y diámetro constante.
El material extruído recibe un enfriamiento superficial mediante una corriente de aire proveniente del dispositivo llamado anillo de enfriamiento.

El anillo de enfriamiento cumple con las siguientes funciones:
Llevar el material fundido al estado sólido
Estabilizar a la burbuja en diámetro y forma circular
Reducir la altura de la burbuja
En ciertos casos, proporcionar claridad a la película, deteniendo la cristalización del polímero
Mejorar la productividad.
Las variables a controlar para llegar al mejor enfriamiento de la película son:
Volumen del aire
Velocidad del aire
Dirección del aire
Temperatura del aireLos diseños de anillos de enfriamiento son variados, dependiendo del tipo de material que se vaya a procesar. Los diseños más complicados son los anillos con una y dos etapas de enfriamiento, que se eligen según los requerimientos de enfriamiento del proceso.
También en la parte de enfriamiento de la burbuja existen equipos con la opción de enfriamiento interno del producto. Es conveniente aclarar que el aire que se encuentra en el interior de la burbuja, en equipos convencionales, se mantiene sin reemplazo durante toda la operación de producción. Esto provoca que el enfriamiento principal sólo ocurra por la acción del anillo de enfriamiento.
En la operación de equipos con enfriamiento interno, el área de contacto se duplica, permitiendo aumentos de productividad del 30 al 59%, aunque se requiere de un cabezal especial y un segundo compresor para abastecer el enfriamiento interno.c) Unidades de Calibración: Las unidades de calibración ó dispositivos que controlan el diámetro de la burbuja se requieren cuando se trabaja con la opción de enfriamiento interno. Estas unidades constan de pequeños rodillos soportados por ejes curvos dispuestos alrededor de la burbuja y mantienen constantemente las dimensiones de ésta.
Adicionalmente, un sensor de diámetro colocado justo arriba de la línea de enfriamiento, manda una señal para aumentar o reducir el volumen de aire; con ellos se puede lograr diferencia de 0.2 mm en el diámetro.
Una ventaja más de la circulación interna de aire es la reducción de la tendencia de la película a adherirse o bloquearse internamente, gracias a la remoción de ciertos volátiles emitidos por el polímero caliente.
En los equipos sin enfriamiento interno, debido a que la cantidad de aire en el interior de la burbuja es constante, generalmente no requieren más ajustes ocasionales de introducción o extracción de aire, para llevar la película nuevamente a las dimensiones específicas. En este caso, las variaciones en la temperatura ambiente a los largo del día, pueden provocar ligeras variaciones en el diámetro. Cuando un mayor control de dimensiones sea requerido, se puede usar la unidad o canasta de calibración.d) Unidad de Tiro: Incluye un marco para colapsado de la burbuja y un rodillo de presión y jalado de la película, que al igual que el embobinador, son partes que no influyen en la productividad de una línea de extrusión, pero tienen influencia en la calidad de formado de la bobina de película.
La primera parte de la unidad de tiro que tiene contacto con la película es el marco de colapsado que tiene la función de:
-Llevar a la película en forma de burbuja a una forma plana por medio de una disminución constante del área de paso
-Evitar que durante el colapsado de la burbuja se formen pliegues o arrugas.El marco de colapsado puede fabricarse de diversos materiales que van desde tiras de madera hasta rodillos de aluminio u otros metales. Los parámetros principales para el buen desempeño de la unidad de colapsado es la fricción entre la película, el marco y los ángulos de colapsado de la burbuja.e) Rodillos de Tiro: Aunque no afectan la productividad de la línea de extrusión, influyen en la calidad de la película final, ya que debe tirar uniformemente para no provocar variaciones en el espesor. La película debe oprimirse con la firmeza necesaria para evitar la fuga de aire que pueda causar un descenso en el diámetro final. Para el logro de esta última función, uno a ambos rodillos son de acero recubierto con hule y uno de ellos está refrigerando.f) Embobinadotes:Las unidades de embobinado de película, son dispositivos para la capacitación del material producido para suministrarlo a máquinas de procesado final como impresoras, cortadoras, selladoras, etcétera.Existen básicamente dos tipo de embobinadotes
– De contacto
– CentralesEmbobinadores de Contacto: En el embobinador de contacto, el eje que porta el núcleo sobre el cual se enrollará la bobina, llamado rodillo de película, no está motorizado, pero gira por la transmisión del movimiento de otro rodillo (sobre el cual se recarga) que sí cuenta con un motor accionador llamado rodillo de contacto.
El rodillo de contacto es fijo y puede estar cromado o recubierto con hule, mientras que el rodillo de película no tiene un eje fijo y se mueve sobre un riel curvado que mantiene la presión constante entre los rodillos.
Este tipo de embobinador es el de mayor uso en las líneas de película soplada. Sus ventajas son: Simplicidad de operación y economía. Desventajas: Sólo produce bobinas apretadas y tiene dificultad para producir rollos de película angosta de gran longitud.Embobinadores Centrales: En los embobinadores centrales, el rodillo de la película está motorizado, varía de velocidad al incrementarse el diámetro de la bobina, así como varía el torque para mantener constante la tensión en el producto. Todas estas variaciones son controladas por PC,
El uso de sistemas computarizados vuelve al enrollado central costoso, y en cierta forma, más complicado de manejar en comparación con el embobinado de contacto. Entre las ventajas del sistema de embobinado central está la producción de bobinas de baja tensión de enrollado, que reduce la sensibilidad de los rollos al encogimiento post­-enrollado.

Coextrusión de Película

El proceso de coextrusión de película tubular, cobra importancia por la gran versatilidad y variedad de películas que se pueden obtener. Entre sus usos se encuentra la combinación de propiedades de dos distintos polímeros para obtener un producto con la suma de sus ventajas en una película Sándwich, para obtener un espesor menor y reducir el costo del producto.
Las diferencias básicas entre una línea de extrusión de película y una co-extrusión, se observan en la aparición de dos o más extrusores y la modificación del cabezal o dado con la adición de más canales de flujo compatibilidad física y condiciones de extrusión similares.
Cuando los polímeros que van a formar una película de varias capas tienen compatibilidad física es posible que se unan sin la necesidad de utilizar sustancias intermedias que funcionen con adhesivos. Por otra parte, si los materiales tienen condiciones de extrusión parecidas se tendrán menos problemas en los diseños del cabezal.Aplicación de los Productos: A continuación, se enlistan algunos de los artículos terminado más comunes que se producen en una línea película tubular:
-Bolsa comercial
-Bolsa para empaque
-Película para uso agrícola
-Bolsa desprendible para autoservicio
-Película encogible para embalaje
-Bolsa para transporte de basura
-Sacos industriales
-Otros
La lista anterior sólo pretende ilustrar usos generales, sin embargo, los usos específicos son ilimitados, principalmente en el sector de envase, siendo el mercado que consume el mayor volumen de plásticos.

Extrusión de tubo y perfil

Componentes de la Línea: Este proceso consta de una extrusora con un diseño de barril y husillo adecuado al tipo de material que se quiera procesar. En la producción de tubo y perfil, el plástico de uso más común es el Policloruro de Vinilo (PVC), aunque la tubería de Polietileno es también usada por su bayo costo.

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En el extremo del extrusor, un cabezal o dado conformará al polímero en estado plástico a las dimensiones del tubo o perfil requeridos. Sin embargo, para asegurar la exactitud de dimensiones del producto, se hace necesaria la instalación de la unidad de formación o calibración, en el cual, el tubo o perfil adquirirá las dimensiones que aseguren los posteriores ensambles o soldaduras que con ellos se hagan.
Una vez logradas las dimensiones del producto, una tina de enfriamiento remueve el calor excedente, evitando cualquier deformación posterior del producto. Antes de la tina de enfriamiento, no es posible aplicar ningún esfuerzo o presión al producto sin correr el riesgo de provocarte una deformación permanente. Junto a la tina de enfriamiento, un elemento de tiro aplica una tensión o jalado constante al material para que esté siempre en movimiento. Por último, dependiendo de la flexibilidad del producto, una unidad de corte o de enrollado prepara el producto para su distribución. A Continuación, se muestran arreglos típicos de líneas de extrusión de tubería flexible, perfil y tubería.

a) Dado o Cabezal para la Tubería: Cuatro tipos de cabezal se pueden distinguir en los equipos para la producción de tubería: el cabezal con mandril-araña, el cabezal mandril en espiral, el cabezal con alimentación lateral y el cabezal con alimentación lateral y el cabezal o dado con paquete de mallas. Cada uno de estos diseños proporciona diferente patrones de flujo para el plástico, debiendo seleccionar el tipo más adecuado para evitar efectos de degradación del polímero o defectos de calidad en el producto.
El cabezal con mandril-araña es empleado en el procesamiento de PVC; éste material por su tendencia a la degradación, exige canales de flujo que no causen turbulencias ni estancamientos de material.

b) Sistemas de Calibración de Tubería: Tienen la función de proporcionar al tubo el diámetro especificado y la forma circular que el producto requiere. Se puede distinguir dos tipos de sistemas de calibración, con base en la forma de la pared del tubo producido:
– Calibración para la tubería de pared lisa
– Calibración para tubería de pared corrugada

A su vez, cada uno de los sistemas anteriores se clasifica en los siguientes principios de funcionamiento:
Calibración externa utilizando vacío
Calibración interna utilizando presión
Las cuatro combinaciones resultantes se explican con detalle a continuación.

c) Calibración de Tubería Pared Lisa:
Calibración por Vacío. Por el volumen de tubería que se produce por este método, es la forma de calibración que se encuentra con mayor frecuencia. En este tipo de calibración, el vacío provocado en la parte externa del tubo ocasiona una diferencia de presiones que hace que el polímero, aún moldeable por la temperatura elevada a que se encuentra, se mantenga en contacto con el tubo formador metálico, que tienen un diámetro interior igual al diámetro exterior que se especifica para el producto.
La inmersión total o aspersión de agua de enfriamiento suministra la estabilidad fila para evitar deformaciones posteriores.
Calibración por Presión. En la calibración externa por presión, el mismo efecto de diferencia entre la presión exterior e interior del tubo plástico, promueve la formación del tubo contra las paredes del tubo de calibración, con la diferencia de que en este caso es aire el que se inyecta al interior del tubo que es extruído. La calibración externa por presión puede lograr mejores efectos, pero requiere de un diseño especial del cabezal para permitir la inyección de aire.

