La mayoría de las extrusoras tienen algunas diferencias en el torque de motor, velocidad del tornillo y L/D, llevando a capacidades de produccion diferentes. En 1997, HPM introdujo un extrusor de 2,5" de diámetro combinando un motor de alto torque (500 Hp) con un L/D de 50:1 y una velocidad de tornillo de 1000 rpm para producir 2.000 lb/hora. Si el tornillo está diseñado para fundir más material que el torque del extrusor puede procesar, la potencia del motor limitará la produccion del proceso, nunca permitiendo que el tornillo del extrusor funcione con la máxima eficiencia.
Con secciones de alimentación de cilindro liso, la densidad a granel del material de alimentación es importante para determinar la profundidad del canal de la sección de alimentación. Las densidades a granel de al menos el 50% de la densidad de fundido real se transportan fácilmente con profundidades de canal de alimentación de 0,1-0,2 veces el diámetro del tornillo y relaciones de compresión de 2:1-3:1. La densidad a granel del material de alimentación inferior al 50% de la masa fundida requiere canales de alimentación más profundos y relaciones de compresión del orden de 3:1-5:1. Las densidades a granel inferiores al 30% de la densidad del fundido no pueden extruir bien sin un alimentador de tornillo acoplado con un diseño de tornillo especial.
El diseño de la sección de dosificación depende de las propiedades reológicas poliméricas y de la presión requerida en el cabezal. La profundidad óptima de la sección de dosificación depende de la coincidencia de las restricciones del cabezal con la profundidad del canal de dosificación. [2I Pl [4] La figura 5.3 muestra la presión de cabeza versus la produccion con diferentes restricciones de cabezal utilizando una profundidad del canal de dosificación grande o chica.
Un cabezal de restricción baja, curva A, tiene una producción más alta con un canal de dosificación profundo, intersección de las curvas A y D, en comparación con una profundidad de canal poco profunda, intersección de las curvas A y B. Un cabezal de restricción alta, curva C, tiene una mayor producción con una profundidad de canal poco profunda en la sección de dosificación del tornillo en comparación con un canal profundo. Si se utiliza una bomba de engranajes, se requiere que el tornillo del extrusor genere una presión más baja, con la bomba de engranajes generando el flujo del polímero y la presión requerida del cabezal. Generalmente, cuando se utiliza una bomba de engranajes, un canal más profundo en la sección de dosificación de tornillo genera un producción más alta.
La reología del polímero es una propiedad importante en la determinación del diseño apropiado del tornillo. La viscosidad de fusión es directamente proporcional a la velocidad de corte o cizallamiento. Sin embargo, todas las viscosidades de polímero fundido no responden a la velocidad de cizallamiento de la misma manera. La ley de potencia es la representación más simple del flujo fundido pseudoplástico durante varias décadas de corte. La mayoría de los plásticos exhiben un índice de ley de potencia, n, de 0,25-0,90. (Ver Tabla 4.2)
Los polímeros de baja viscosidad requieren una profundidad de canal poco profunda en la sección de dosificación para bombear suficiente material al cabezal para generar alta presión. En relación con el índice de ley de potencia, se muestra en la Fig. 5.4, el ángulo de hélice óptimo para las aletas de tornillo en la sección de dosificación .
Mientras que muchos tornillos simplemente usan un paso cuadrado con un ángulo de hélice de 17,66º, existe un ángulo óptimo de hélice en la sección de dosificación para cada polímero basado en su índice de ley de potencia.
Las variaciones de presión en el extremo de la extrusora dependen de la frecuencia del tornillo o del golpe del tornillo. Cada vez que una aleta pasa la garganta de alimentación, el flujo de polímero es interrumpido por la aleta, evitando que el polímero fluya libremente dentro del canal.
Las velocidades de tornillo más altas generan un golpe de tornillo más rápido. A 120 rpm hay dos golpes por segundo, mientras que a 60 rpm sólo ocurre un golpe de tornillo por segundo. También existen variaciones de presión entre las aletas de empuje y de arrastre en el tornillo. Estas variaciones de presión son evidentes en una curva de presión en función del tiempo medida en el extremo del extrusor antes de la placa de rotura. (Véase la Fig. 3.44)
Las variaciones de temperatura de fusión ocurren en el extrusor donde se produce generación termica altamente viscosa. Puesto que los plásticos son grandes aislantes y la masa del tirnillo y cilindro del extrusor es tan grande, es difícil eliminar el exceso de calor viscoso del polímero dentro del extrusor. Los puntos calientes en el extrusor, adaptador o cabezal pueden contribuir a una temperatura de fusión no uniforme, dando lugar a diferencias en la viscosidad y el flujo del polímero.
Cuando se compra un tornillo nuevo con un diseño diferente para una extrusora o aplicación actual, identifique los objetivos que se deben cumplir con el nuevo tornillo que no se puede hacer con el tornillo actual. No cambie el diseño del tornillo sólo para cambiar los diseños de tornillo o porque un proveedor se te ha acercado con la tecnología más nueva y más grande que resolverá todos tus problemas de extrusión.
Después de esbozar los objetivos que se deben alcanzar con los tornillos nuevos y actuales, vaya al laboratorio del proveedor y ejecute pruebas. Determine el desempeño del nuevo tornillo con el sistema de resina y producto que se está utilizando actualmente para verificar que se mejora el desempeño ofrecido del extrusor. Un taller puede ser un lugar adecuado para duplicar o reparar un tornillo; No es necesariamente el mejor lugar para obtener un diseño de tornillo radicalmente nuevo.
Cuando se ordena un nuevo tornillo, se especifican las siguientes variables: diámetro de la extrusora, fabricante del extrusor (necesario para entender las especificaciones del extrusor L / D, espiga y chavetero), L / D, relación de compresión, profundidad de aleta en alimentacion, compresion y alimentación, , mono tornillo o multietapa, las secciones de mezcla, aletas de barrera, el ángulo de hélice, el tratamiento superficial de aleta y el recubrimiento superficial de tornillo. En la Tabla 5.1J4 se ofrece una guía de referencia rápida para el diseño del tornillo y algunos factores de desempeño.
Resumen
El diseño del tornillo y la selección del tornillo dependen de los siguientes criterios:
Fuente: Extrusion - The Definitive Processing Guide and Handbook - Giles, Wagner, Mount - 2005; Screw Design
La reología del polímero es una propiedad importante en la determinación del diseño apropiado del tornillo. La viscosidad de fusión es directamente proporcional a la velocidad de corte o cizallamiento. Sin embargo, todas las viscosidades de polímero fundido no responden a la velocidad de cizallamiento de la misma manera. La ley de potencia es la representación más simple del flujo fundido pseudoplástico durante varias décadas de corte. La mayoría de los plásticos exhiben un índice de ley de potencia, n, de 0,25-0,90. (Ver Tabla 4.2)
Los polímeros de baja viscosidad requieren una profundidad de canal poco profunda en la sección de dosificación para bombear suficiente material al cabezal para generar alta presión. En relación con el índice de ley de potencia, se muestra en la Fig. 5.4, el ángulo de hélice óptimo para las aletas de tornillo en la sección de dosificación .
Mientras que muchos tornillos simplemente usan un paso cuadrado con un ángulo de hélice de 17,66º, existe un ángulo óptimo de hélice en la sección de dosificación para cada polímero basado en su índice de ley de potencia.
Las