d) Calibración de Tubería Corrugada:
Calibración por Vacío. El proceso de formación de tubo corrugado por vacío tiene el mismo principio que para el tubo liso; se diferencian en los formadores tienen la pared ondulada y está en continuo movimiento, ya que el tubo no podría circular entre las muescas de las piezas formadoras. Este tipo de tubería no es muy común, ya que se utiliza principalmente en sectores industriales.
Calibración por Presión. En este tipo de calibración, el aire a presión penetra por conductos practicados en el cabeza y se inyectan en el tubo extruído aún caliente. La diferencia de presión provocada moldea la pared del plástico contra los formadores móviles, proporcionando al producto el corrugado requerido. En este diseño, se observa también el sello que impide parcialmente la fuga de aire de la zona de mayor presión, pero pequeñas porciones de aire escapan entre las depresiones de la pared del tubo, teniendo que ser repuesto constantemente para uniformizar la calidad del producto. Sistemas con mayor complejidad como los que cuentan con mayor enfriamiento interno, incrementan la productividad de estas líneas de extrusión.

e) Unidad o Tina de Enfriamiento: Tiene por objeto remover el calor excedente que la tubería conserva a la salida del tanque de calibración. La importancia del enfriamiento, radica en la estabilidad que adquiere el plástico para no deformarse al pasar por la unidad de tiro, en donde el tubo se somete a presiones que podría producir alteraciones en la forma circular requerida. Se puede encontrar dos tipos de tinas de enfriamiento:
Enfriamiento por esperado
Enfriamiento por inmersión

Enfriamiento por Espreado: El tubo pasa por la unidad de enfriamiento, que consiste en una cámara donde numerosas boquillas instaladas rocían agua fría sobre la tubería. Este enfriamiento es usado para tubería de gran diámetro donde las velocidades de producción son bajas y la aspersión puede lograr un enfriamiento efectivo, por el tiempo de permanencia elevado del producto dentro de este equipo.

Enfriamiento por Inmersión: En el enfriamiento por inmersión, el tubo pasa por una tina llena de agua en constante enfriamiento; así se lleva acabo por un intercambio de calo también constante. A diferencia del enfriamiento por esperado, la inmersión es usada para tubería de diámetro, donde por las velocidades altas de extrusión se requiere de un enfriamiento intenso.
En ambos métodos, algunos autores sugieren el cálculo exacto de la longitud de la tina de enfriamiento, requiriendo datos como: diámetro, espesor, material de fabricación, velocidad de producción de la tubería y temperatura de agua de enfriamiento. También es común para los dos métodos, el uso de un enfriador y una bomba de recirculación, para poder enfriar el agua que se calienta por el contacto con el plástico, se devuelve a la tina de enfriamiento y se completa el ciclo.

f) Unidad de Tiro: Una vez terminado el paso por la unidad del enfriamiento, la tubería pasa a la unidad del enfriamiento, la tubería pasa a la unidad de tiro donde se genera toda la fuerza que mantiene el plástico en movimiento dentro de una línea de extrusión. Se conocen tres tipos de unidades de tiro:
– Por Oruga
– De Bandas
– De Ruedas o Rodillos
De estos tipos de unidades, las dos primeras se prefieren cuando el artículo producido es sensible a la presión, esto es, que pueda sufrir deformaciones bajo presiones moderadas o en productos de grandes dimensiones. Los sistemas por rodillos, son más sencillos y adecuados cuando es muy pequeña de área de contacto.

g) Unidades de Corte: Existen varios tipos de unidades de corte, diseñadas para adecuarse al trabajo requerido en la producción de tubería flexible, la práctica común es formar rollos, lo cual reduce el trabajo de corte, mientras que en la producción de tubería rígida el corte del tubo debe hacerse con precisión en intervalos de longitud
iguales.
Para la selección de unidades de corte de tubería rígida y flexible, será necesario tomar en cuenta los siguientes factores:
– El diámetro y espesor de pared
– La materia prima utilizada
– La forma y calidad del corte
– La longitud del corte

De los puntos anterior, el diámetro y espesor de la pared con de mayor importancia.
Cuando se requiere un mejor terminado en el corte y aumentar la facilidad en el acoplamiento de tramos de tubo se puede colocar un mecanismo que forma un chaflán a la tubería.
El tipo de guillotina usado en el corte de tubería semirrígida como PEAD, PP ó PEBD, es efectivo, pero puede conducir a ligeras deformaciones por acción de impacto de la cuchilla.
En los cortes por sierras, las pequeñas denticiones que cortan la tubería provocan al mismo tiempo la formación de pequeñas virutas que algunas veces permanece unidas al tubo.
Cuando se requiere evitar la formación de estos residuos, se utilizan mecanismos donde las cuchillas se insertan en la pared del tubo y giran a alta velocidad, produciendo sólo una viruta que por su tamaño relativamente grande se desprende de la tubería.

h) Unidades de Enrollado: Se ocupa para materiales flexibles, que son los que no sufren una deformación permanente por ser enrollados. La tubería de Poliolefinas y mangueras de PVC flexible, son adecuadas para este proceso. A pesar de que no son sistemas muy complicados, se debe observar las siguientes consideraciones al emplear un embobinador de tubería:
· El diámetro del carrete embobinador en su núcleo, no debe ser menor a 20 – 25 veces el diámetro exterior del tubo a enrollar, para evitar el colapsado en el producto,
· El diámetro exterior del carrete debe ser 10 a 20 cm. mayor que el diámetro exterior formado por el producto enrollado.
Una sola estación de enrollado se puede usar con velocidades de extrusión menores a 2m/min., mínimo dos estaciones cuando se trabaje entre 2 y 20 m/min. y estaciones automáticas y semiautomáticas a mayores velocidades.

Coextrusiones de Tubería: 

Tiene su principal ventaja al poder usar materiales reciclados, pues produce tuberías en cuya parte interior se extruye material reciclado y una cubierta exterior de material virgen que conserva una buena apariencia del producto y contiene mayores cantidades de aditivos para la protección a los ataques del medio ambiente.
En algunos usos eléctricos y de drenaje es válida esta práctica, ya que se pueden obtener productos de menor costo con buenas propiedades para las aplicaciones a las que se dirigen.
Otro tipo de coextrusión se presenta en la tubería corrugada, que requiere flexibilidad y resistencia mecánica pero con un pared interior lisa para evitar los estancamientos de los líquidos que se transporten.Aplicaciones de los Productos: 
La tubería obtenida por los métodos anteriores tienen los siguientes usos:
Tubería a presión (PVC, HDPE)
Tubería Conduit (PVC, HDPE)
Tubería de conducción de drenaje y desagüe
Tubería para drenaje doméstico (PV)
Tubería para instalaciones eléctricas (PVC, HDPE, LDP)
Tubería para gas (PVC, HDPE)
Mangueras (PVC)
Tubería para uso médico
Tubería para agua de riego
Tubería Industrial (PVC, HDPE, PP)
Tubería para conducción de agua potable (HDPE)Extrusión de lámina y película en dado plano
El proceso de extrusión por dado plano ofrece algunas variantes con respecto a la extrusión de película, siendo el método para obtener lámina para aplicaciones como termo-formado (blister pack, skin pack (empaque al vacío), artículos desechables) y láminas de varios espesores para diversos usos

Algunas características del proceso son: alta productividad, mejor enfriamiento y buen control de las dimensiones y propiedades del producto obtenido.
Las partes más importantes en la extrusión por dado plano son:
Dado o cabezal
Rodillo de enfriamiento
Sistema de Tiro
Unidad de embobinado

Componentes de La Línea
a) Dado o Cabezal:
En una línea de extrusión de película plana, el dado es la pieza esencial del sistema, ya que otorga la forma que el polímero tendrá en su aplicación final. Para una correcta uniformidad en el espesor de la película a la salida del dado, el factor fundamental es el diseño y la distribución correcta de las temperaturas a lo largo del mismo, así como el ajusta de los labios por donde el plástico fluirá y tomará su forma final. Debe considerarse que el ancho máximo de los labios del dado, debido al efecto de “formación de cuello” a la salida del dado y al recorte lateral, necesario para uniformizar los costado de la película. Los diseños de dados para la producción de película plana y lámina son similares, es posible distinguir tres tipos, con base en la forma del canal de distribución del polímero fundido a la salida del dado. Los diseños diferentes son los encargados de transformar secuencialmente el material fundido que avanza con un perfil cilíndrico en una lámina rectangular plana, libre de tensiones y esfuerzos, para evitar deformaciones en el tiempo de solidificación. Los tipos de colectores o canales de distribución que distinguen el diseño de dado son:
Tipo “T” (normal y biselado)
Tipo “Cola de Pescado”
Tipo “Gancho para Ropa”

El último es el más recomendado, ya que muestra gran consistencia en la uniformidad de distribución del flujo a pesar de cambios en las condiciones de operación. La desventaja es el costo, ya que el diseño de alta tecnolgía de los canales de flujo eleva se precio en comparación con los otros tipos.
Si se toman en cuenta aspecto de calidad y costo, el diseño de colector tipo “cola de Pescado” es el más equilibrado, pero al igual que en el diseño tipo T, es necesario agregar elementos mecánicos que permitan hacer ajustes a la distribución de flujos cuando existan variaciones en las condiciones de proceso.
El diseño de “Gancho para Ropa”, es usado preferentemente en operaciones en que la calidad y uniformidad de espesor del producto sean aspectos importantes, mientras en el otro extremo, el diseño de dato con colector T, tienen mejor aplicación en la producción de recubrimientos y laminaciones con papel y/o aluminio, donde las variaciones en uniformidad son prácticamente despreciables. Sumando a la incidencia del tipo de diseño sobre el costo de un dado plano, se debe considerar el área en el dado sujeta a presión, que es proporcional a la longitud de los labios de salida del dado.
Esta área, además de influir por el aumento en la cantidad de material de fabricación, tiene otro aspecto importante: las áreas que son recorridas por el plástico fundido están expuestas a grande presiones y, por ello, debe ser utilizados mecanismo de cierre del dado de mejor desempeño, pero que también son más costosos. Estos efectos son más críticos cuando se procesan materiales de alta viscosidad, se requiere el uso de sistemas de cierre mecánico reforzado por pistones hidráulicos o por diseños de dados especiales de mayor resistencia a presiones que tiendan a abrir los labios.
En dados de gran longitud de salida, el efecto de la presión causa el efecto llamado “Concha de Almeja”, que es una deformación en la zona central del dado donde se presenta una mayor abertura por la deflexión de las paredes metálicas.

b) Sistema de enfriamiento:
Tomando una forma laminar al salir del dado, el polímero para por un corto tramo donde no hay contacto, excepto con el aire ambiental hasta llegar al rodillo en donde empieza el enfriamiento. En este punto, dos diferentes tipos de líneas de extrusión se pueden distinguir:
– Para película (10 – 400 μm) (0.01 – 0.4 mm)
– Para lámina (0.2 – 2.5 mm)
Esta última división se puede emplear en casos prácticos pero no es una clasificación definitiva, si se toma en cuenta que los criterios para distinguir una lámina de una película se basan en el espesor y en la posibilidad de formar rollos sin daños ni deformaciones permanentes, es característica sólo de las películas. Ya que esta última cualidad no fácil de establecer en un espesor definido, sino que aumenta de manera paulatina, no es imposible fijar un diferenciación exacta por espesor entre las películas y las láminas. Las diferencias entre las líneas de producción de película plana y de lámina termoformable se observan en la zona de rodillos de enfriamiento, donde el primer caso la película tienen contacto en un solo lado al momento de unirse al rodillo enfriador, mientras en la lámina termoformable, la resina cae entre dos rodillos que calibran el espesor final y permanece unida al rodillo mayor para continuar enfriándose. El rodillo de enfriamiento requiere un efectivo sistema de intercambio de calor; entre mejor y más rápido sea el enfriamiento, mayor será la productividad y algunas propiedades físicas de la película, entre las que se incluye la transparencia. Para un mejor efecto de enfriado, varios sistemas acompañan al rodillo de enfriamiento:
– Cámaras de succión
– Cuchillas de aire
– Estabilizadores laterales

Cámara de Succión: Auxilia para lograr un buen contacto entre la película y el tambor de enfriamiento, al crear un área de baja presión que jala a la película hacia el tambor, además de remover cualquier volátil que pueda adherirse al tambor y ocasione la reducción de la capacidad de enfriamiento.
Cuchilla de Aire: Debido a que mecánicamente seria difícil oprimir la película contra el rodillo de enfriamiento, la cuchilla de aire realiza esta operación al lanzar una cortina de aire a alta presión contra la película en el punto de contacto con el rodillo. Cuando se usa el aire frío para la función, éste contribuye en parte con la remoción del calor excedente.
Estabilizadores Laterales: Son boquillas de aire que reducen el encogimiento de los costado de la película.

c) Elementos Posteriores al Enfriamiento:

Ya estabilizado el polímero por el rodillo de enfriamiento, pasa por una serie de etapas preparándolo para su acondicionamiento final. El camino del plástico ya moldeado incluye rodillos libres, rodillos para eliminación de pliegues, medidor y controlador de espesor, un sistema de tratamiento superficial para facilitar la impresión, equipo de corte y succión de bordes.
Dependiendo de las especificaciones establecidas para el producto final, vario de los equipos de corte longitudinal de las películas y de embobinado.d) Equipos de Corte: 
Dos tipos son utilizados: el corte lateral, para tener un producto con borde uniforme y el corte central, cuando se requiere de películas de un ancho menor al que se produce en el dado. En los corte laterales con funciones automatizadas, se cuenta con sistemas que conduce el recorte a equipos que reducen su tamaño hasta dejarlo disponible para reintroducirlo al extrusor.e) Unidades de Enrollado: 
Tienen la función de producir bobinas compactas y uniforme, pero generalmente la película es usada en otros procesos como impresión y/o envase, el producto debe ser de fácil procesamiento y uso, esto es, no presentar bloqueo y no estar excesivamente tenso.
Los procesos básicos de embobinado son:
– Embobinado por contacto
– Embobinado central
El embobinador por contacto, es usado para obtener rollos de película no sensible a la tensión, mientras que el embobinador central, se usa cuando se requiere de rollos donde se puede regular la compactación. Los detalles de estos equipos son básicamente los mencionados para los bobinadores descritos en la sección de película tubular.
Coextrusión en dado Plano:
Al igual que cualquier otro producto coextruído, la producción de película o lámina con distintas capas de dos o más materiales encuentra su principal diferencia con respecto a una línea de extrusión simple, en la construcción del cabezal dado.
En el caso de película o lámina plana, se pueden distinguir tres formas distintas de producción de coextrucciones, dependiendo de la forma en que los flujos de los distintos materiales se encuentren para formar una sola estructura:
– Flujos separados dentro del cabezal y unión de materiales externa
– Flujos separados dentro del cabezal y unión en la salida
– Flujos completamente juntos dentro del cabezal.

a) Flujos Separados Dentro del Cabezal y Unión Externa: En este caso, cuando los materiales aún caliente se unen fuera de cabezal, corren independientes dentro de éste e incluso pasan al exterior por dos aberturas o labios diferentes, siendo posteriormente unidos al contacto con el rodillo enfriador.
Puede ser instalado un rodillo que presiones y asegure la unión de los materiales, aunque éste se vuelve indispensable sólo cuando una tercera capa de algún otro material frío se agrega al sistema o cuando debido a las altas velocidades de extrusión, pequeñas cantidades de aire pueden quedar atrapadas entre ambas capas. Para esta construcción de cabezal, las ventajas se observan cuando se quiere procesar dos materiales de propiedades de flujo muy diferente (principalmente temperatura de proceso), ya que el diseño de los canales de flujo de cada material puede ser completamente distinto y aislado térmicamente con relativa facilidad.
Entre las desventajas, sólo los dado con dos ranuras de salida son recomendables de construir, ya que de tres en adelante se convierten en dados de extrema complejidad y elevado costo.
Operativamente, el problema de manejar materiales distintos en un solo canal tiene el inconveniente de controlar dos salidas de materiales independientes. Además, las contradicciones laterales deben ser mínimas y la producción de humos entre las capas extraídas puede generar problemas de calidad en la lámina final. Un factor adicional a considerar, es que en la extrusión de películas muy delgadas que tienden a enfriarse rápidamente, se pueden presentar problemas de baja adhesión.

b) Flujos Separados dentro del Cabezal y Unión Antes de Salir: En este tipo de dados, los materiales llegan al cabezal y se distribuyen por colectores distintos, se unen antes de abandonar el dado, teniendo éste una construcción de varias entradas con otros canales de flujo y una sola ranura de salida.
En este tipo de coextrusión, los materiales que tienen distintas propiedades de flujo pueden ser controlados y ajustado individualmente, mientras que un control total del espesor se logra con mayor eficiencia al tener una sola ranura de salida. El aislamiento de los canales individuales, es posible de lograr, pero es más complejo que en la construcción del tipo mencionado en el inciso anterior. Como desventajas, además de los problemas de aislamientos ya mencionados, se debe considerar que la construcción del cabezal es compleja, aunque la introducción de hasta una curta capa es factible.

c) Flujos juntos dentro del Cabezal: Este tipo de coextrusión se puede realiza en cabezales convencionales, con la inclusión de un adaptador que dosifica los diferentes materiales para la formación de una sola comente. La ventaja de este tipo de construcción, es que casi cualquier número de capas puede incluirse para obtener láminas de aplicaciones muy especializadas, todo esto con una complejidad relativamente menor a los métodos anterior. Como restricción, se debe tomar en cuenta que los materiales deben tener propiedades Teológicas y temperaturas de proceso similares. Se puede considerar que este es el sistema más usado en la producción de coextrusiones.

Aplicaciones de los Productos Película Plana (0.01 – 0.4 mm)

Laminaciones
Películas encogibles
Películas para envoltura
Películas para envases
Películas para bolsas
Películas para uso decorativo
Películas para pañal
Películas con relieve
Cintas adhesivas
Otras

Lámina Termo-formable (0.03 – 2.5 mm)
Cubiertas
Desechables
Blister Pack
Envases
Skin Pack

Coexfrusiones
Envases de productos químicos
Envases de alimentos

Coextrusora: diámetro 15 a 45 mm (a modo de ejemplo)

Diámetro del husillo (mm)
Relación L/D
Motor (Kw)
Producción (Kg/h)
Observaciones
15
25
1.5
3
PE rayas tubo
20
25
2.2
6
PE rayas tubo
25
25
3
10
PE rayas tubo
30
25
4
18
Plastificado
45
25
11
50
Plastificado

Temperatura de la masa: Hemos visto que es importante mantener la temperatura de la masa, antes de la entrada al cabezal, en un nivel bajo. Para un procesamiento inmejorable con un tornillo de barrera, el perfil de temperatura de las zonas de la extrusora debe ser del tipo “joroba” (“humped”). Esto es que la primera zona debe estar caliente pero no tanto; la segunda zona debe estar muy caliente para fundir el material rápidamente para disminuir desgaste del tornillo por fricción y el calor de cizallamiento; luego cada zona que sigue debe estar más fría en forma progresiva; hasta que la última zona esté relativamente fría.
Consideremos que la extrusora es el intercambiador de calor más eficiente de la Línea porque cuenta con un sistema de enfriamiento forzado y el espesor de la capa de resina es relativamente bajo.

Perfil de la temperatura de “Joroba” de una extrusora en °C.

Zona N°1
Zona N°2
Zona N°3
Zona N°4
180
240
220
220

Este es un perfil típico para una extrusora de cuatro zonas: 180 240 220 220 °C. Tener en cuenta que cada diseño de tornillo es diferen­te por lo que el perfil de temperatura para cada caso determinado debe establecerse para lograr los mejores resultados. Igualmente se debe tener siempre en cuenta que la temperatura de la última zona no debe ser menor que la temperatura de fusión del material, porque si lo es el polímero se solidificará en la camisa de la extrusora si el tornillo deja de operar.
La comprensión de lo que realmente es la temperatura de la masa puede permitir a los ingenieros de planta mejorar la calidad de sus productos finales. Una masa que no tiene una gradiente de temperatura uniforme a través del flujo de la masa fundida tendrá consecuentemente una gradiente no uniforme de viscosidad. Todos los diseños de cabezales por sistemas de simulación de flujo con computadoras asumen una viscosidad constante.

Recubrimiento de cable: Componentes de La Línea. En la industria de cables aislados, una amplia variedad de productos hace que existan muchos tipos de configuraciones para líneas recubrimiento. A pesar de la diferencias entre ellas, todas guardan una estrecha relación; la parte fundamental de estos procesos se encuentra en el lado o cabezal y éste es común a todos los tipos de recubrimiento.

a) Descripción del Dado: Para el proceso de recubrimiento de cable, se utiliza un cabezal del tipo de sección anular, por su similitud con salidas de los cabezales para película tubular y tubería. En el caso del proceso de recubrimiento de cable, el propósito es aislar a un producto semi-terminado como el cable de cobre o la fibra óptica.
Recubrimiento por Presión: En este tipo de cabezal, el cable a recubrir se encuentra envuelto por el plástico fundido bajo presión en el interior del dado. En este caso, la adherencia del plástico al cable por las condiciones de presión y temperatura es muy buena; en el caso de alambre trenzado, se asegura la penetración del plástico entre las tramas metálicas. Para un mejor logro propósito de este propósito se puede crear un vacío en la parte central del cabezal.
Recubrimiento por Tubo: En el dado para recubrimiento por tubo, se utiliza un dado similar al usado en la producción de tubería, pero un diámetro muy pequeño. En la etapa de recubrimiento, el pequeño tubo formado en el cabezal se contrae, disminuyendo un poco su espesor y cubriendo la superficie del cable.

b) Elementos Posteriores al Cabezal: Todas las líneas deben tener después del cabezal un sistema de enfriamiento, un elemento de tiro y un embobando, y adicionarles un sistema de medición de espesores de pared, un probador de fuga de corriente y otros sistemas de medición que dependerán de la especialidad que se esté trabajando.

Aplicaciones de los Productos
Aislado de fibra óptica
Cable fino
Cables telefónicos
Cables sencillos o trenzados
Cable de alta tensión con Polietileno entrecruzado
Cable de alto Calibre.

Líneas de Pelletización y Producción de Compuestos. 

Las líneas de mezclado y producción de compuestos, en términos generales cumplen con las siguientes funciones: Mezclado y Homogenización de Polímeros con Aditivos
Estabilizadores de temperatura y radiaciones
Lubricantes de proceso
Plastificantes y modificadores de impacto
Colorantes
Cargas
Retardantes a la Flama
Agentes de entrecruzado
Agentes clarificantes
OtrosIncluso de Refuerzos Mecánicos en los Polímeros como:
Fibra de Vidrio
Fibra de Carbono

Otros Usos:

Aleación de polímeros compatibles para obtener un material de características deseadas
Homogeneización y obtención de condiciones de flujo deseadas en polímeros vírgenes

Formación de Perlas o “pellets”, que es la forma más práctica que pueden tener las resinas plásticas para su manejo, transportación y alimentación de la maquinaria de moldeo final.

Filtración de polímeros que contengan sólidos y contaminantes insufribles
Mezclas de material virgen con reciclado
Eliminación de volátiles del polímero.
A principios de siglo, la maquinaria para formar compuestos para termoplásticos, tuvo su punto de origen en los mezcladores y amasadores por lotes usados en el procesamiento del hule, pero a causa del continuo desarrollo de la industria del plástico y de la necesidad de compuestos de mejor calidad y de un mayor volumen de producción, las líneas de “compounding” han logrado un elevado nivel de especialización y tecnificación.Descripción de las líneas de Compuestos: Las líneas de formación de compuestos, consisten en maquinaria de mezclado, amasado y equipo periférico para lograr el producto requerido. La especialización de una línea de “compounding”. Consiste en que el conjunto de husillo – barril tenga un diseño adecuado que cumpla con las funciones de:Plastificar – Mezclar y Homogeneizar – Dispersar – Remover volátiles – Filtrar – Pelletizar

Para lograrlo, se debe contar con un equipo con zonas localizadas de diferente rango e intensidades de mezclado y corte del material plastificado. Los grados de mezcla y corte, se obtiene con repetidos cambios del sentido del flujo líquido, separaciones de corrientes e intercambios de capas de materiales en los diversos canales de un tornillo. Generalmente, en la construcción de maquinaria para líneas de compounding, la característica es usar motores de accionamiento de alta potencia, ya que el calor usado en la plastificación del material debe provenir en mayor grado por la acción de fricción en el mezclado que por los elementos calefactores exteriores.

Equipo Auxiliar 

La mayor parte de los siguientes elementos son frecuentemente encontrados al observar una línea de compuestos:
– Silos de almacenaje de materia prima de material (pellets) procesado o compuesto
– Unidad de premezclado continua o intermitente, que en ciertos casos mejoran notablemente la eficiencia de la línea completa.
– Unidades de alimentación, que pueden ser tornillos alimentadores, bandas sinfín gravimétricas, tolvas dosificadores, válvulas rotatorias, bombas de engrane, etc. Se eligen según la precisión requerida en la alimentación y el estado físico del material alimentado (grano, polvo, líquido, etcétera).
– Sistemas de protección contra objetos extraños basado en principios mecánicos, inductivos o magnéticos.
– Sistemas de tamizados y cambio de tamiz para retención de partículas e impurezas que pudieran pasar al extrusor.
– Unidades de pelletización con sistemas de transporte de pellets, neumáticos o por agua
– Enfriadores o secadores de pellets, dependiendo del sistema del transporte anterior
– Sistema de envasado del producto final
– Sistemas de control de temperatura del extrusor con calentamiento eléctrico o por aceite y de enfriamiento con agua.
– Combas de vacío para extracción de volátiles del polímero.
– Paneles centrales de control de instrumentos.Tipos de Línea de Compounding para Termoplásticos: Destacan cuatro técnicas de manufactura de compuestos, con base en el tipo de resina que se procesa:
Para Poliolefinas
Para plásticos sensibles a la temperatura
Para Polímeros de Estireno

Para plásticos de ingenieria

a) Compounding de Poliolefinas
Se distinguen tres formas para producir compuestos de Poliolefinas, por el estado físico de la resina que abandona el reactor donde se genera:
Para resina fundida
Para resina en solución
Para resina en Polvo

Líneas para Compounding de Resina Fundida: En este tipo de formación de compuestos, la descarga directa del reactor en forma de masa fundida pasa a una extrusor con un husillo de relación de 24 L/D y una configuración especial, o con husillo gemelos co-rotantes donde las labores de aditivación, homogeneización y pelletizado llevan a cabo remoción de gases para abatir las concentraciones de etileno residual hasta 50 ppm o menor. Aunque este tipo de maquinaria había sufrido un constante desarrollo para satisfacer las crecientes demandas de LDPE hasta llegar a máquinas con una producción de 20 a 30 ton/hr. El uso creciente de LDPE, obtenido como una solución o como polvo, hace que el diseño de máquinas más productivas sea poco probable.
Líneas de Concentración de Soluciones: En la obtención de Poliolefina por el método de solución, el principal obstáculo de un material procesable es la separación del solvente, usado en la polimerización de la resina obtenida. Una solución a este problema era la separación por agotamiento con vapor de agua, pero esto implicaba con vapor de agua, pero esto implicada una costosa separación y purificación posterior del solvente, que debe estar libre de agua para poder reutilizarse.
La mejor opción se encuentra en concentrar directamente mezclas de polímero al 85% en extrusora, debido a la alta viscosidad del producto. Para algunos casos como el de la resina de PEAD para grado inyección, la desgasificación se lleva en extrusores monohusillo que operan en cascada, eliminando los volátiles durante la transferencia entre ambos equipos.
Otros equipos de tornillos gemelos o multihusillo, son usados para Poliolefina de alta viscosidad. Los equipos actuales para la aditivación y pelletización de resinas obtenidas por solución, llegan a tener productividades de 15 ton/hr, con diámetros hasta de 460 mm.
Líneas para Compounding de Resina en Polvo: Este tipo de líneas tienen productividades hasta 20 – 25 ton/hr, ligeramente menores que las líneas para resina fundida, pero mayores a las concentración de soluciones. Han tenido poco desarrollo tecnológico desde su creación, avanzado únicamente en el aspecto de velocidades de producción.-El uso de equipos monohusillo, se encuentra limitado en capacidad, llegando sólo a 5 ton/hr como máximo. En husillos gemelos, las máquinas con husillos engranados y de giro contrario, tienen poca efectividad y debido a problemas de construcción no se pueden diseñar máquinas de grande diámetros, ello limita la capacidad de producción. Sin embargo, en sistemas de husillos gemelos no engranados de giro opuesto o engranado de giro en el mismo sentido, se pueden lograr mayores diámetros, hasta de 380 mm y se obtienen producciones máximas.

Pelletizadores para Poliolefina: Para la formación de perlas o pellets de Poliolefinas, provenientes de los equipos de alta productividad mencionados, se usan equipos con capacidad de 25 ton/hr. Un esquema del equipo de pelletización.

b) Compounding de Polímeros Sensible a la Temperatura: Al tratar sobre polímeros sensibles a la temperatura, la atención principal se dirige al PVC que es el caso más típico, pero también debe mantenerse presente a los Polietilenos entrecruzable, espumable y algunos hules termoplásticos como miembros de este grupo. En el caso de producción de compuestos de PVC, la mezcla de un mayor número de aditivos en comparación con la Poliolefinas y por consecuencia, la necesidad de un trabajo de incorporación de materiales más efectivo, encuentra la dificultad del manejo de una resina que puede degradarse con facilidad. En el caso de extrusión de tubería o perfil de PVC rígido, se prefiere premezclar la resina de PVC con los aditivos necesarios en mezcladores de alta velocidad. Los polvos obtenidos de este equipo, son alimentados directamente al extrusor donde el producto final será obtenido. Cuando el uso del material pleiteado es necesario como en los casos de producción dé cable recubierto, suelas de calzado con PVC plastificado, o botellas de compuesto de PVC rígido, es necesario el uso de una línea de extrusión especializada para el mezclado y pelletización de los componentes que, por complejidad del proceso, regularmente llegan a 3 ton/hr para compuesto de PVC rígido y hasta 6 ton/hr para material plastificado. Paras las resinas de PVC, en especial cuando se trate de PVC altamente sensible a la temperatura y al corte, es necesario controlar estrictamente las condiciones de producción. Los tipos de equipo más adecuados para el compounding de PVC incluyen:
– Extrusores con husillos gemelos engranados y de giro contrario.
– Plastificadores empleados específicamente para compuestos de PVC plastificado.
– Amasadores con unidades de descarga monohusillo.
– Extrusores planetarios con unidades de descarga monohusillo.
– Extrusores con husillos gemelos, engranados y de giro en el mismo sentido, con unidades de descarga monohusillo.
c) Compounding de Polímeros de Estireno: Ya que el Poliestireno se obtiene como material fundido por la mayor parte de los sistemas de polimerización, el trabajo de pelletización se puede lograr con bombas de engranes para el transporte del material y unidades de pelletización. Cuando además de la pelletización, se requiere de la incorporación de plastificantes, lubricantes, colorantes u otros aditivos y una desgasificación para remover monómero residual, es preciso el uso de maquinaria de husillos. En la producción de compuestos de Polímeros de Estireno, la productividad de la maquinaria empleada no sobrepasa generalmente las 3.5 ton/hr.

d) Compounding de Plásticos de Ingeniería: La producción de compuestos de plásticos de ingeniería involucra a resinas termoplásticas como: PA, PC, ABS, POM, PMMA, PPO, etc., además de plásticos termofijos y plásticos reforzados y cargados. Las operaciones involucrada en el Compounding de plásticos de ingeniería son:
– Plastificación
– Distribución y mezclado de aditivos
– Remoción de volátiles
– Inclusión de cargas, cuando se requiera
– Refuerzo con fibras minerales, cuando se requiera Aleaciones con otros polímeros, cuando se requiera
– Pelletización

A diferencia de las líneas de producción de los compuestos antes mencionados, aquellas usadas para plásticos de ingeniería tienen una productividad baja, que fluctúa entre 100 y 1500 kg/hr.

Extrusión de Doble Husillo: 

La construcción de extrusores de dos husillos se conoce desde más de 50 años, originándose su desarrollo en Europa. La dificultad principal en sus orígenes era la complejidad requerida para los cojinetes de empuje y en engranaje para la coordinación del giro de los husillos. Las razones principales del desarrollo y uso de extrusores doble husillo se ha enfocado a la transformación de materiales sensible a la tempera­tura y procesos especiales como formulación de compuestos, reacciones químicas, remoción de volátiles y otros.
Funciones de Mezclado: Para la formación de compuestos, los extrusores doble husillo utilizan las funciones de dispersión y de distribución de materiales. En el caso de la dispersión, implica que las cargas o aditivos sufrirán una reducción en la función distributiva sólo implica una separación y homogenización de las partículas en el volumen de la mezcla.

 
Extrusora doble tornillo
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Extrusora doble tornillo

Extrusores contra-rotante Entrelazados: En este tipo de extrusores se utilizan cuando se requiere de una gran dispersión de los materiales como en el caso de masterbatch de color o de aditivos. También se utiliza para aleaciones poliméricas que requieran un mezclado intenso. Una ventaja de estos equipos es que funcionan como bombas de desplazamiento positivo, facilitando cualquier operación de extrusión en línea sin necesidad de bombas de engranes.

Extrusores Co-rotantes Entrelazados:
Estos extrusores se prefieren para compounding en volúmenes mayores. Entre los husillos existe so­lo una pequeña separación, forzando con esto al plástico a circular por la periferia de los husillos, generando un pa­trón de forma de “8”. Por esta pequeña separación se crea un efecto de “auto-limpieza de la superficie del otro.

Extrusores Contra-rotantes No Entrelazados: Los extrusores contra – rotantes no están en contacto íntimo, siendo por esta razón excelentes en los casos donde sólo requiere un mezclado distributivo, es decir, que no requiera de una reducción del tamaño de los aditivos agregados. También se usan en desvolatilización de altas producciones.

Soplado
Definición: El moldeo por soplado es un proceso discontinuo de producción de recipientes y artículos huecos, en donde una resina termoplástica es fundida, transformada en una preforma hueca y llevada a un molde final en donde, por la introducción de aire a presión en su interior, se expande hasta tomar la forma del molde es enfriada y expulsada como un artículo terminado. Para la producción de la preforma, se puede considerar la mitad del proceso como conjunto y utilizando el proceso de inyección o extrusión, permitiendo que el proceso de soplado se divida en dos grupos distintos: inyección – soplo y extrusión – soplo.
Ventajas y Restricciones: El proceso tiene la ventaja de ser único proceso para la producción de recipientes de boca angosta; solamente comparte mercado con el roto-moldeo en contenedores de gran capacidad. Para el proceso extrusión soplo, la producción de la pieza final no requiere de moldes muy costosos. Otra ventaja es la obtención de artículos de paredes muy delgadas con gran resistencia mecánica. Operativamente permite cambios en la producción con relativa sencillez, tomando en cuenta que los moldes no son voluminosos ni pesados. Como restricciones del proceso se puede mencionar que se producen artículo huecos que requieren de grandes espacios de almacenaje y dificultan la comercialización a regiones que no estén próximas a la planta productora. Por otra parte, en el proceso de extrusión – soplo, se tienen en cada ciclo una porción de material residual que debe ser molido y retornado al material virgen para su recuperación, lo que reduce la relación producto obtenido/material alimentado, y que se debe adicionar al precio del producto.

Aplicaciones: Prácticamente el moldeo de cualquier recipiente se puede lograr por medio del proceso de soplado, siendo el único para la producción de recipientes de cuello angosto de alto consumo en industrias como la alimenticia, cosmética y química, aunque en envases de cuello ancho, puede encontrar cierta competencia en el proceso de inyección y quizás con el termoformado, mientras que en contenedores de gran tamaño y boca angosta, observa una gran competencia con el moldeo rotaciones. El proceso se encuentra en franco crecimiento, bajo la necesidad de abastecer a un mercado de alimentos también en constante auge. Ejemplo de la diversidad de aplicaciones son:
Sector Cosméticos – Farmacéutico
– Envases de tratamiento tipo ampolletas
– Envases pequeños para muestras médicas
– Recipientes para medicamentos en pastillas
– Recipientes para jarabes, soluciones y suspensiones
– Recipientes grandes para suero
– Recipientes para shampoo y cremas
– Recipientes para lociones y perfumes 

Sector de Alimentos
– Botellas para aceite comestible
– Botellas para agua potable
– Botellas para bebidas alcohólicas
– Envases pequeños para golosinas o promocionales
– Envases para bebidas refrescantes no carbonatadas
– Envases para condimentos
– Envases para bebidas en polvo
– Botellas para bebida carbonatadascon o sin retorno

Para la obtención de artículos huecos por esta vía, la resina polimérica es alimentada a la tolva de un extrusor; de ahí pasar al interior del cañón, se plastifica y homogeneiza por medio del husillo con los pigmentos y otros aditivos que también hayan sido alimentados, siendo únicamente restringido el uso de cargas o refuerzos, ya que estos últimos generalmente provocan la ruptura de las paredes del artículo cuando está en la etapa de soplado.
El material ya homogéneo y completamente plastificado, pasa al dado o cabezal que, de manera similar a la extrusión de tubería que, de manera similar a la extrusión de tubería, produce una preforma (párison) tubular con dimensiones de pared controladas para la pieza final cumpla con las dimensiones de espesor requeridas.
La producción de esta preforma deber se invariablemente vertical y descendente, ya que no existe ninguna guía que pueda ofrecerle alguna otra orientación, mientras que el tiempo empleado desde que comienza a salir del dado hasta que tiene la dimensión precisa para continuar con el ciclo, está limitado al momento en que la primera porción de plástico extruído se enfríe, perdiendo características para ser moldeado.
Llegando a la longitud de preforma óptima, que es ligeramente mayor a la longitud del molde que forma la pieza final, entra en acción del mecanismo que cierra las dos parte del molde para dejar confinado el párison en éste. Durante su movimiento, el molde además de rodear al párison, lo prensa por uno de sus extremos provocando el sellado de las paredes del tubo, debido a que el plástico se encuentra aún arriba de su temperatura de reblandecimiento.
El diseño del molde puede incluso cortar el material sobrante por debajo de éste, formando así, la característica línea o costura en la base de todo recipiente obtenido por extrusión-soplo. El otro extremo del párison permanece abierto, pues es necesario para las etapas posteriores.
En la tercera fase del proceso se introduce una boquilla por el extremo abierto del molde y en el interior del párison, se inyecta aire a presión, obligando a la preforma a extenderse hasta alcanzar las paredes del molde, donde se enfría y conserva la forma interior del molde. La boquilla de inyección del aire crea al mismo tiempo la estructura final de la boca y cuello del recipiente.
Es importante señalar que durante el proceso de expansión de la preforma hacia las paredes del molde, el espesor de la pared sufre una reducción por el aumento del área superficial.
En la última fase del ciclo de soplado, el molde se separa exponiendo al recipiente terminado a una temperatura en que es estable dimensionalmente, para ser entonces expulsado por su propio peso o por el aire a presión que aún se encuentra en su interior. Generalmente, el tiempo invertido en la dos últimas etapas tarda lo suficiente para que en el dado se haya eximido una nueva preforma, siendo necesario que el molde recién liberado del producto tenga que moverse hacia la recepción del nuevo material, para iniciar un nuevo ciclo productivo.

Descripción del equipo:
Cabezal de Extrusión: Desempeña un papel importante en el proceso de extrusión -soplo, ya que la calidad con sea producida la preforma, depende del éxito de la etapa de soplado. Todos los cabezales utilizados en la extrusión de 90°, pues no existe otra forma en que el molde pueda tomar el párison que no sea vertical. Las secciones de alimentación al cabezal, deben tener un diseño adecuado para evitar líneas de soldadura por elementos que sostenga el mandril central del dado. Para la producción de preforma central del dado. Para la producción de preforma de diámetro pequeño, una salida de material recta o convergente puede ser indicada y, un párison con espesores de pared constante responde perfectamente a las necesidades del proceso. Para la producción de formas que no sean completamente cilíndricas y de sección transversal uniforme, o que sean de un tamaño relativamente grande, es necesario contar con un control en el espesor de la preforma o párison extruído, que podrá ser no uniforme al paso de su longitud. La variación de espesores, en el caso de formas irregulares y complicadas, obedece a que al momento del soplado algunas zonas de la pared de la preforma experimentan mayor elongación que otras, produciendo paredes más delgadas, débiles o muy gruesas donde se desperdicia material.
En el caso de productos grandes, el peso del párison extruído se incrementa con la longitud y tiende a estirar a las paredes más cercanas al dado; se debe compensar con incrementos paulatinos de espesor al momento de la producción de párison. La variación en los espesores de la preforma, se logra por medio de un dado que pueda incrementar o reducir la distancia de la abertura, por le que se está extruyendo la resina. Esto se consigue con el movimiento ascendente y descendente del mandril del dado de extrusión.
Cabezal Acumulador En la producción de contenedores grandes, y principalmente cuando se requiere una distribución del espesor de pared, se recomienda el uso de maquinaria con cabezal acumulador, que es un mecanismo de almacenamiento del plástico fundido para posteriormente formar el párison con alta velocidad. Así, se evita el estiramiento natural del párison que en casos extremos puede provocar la ruptura del mismo, especialmente si su peso es mayor a 2 kg.
Corte del Párison: Una vez que el párison ha sido formado y captado por el molde, existe un mecanismo que corta el párison y permite el paso de la boquilla de soplado. En el caso del PVC y Poliolefinas, se puede utilizar una cuchilla en frió. En caso de que el párison sea muy delgado o inestable, se prefiere un alambre caliente (resistencia eléctrica), que tiene la desventaja de requerir mayor mantenimiento,

Moldes para extrusión – soplo sin biorientación: Estos moldes son lo más sencillos, ya que un solo molde de dos piezas se puede utilizar para el funcionamiento de una máquina. Para su construcción, se pueden utilizar materiales muy ligeros como el aluminio, debido a que en la etapa de soplado no se ejerce una presión elevada como en un moldeo por inyección, consiguiendo ventajas en peso y conductividad térmica, siendo más sencillo maquinar los canales de circulación del líquido de enfriamiento. Sin embargo, en máquinas de alta productividad, la intensidad de trabajo puede demandar moldes de acero o alguna otra aleación resistente para conservar el molde en buenas condiciones aún después de someterlo a los largos periodos de producción.
Procesos para la obtención de recipiente bioríentados: Durante mucho tiempo se estimó la posibilidad de introducir a los materiales plásticos en el envase de bebidas gaseosas, agua purificada y otros productos, donde el dominio del vidrio y los materiales metálicos parecía indiscutible.
Las principales características que el plástico debe cumplir son:
– Presentar alta transparencia para proporcionar buena presentación al producto envasado
– Resistencia mecánica a presione internas en caso de bebidas carbonatadas
– Cumplir con los requerimientos de vida de anaquel exigidos por las bebidas carbonatadas
– Tener resistencia a impactos producidos durante las labores de producción, transporte y distribución del producto.
– Tener un precio menor al vidrio y productividades iguales o mayores a éste.

Las dificultades parecían excesivas, sobre todo en el caso de la impermeabilidad al C02, y por la presión a la que se envasan las bebidas gaseosas, sólo se podía aspirar a resolver el problema con grandes espesores de pared o complicadas coextrusiones. Inclusive, era contraproducentes al analizarlas en transparencia, productividad y costo, por ello se descartaban como alternativas factibles. El desarrollo de una modificación a los procesos de extrusión -soplo e inyección – soplo, así como la investigación de nuevos grados de resinas que cumplieran con la propiedades mecánicas y de permeabilidad impuestas por las características de los productos a envasar, resolvieron los problemas para la sustitución de vidrio y metales, en campos en que parecían irremplazables.

Proceso de Extrusión – Soplo con Bioríentación: Es preferido para la obtención de botellas de PVC transparentes; es un proceso de extrusión – soplo, con una etapa que asegura el estiramiento longitudinal del recipiente producido.
Las primeras etapas de este método, siguen el mismo camino descrito para el proceso extrusión – soplo convencional, pero al llega a la última etapa no se obtiene el producto final, sino una preforma. En el proceso convencional, la preforma obtenida es sellada en su parte inferior y soplada, sufriendo un gran estiramiento circunferencial, pero bajo longitudinalmente, que provoca un arreglo y orientación desbalanceado en las moléculas y pérdida de las propiedades físicas máximas que el polímero puede proporcionar. Para resolverlo, la preforma obtenida es trasladada al molde que tiene la forma del producto final y que es mayor en longitud y circunferencia en relación con la preforma. Aquí entra en acción simultánea un dispositivo mecánico que estira la preforma longitudinalmente, mientras que por medio de aire a presión se realiza la expansión de las paredes de la preforma hasta las paredes del molde. Así, se obtiene el recipiente requerido con una orientación en sentido longitudinal y circunferencial, que mejora de manera notable las propiedades mecánicas de las paredes del producto, logrando altas resistencia con paredes considerablemente delgadas.

Moldes para Extrusión – Soplo con Bioríentación: Para la extrusión – soplo con biorientación, los moldes no requieren de construcciones de gran resistencia a la presión, pero no bastante complejos en su funcionamiento y diseño. Se puede usar materiales ligeros en su construcción o de mayor resistencia mecánica, dependiendo de la intensidad de uso a que estén sometidos.

Parámetros de control del proceso:

Los principales parámetros para el control del proceso de extrusión son: Temperatura de extrusión y la Velocidad de extrusión o caudal.
Temperatura de Extrusión: El principal efecto de la modificación de la temperatura de extrusión es la viscosidad del polímero (su resistencia al flujo). La selección de la temperatura de extrusión debe hacerse de manera tal que permita reducir el consumo de potencia del motor de la extrusora a valores tales que estén en el intervalo de trabajo del equipo y, adicionalmente, se alcance una viscosidad del polímero adecuada para su procesamiento. La temperatura óptima de extrusión de cada resina dependerá de su distribución de pesos moleculares, representado desde el punto de vista reológico por su viscosidad y, más popularmente, por su índice de fluidez, éste último de vaga precisión. Los efectos de la temperatura de extrusión se observan más allá de la salida de la boquilla. Los principales efectos de la temperatura de extrusión resultan reflejados en las características de la superficie del material extrudado y el grado de cristalización del mismo. Una de las propiedades mas afectada por la modificación de la temperatura de extrusión es la resistencia al impacto en los productos.
Velocidad de Extrusión: Generalmente en los procesos de extrusión el objetivo de la optimización de las variables de procesamiento es el logro del máximo caudal (Kg. de resina procesada por unidad de tiempo) que permita la obtención de un producto de alta calidad.

Problemas y soluciones del proceso de extrusión: Como paso previo a emprender las acciones con miras a remediar problemas que pudiesen presentarse durante este tipo de procesamiento, se sugiere verificar primero:
1.- ¿Existe alguna falla reportada en el equipo?
2.- ¿Se ha seguido cabalmente el procedimiento de arranque, funcionamiento y parada del equipo?
3.- ¿Se están empleando las condiciones de operación recomendadas para la resina utilizada?
4.- ¿Se han razonado las consecuencias de modificar las condiciones de operación del equipo?
Las respuestas a estas preguntas pueden evitar que se emprendan acciones correctivas que tengan peores consecuencias que el inconveniente inicialmente detectado. En caso de no conseguir solventar el problema mediante el análisis de los cuatro puntos anteriormente cuestionados, a continuación se presenta una lista de recomendaciones para la solución de frecuentes problemas en el procesamiento de resinas mediante la técnica de extrusión.
Finalmente un operador calificado debe estar siempre atento ante la presencia de situaciones indicadoras de posibles fallas en el proceso, para ello se sugiere:
a.- Inspeccionar, ver: ¿Se encuentran operando correctamente los sensores de temperatura, presión y consoladores de temperatura?
¿Se encuentran todas las zonas de calentamiento dentro, por encima o por debajo de la banda de control?
b.- Escuche: ¿El motor de la extrusora, los relays de los controladores de temperatura, tienen el sonido característico?
c.- Sienta: ¿Existe una vibración inusual en la reductora? ¿Se encuentra caliente o fría la línea de salida de agua de la garganta?
Es importante que en cada jornada se lleve un registro detallado de las fallas y anomalías que se presentan en la operación de una extrusora, ya que esta información permite la realización de análisis para repotenciación y/o reemplazo de equipos.

La extrusión es uno de los métodos más antiguos para dar forma a los materiales plásticos con perfiles relativamente sencillos.

Es un proceso por compresión en el cual se fuerza al material a fluir a través del orificio de un dado para generar un producto largo y continuo cuya forma de la sección transversal queda determinada por la forma de la boquilla.
Dentro de la conformación de polímeros, la extrusión se usa ampliamente con termoplásticos y elastómeros, pero rara vez con  termofijos, para producir masivamente artículos como tubos, ductos, láminas, películas, recubrimientos de alambres y cables eléctricos, perfiles estructurales como molduras de ventanas y puertas.
Para este tipo de productos, la extrusión se lleva a cabo con un proceso continuo; el producto se extruye y se corta inmediatamente en las longitudes deseadas.
Con la extrusión se realiza el mayor volumen de producción de polímeros, ya que no se  usa solamente para la producción de barras, tubos, láminas y películas en materiales termoplásticos, sino también para el mezclado minucioso de todas las clases de plásticos y para la producción de gránulos; una diferencia importante con las extrusoras de  metales es el uso de extrusores de tornillo.
Dos son los métodos de extrusión utilizados industrialmente: a) el moldeo por extrusión en húmedo y b) el moldeo por extrusión en seco, continuo o caliente.
La extrusión en húmedo la practican solamente un número reducido de firmas, limitado a  los compuestos de nitrocelulosa. La nitrocelulosa humedecida con alcohol se coloca en  una mezcladora de acero junto con el disolvente y un plastificante; se pueden añadir color y pigmento, mezclando el conjunto hasta obtener una masa homogénea. El material se cuela, se seca al vacío para recuperar una parte del disolvente y, finalmente se amasa en cilindros diferenciales. El material plástico se muele hasta que adquiera una consistencia semejante a la de jalea para ser moldeado por extrusión hidráulicamente, formando varillas y tubos, o también en una forma más dura que se pueda cortar en tiras para la máquina de extrusión del tipo de tornillo. En el comercio norteamericano, la máquina hidráulica se conoce con el nombre de embutidora, y el de tipo tornillo con el de “screw machine”.
El moldeo por extrusión en seco, continuo o caliente, utiliza polvos de moldeo termoplástico y máquinas de extrusión relativamente pequeñas, de un modelo usado antes para otros materiales, principalmente el caucho. Muchas de las distintas etapas de éste procedimiento están sujetas a regulación, ésta forma de extrusión no está normalizada.
EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA EXTRUSIÓN DE PLÁSTICOS
Las extrusoras más utilizadas, según la presión necesaria para hacer pasar el plástico fundido a través de la boquilla son:
a)  Extrusoras de desplazamiento positivo:
–                Extrusoras de pistón
–                Bombas de extrusión (bombas de engranaje)
b)  Extrusoras de fricción viscosa:
–                Extrusora de tambor rotatorio
–                Extrusora de rodillos
–                Extrusora de tornillo
Características de las extrusoras.
Extrusoras de pistón.- Estas máquinas constan de un cilindro que posee elementos de  calefacción, la materia prima desciende desde una tolva al interior del cilindro donde el material es plastificado. Éste es obligado a pasar a través de una boquilla, empujándolo  con un pistón el cual es accionado por presión hidráulica o mecánica.
Las máquinas de un pistón producen piezas de longitud limitada, debido a la discontinuidad  del  proceso.  Para  fabricar  perfiles  continuos  se  utilizan  las extrusoras de varios pistones
Bombas de extrusión.- Son bombas con algunos pares de engranajes que están  acoplados y alojados en una carcasa; cuando se impulsa un engrane éste mueve el correlativo. El transporte del plástico se debe solo al empuje de los dientes sobre el  material por el lado de la carcasa. El acoplamiento entre dientes aísla el lado de descarga a presión, del lado de succión. El flujo de material es proporcional a la frecuencia de rotación de los discos dentados obteniéndose así un flujo de material esencialmente constante.
Extrusoras de tambor rotatorio.- En esta máquina el material desciende por gravedad e ingresa por el émbolo hasta la cámara, la cual está formada por el tambor rotatorio y por el bastidor fijo o cuerpo estático.
El bastidor puede calentarse o enfriarse para controlar la temperatura. En la cámara el polímero es arrastrado por el cilindro rotor que lo pone en contacto con las paredes calientes del bastidor y con el material previamente fundido, con  lo que se efectúa la plastificación.
La homogenización tiene lugar en la pequeña holgura radial entre el marco fijo y el cilindro que gira.
El plástico así fundido es separado del cilindro rotatorio mediante una pieza en forma de  cuchilla; la fundición, bajo acción de las fuerzas tangenciales se mueve hacia la boquilla y la cruza.
Extrusoras de rodillos.- Consiste en dos rodillos horizontales cuyos ejes son paralelos entre sí, dichos cilindros son calentados por fuente externa y giran en sentido opuesto.
El polímero se alimenta por la parte superior de los rodillos, y al atravesar la holgura que existe entre estos es sometido a intensos esfuerzos de cizalla, a la vez se calienta y pasa fundido a la cámara inferior venciendo la presión creada en ésta y saliendo finalmente extruído por la boquilla. La cámara inferior consiste en unas placas laterales, apretadas firmemente a la superficie inferior de los rodillos, con lo cual se confina el polímero fundido, y éste no puede salir si no es a través de la boquilla.
Extrusora de tornillo.- Estas máquinas constan de un motor y un variador de velocidad para adecuar el giro del expulsor. El expulsor comprende un tornillo que rota dentro de una camisa calentada exteriormente.
El plástico en forma de gránulos, polvo o tiras, es alimentado constantemente desde una  tolva situada sobre el cuerpo, el material pasa por un embudo al cilindro y a medida que  avanza es calentado, mezclado y comprimido; y, cuando ha conseguido una consistencia moldeable, pasa a través de las boquillas u orificio formador.
La posición del cilindro y del tornillo es independiente en el proceso de extrusión. Por ello se utilizan las extrusoras verticales cuando se tienen espacios reducidos o cuando se requieren acoplar varias máquinas para elaborar productos constituidos por varios componentes.
Cuando se requiere una gran producción se utilizan extrusoras de varios husillos. La disposición y el número de dichos husillos es variada. En la mayoría de los casos los tornillos se encuentran mutuamente engranados, entrando las espiras de uno en el canal  del otro, con lo que se logra el movimiento obligado del material y la autolimpieza de los husillos.
DEFECTOS GENERADOS EN EL PROCESO DE EXTRUSIÓN
Los productos de extrusión pueden sufrir numerosos defectos. Uno de los peores es la fractura de fusión, en la cual los esfuerzos que actúan sobre la fusión inmediatamente antes y durante el flujo, a través del dado, son tan altos que causan rupturas que originan una superficie altamente irregular.
Como se indica en la figura siguiente, la fractura de fusión puede ser causada por una aguda reducción en la entrada del dado que causan un flujo turbulento y rompe la fusión. Esto contrasta con el flujo laminar uniforme en el dado gradualmente convergente.
Fractura de la fusión, causada por flujo turbulento en la fusión a través de

una aguda reducción a la entrada del dado
Un defecto muy común en extrusión es la piel de tiburón, en la cual la superficie del  producto se arruga al salir del dado. Conforme la fusión atraviesa la abertura del dado, la fricción con la pared produce un perfil diferencial de velocidades a través de la sección transversal, lo que se puede observar en la figura siguiente. Esto ocasiona esfuerzos tensiles en la superficie del material que se estira para igualar el movimiento más rápido del núcleo central. Estos esfuerzos causan rupturas menores que arrugan la superficie.
Si el gradiente de velocidad se vuelve más grande, se forman marcas prominentes en la superficie que dan la apariencia de un tallo de bambú, que es el nombre como se conoce a este defecto más severo.
Perfil de velocidades de la fusión al fluir a través de la abertura del dado, el
cual puede conducir el defecto llamado piel de tiburón
 Formación del tallo de bambú
Contracción del material
Las irregularidades en la pared de la máquina extrusora pueden crear tensiones en la pieza moldeada. Las zonas gruesas tardan más en enfriarse que las delgadas y pueden causar rechupados, así como contracción diferencial en los plásticos cristalinos. Por regla general los plásticos cristalinos moldeados por inyección tienen una alta contracción, mientras que los amorfos se contraen menos.
Se debe ejercer una presión para introducir el material por las zonas más estrechas, hecho al que se suma el problema de la contracción del material. Los polietilenos, los poliacetales,  las  poliamidas,  los  polipropilenos  y  algunos polivinilos  se  contraen  de  0.50  a  0.76  mm  tras  el  moldeo.  Los  moldes  para éstos plásticos cristalinos y éstos amorfos  deben  dar  cabida  a la contracción del material.
MÁQUINA EXTRUSORA DE TORNILLO SIMPLE
Características principales
El polímero se alimenta en forma de gránulos, escamas o polvo. El material se calienta a medida que avanza a lo largo del tornillo y se transforma en un fluido muy viscoso hacia la parte media del tornillo.
El movimiento del tornillo genera sobre el fluido la presión necesaria para hacerle salir por la boquilla, en donde toma la forma deseada. Al salir de la boquilla el perfil extruido es enfriado, cortado o enrollado y almacenado.
A los extrusores alimentados con polímeros sólidos se los llama “extrusores plastificadores”, los cuales realizan las tres operaciones siguientes: transporte de sólidos, fusión o plastificación del polímero y, finalmente, el bombeo o dosificación del polímero fundido.
En extrusores de husillo simple, el polímero atraviesa 3 estados físicos: sólido, mezcla  de  material sólido con masa caliente y en el extremo del cabezal se transforma en material fundido.
Para que la zona de bombeo se llene totalmente con la fundición el volumen de la zona de transporte de sólidos debe ser mayor que el de la zona de bombeo. Este  requisito se dicta por la diferencia entre el peso del material a granel (densidad esponjada) y el peso específico (densidad verdadera) de la fundición.
Para variar el volumen del canal se pueden tener 3 formas básicas del tornillo extrusor2:
2   Delmonte,  J.  Moldeo  de  Plásticos,  2da  edición,  Barcelona,  Editorial  José  Montesó,  1987,
449p.
a) Tornillo de diámetro constante, pero con paso variable entre anillos.
b) Tornillo con diámetro variable, estrechándose hacia la salida.
c) Tornillo con espacios uniformes entre anillos y diámetros gradualmente descendentes (tornillo cónico).
La relación entre el volumen del canal en el largo de la primera espira en la zona de carga y el valor al final de la zona dosificadora se llama coeficiente de compresión (i).
TRANSPORTE DE SÓLIDOS
El transporte de sólidos tiene lugar en la primera zona del tornillo extrusor plastificador. Debajo de la tolva de alimentación el tornillo actúa como un elemento transportador en donde las partículas sólidas del polímero por acción de la pared conductora del roscado se trasladan a cierta distancia conservando su forma en el sector dado, las partículas individuales, idealmente siguen trayectorias rectas y paralelas al eje de tornillo.
ZONA DE PLASTIFICACIÓN
Es una zona en la cual coexisten polímero sólido y polímero fundido. La fusión del  polímero es gradual. Los gránulos sólidos alimentados por la tolva se mueven hacia la boquilla atravesando primero la zona de transporte.
En cierto punto de ésta zona, los gránulos sólidos del polímero tocan la superficie  caliente del cilindro, funden y forman una película de polímero fundido sobre la superficie del cilindro (fig. 1); durante ésta etapa del proceso la transferencia de calor es lenta, ya que la masa sólida porosa situada debajo de la película fundida ofrece un pobre paso para el flujo de calor.
Fig. 1 Mecanismo de fusión en el canal del tornillo
Donde:
x: ancho de la capa sólida
w: ancho del canal
h: altura del filete
d: holgura radial
La superficie del cilindro se mueve respecto al tornillo (y respecto a la capa sólida) con lo que se crea un gradiente de velocidad en la película fundida situada entre la capa sólida y la superficie del cilindro. Así el polímero fundido en la película comienza a fluir hacia el filete que avanza y cuando lo encuentre, éste barre el fundido y lo separa del cilindro. (fig. 1 b).
El polímero fundido se acumula en un pozo situado en la parte posterior del canal delante del filete que avanza. A medida que la capa sólida se desliza por el canal se va acumulando más material fundido en dicho pozo, el tamaño de éste aumenta, mientras que el ancho de la capa sólida va disminuyendo (fig.1 c)
Las partículas sin fundir son arrastradas por este flujo, se encuentran rodeadas de material fundido y caliente y funden con mayor rapidez. La transmisión de calor entre cilindro y fundido es buena debido al movimiento del fluido; una vez que se ha alcanzado éste estado, la fusión tiene lugar rápidamente.
La existencia de la capa sólida en forma de larga pieza helicoidal explica también la eliminación del aire atrapado entre las partículas. A medida que la capa sólida funde gradualmente en la interfase hay tiempo suficiente para que el aire atrapado entre las partículas escape hacia el exterior vía la tolva de alimentación del extrusor y el desgasificador.
ZONA DE BOMBEO
Conocida también como “zona de dosificación” es la zona en la cual, al flujo de material fundido se le pueden aplicar las leyes hidrodinámicas para líquidos viscosos.
El estudio se simplifica considerando tres tipos de flujos, estos son: el directo y el  inverso o de retroceso a lo largo del canal helicoidal del husillo, y el correspondiente a las fugas de la masa que tienen lugar a través del ajuste entre las crestas de los filetes del husillo y la superficie interior del cilindro.
El flujo directo o flujo de fricción, es debido al rozamiento del material con el tornillo y con las paredes del cilindro. Este material está sometido a deformaciones por cizallamiento que las paredes del  canal helicoidal transforman en movimiento de avance hacia la boquilla.
El caudal volumétrico del flujo directo viene determinado fundamentalmente por la profundidad y anchura del canal, diámetro del husillo y su velocidad de giro.
El flujo de retroceso, opuesto al anterior, es debido a la presión originada en la cabeza de la máquina extrusora, esta presión es generada por la presencia de una restricción, tal como la boquilla y los platos rompedores. Este flujo depende de la profundidad del canal helicoidal, del diámetro del tornillo, de la longitud  del  tornillo  de extrusión, de la presión ejercida por la masa fundida sobre la cabeza extrusionadora y de la viscosidad del polímero.
El flujo de pérdidas, también opuesto al flujo de fricción, es creado por el gradiente de presión a lo largo del tornillo. El flujo total está dado la suma algebraica de los tres flujos anteriores:
QTOTAL   = QFRICCIÓN   QRETROCESO  QPÉRDIDAS
Si solamente existiera el flujo de fricción debido a que el material fundido en los canales del tornillo se adhiere a las paredes internas del cilindro y al propio tornillo en rotación, el perfil de velocidades sería aproximadamente lineal:
Flujo de fricción
El flujo de retroceso se origina por el gradiente de presión a lo largo del cilindro, este tiende a hacer fluir el material hacia atrás a lo largo del canal del tornillo.
El perfil de velocidades debido a este gradiente de presión se muestra en la figura siguiente, donde se observa que se opone al flujo de fricción.
Flujo de retroceso
El flujo de pérdidas lo despreciamos por ser mucho menor a los anteriores. Sumando algebraicamente los dos perfiles anteriores, obtenemos el flujo total del material a lo largo del tornillo:
Flujo total
Componentes
En las figuras 2 y 3 se muestran prensas extrusoras de tornillo simple típicas. A pesar de que con la instrumentación informatizada se ha perfeccionado el control del proceso, el diseño básico de las extrusoras de un solo tornillo no ha cambiado durante décadas. La medida de referencia de una máquina extrusora es el diámetro del tornillo, que en las máquinas pequeñas es de 19 mm y en las grandes de 300 mm. Las máquinas corrientes tienen un tamaño de 64 a 76 mm.
Además de por el diámetro del tornillo, las máquinas extrusoras se valoran en el mercado por la cantidad de material que pueden plastificar por minuto o por hora.
La capacidad de extrusión en el caso del polietileno de baja densidad puede oscilar entre menos de 2 kg y más de 5000 kg por hora.
Los tornillos se caracterizan por su relación L/D, de manera que una proporción 20:1 significa un diámetro de 50 mm y 1000 mm de longitud. Los tornillos cortos

 

que tienen, por ejemplo, una relación L/D de 16:1, suelen ser apropiados para extruir perfiles; en cambio, los largos, de hasta 40:1, mezclan mejor los materiales. En la figura siguiente se muestran algunos diseños de tornillos.
 Fig. 4 Tornillos de extrusora típicos
La profundidad de canal del tornillo es muy pronunciada en la zona de alimentación para permitir su paso entre las granzas o pelets y otras formas de material y disminuye según se acerca a la zona de transición. De esta forma la reducción continúa, gracias a lo cual se favorece la expulsión del aire y la compactación del material (Fig. 4 a). En la zona de dosificación, el dibujo en espiral superficial permite que se complete el fundido de los plásticos. En el extremo del tambor, una  placa rompedora actúa como sello mecánico entre el tambor y la boquilla. Al mismo tiempo, la placa rompedora mantiene el paquete de filtros en la posición correcta.  Varios tamices juntos se denominan paquete de filtro y sirven para eliminar trozos de material extraño. Cuando se obturan los filtros, aumenta la contrapresión.
La mayoría de las extrusoras están equipadas con un intercambiador de filtros.
El más típico consiste en una placa que se desplaza de un lado a otro. Al colocar un paquete de filtros en posición quedan expuestos los tamices contaminados.
Entonces, se retiran los tamices sucios y se instalan otros nuevos, de manera que el intercambiador queda preparado. Algunas máquinas están equipadas con una cinta continua de filtro (a veces giratoria) que se puede controlar automáticamente para mantener una presión de cabezal constante con independencia de los distintos niveles de contaminación del polímero y otras condiciones de la velocidad de flujo. Hoy por hoy, existen sistemas de filtros auto-limpiantes, que permiten un proceso continuo sin cambio de filtros o una mayor duración de los mismos.
Después de pasar por la placa rompedora y los filtros, el plástico fundido entra en la boquilla que es realmente la que conforma el plástico derretido a medida que va saliendo de la extrusora. La boquilla más simple es la que consiste en un solo ramal, por donde se extruye un hilo algo más grande que el diámetro de la boquilla.  Las que constan de varios ramales crean varios hilos simultáneamente.
Pueden estar hechas de acero suave, aunque para series largas conviene que sean de acero de cromo-molibdeno. Con los materiales corrosivos se utilizan aleaciones inoxidables.
Se emplean radiadores eléctricos alrededor del cilindro para favorecer el fundido del plástico. Una vez que la extrusora haya combinado, mezclado y forzado el material por la boquilla, el calor de rozamiento producido por la acción del tornillo será suficiente para plastificar parcialmente el material. Se utilizan calefactores externos para mantener fija la temperatura una vez iniciado el proceso.
De acuerdo a las zonas por las que atraviesa el material, se tienen los siguientes componentes:
 Componentes principales de una extrusora
Zonas por las que atraviesa el material
Tolva (hopper). Puede disponer de sistema de calefacción y/o secado para materiales higroscópicos.
1. Zona de alimentación (feed zone): husillo cilíndrico. Se produce el transporte del material y se precalienta por el rozamiento entre granos.
2. Zona de compresión o plastificación (compression zone): husillo troncocónico. La altura de los filetes del husillo se reduce progresivamente para compactar el material y expulsar el aire atrapado hacia la zona de alimentación.
3. Zona de dosificación o bombeo (metering zone): husillo cilíndrico.
Plato rompedor (breaker plate): placas perforadas + tamices metálicos.

Boquilla o hilera (die): contiene torpedo para perfiles huecos.

fuente:(c) http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2011/05/extrusion-de-materiales-plasticos-ii.html




Tecnologías de transformación de materiales poliméricos y sus compuestos

15 10 2012

En la clase de hoy se han manejado los conceptos de extrusión siguientes:




Tecnologies de Fabricació Amb Materials Polimèrics i Els Seus Compostos

1 10 2012

EN la sesión de hoy hemos trabajado con reología. Se ha realizado la práctica sobre obtención de datos de presión en el reómetro. EL trabajo a realizar es el cálculo de la viscosidad.

Os subo unas fotos de las prácticas:

Prácticas con estudiantes erasmus.




Tecnologías de Fabricación con Materiales Poliméricos y sus Compuestos

24 09 2012

En la sesión de hoy hemos abordado el primer tema en el que se ha expuesto los conceptos básicos para la selección de procesos de conformado de materiales poliméricos y la selección de los materiales adecuados para su transformación y diseño.




TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN CON MATERIALES POLIMÉRICOS Y SUS COMPUESTOS

17 09 2012

Hoy ha sido la presentación de la clase.




Procesado de polímeros

2 05 2012

Types of Blow Moulding

There are two types of blow moulding – Extrusion & Injection blow moulding. In Extrusion Blow Moulding, plastic resin is heated up to melt and extruded into a tubular shape called Parison. This Parison is then trapped inside two halves of the required mould and blown by air to the shape of mould. In Injection Blow moulding, first the material is injected to form a preform and then it is blown to the shape. Extrusion Blow moulding is used to produce all types of drums, cans, bottles etc. and injection blow moulding is used to produce bottles.

Continuous Type Blow Moulding:
In continuous blow moulding the Parison – tubular molten raw material – is extruded continuously and the mould moves sidewards after receiving the parison. The blowing will be done in the blowing station and the blown containers ejected. The mould will again move towards the parison and next cycle starts.
Intermittent Type Blow Moulding:
In intermittent blow moulding the molten material is stored in a chamber called accumulator and Parison is ejected intermittently during the start of each cycle. Hence these machines are known as accumulator type blow moulding machines. In Accumulator machines Parison is ejected intermittently at the starting of each cycle. During the blowing time the molten material processed by extruder is stored in the accumulator chamber on the die head.
Injection Blow Moulding:
In normal injection Blow moulding process, the Preform made by injection moulding is directly blown to the required shape of mould. The injection process allows generating better neck formation to the container.
Injection Stretch Blow Moulding:
In normal injection stretch Blow moulding process, the Preform made by injection moulding is first stretched along the axis to orient the structure and then blown to the required shape of mould. This allows creating transparent containers with very low wall thickness and better strength.
Single Stage Injection Blow Moulding:
In single stage moulding, the preform is made and immediately blown to shape in the same machine. The normal injection blow moulding is done by this process. The stretch blow moulding also done in single stage process.
Two Stage Injection Blow Moulding:
In two stage process, first the preform made like any injection mould process. The ready preform then re-heated, stretched and blown to the required shape. Here the preform making and blow moulding are done in two different machines. This process is used normally for stretch blow moulding.

 

 

Fuente: http://blowmoulding.blogspot.com.es/2009/03/types-of-blow-moulding.html.

Autor :India. More Than 20 Years Experience In Plastic Processing Machinery manufacturing,

 




Procesado de polímeros

1 03 2012

La coinyección es un proceso de inyección que permite la encapsulación de un material dentro de una capa externa de otro de forma que las distintas propiedades de los materiales utilizados en el núcleo y en el exterior permiten conjugar unas especificas propiedades internas un excelente acabado superficial.

La co-inyección se basa en la inyección secuencial de dos diferentes materiales a través del mismo punto o puntos de inyección y, habitualmente, cierto volumen de inyección simultanea.

El proceso de co-inyección se inicia con una inyección del material superficial, continúa con una inyección combinada de ambos y finaliza con la inyección de un solo material interno hasta llenar la cavidad (algunas veces una última inyección de material superficial para cubrir totalmente el punto de inyección).

Como ventajas fundamentales del proceso de co-inyección caben destacar las siguientes:

• Utilización de un volumen elevado de material reciclado o fuera normas.

• Utilización de materiales estructurales en el interior y cosméticos en el exterior.

• Combinación de distintos materiales que mejoren las características de la pieza para obtener una superficie blanda en el exterior, con un interior rígido, o un material rígido en el exterior con un interior resistente al impacto.

• Posibilidad de espumar el interior obteniendo ventajas tales como la reducción del peso de la pieza, eliminación de deformaciones y rechupes, menores tensiones en la pieza, menor tamaño de máquina necesario y muy buen acabado superficial.

• Oportunidad de reducir el uso de materiales técnicos de coste elevado utilizando materiales de bajo coste para el núcleo.

Si bien son claras las ventajas de la co-inyección es también muy importante tener en cuenta que presenta inconvenientes como los siguientes: elevada inversión en maquinaria especializada; máquinas de elevada complejidad; proceso de trabajo muy complejo sólo asumible por expertos; coste de mantenimiento muy elevado.




Procesado de polímeros

1 03 2012

Esquema general  clasificación de procesos de inyección con polimeros.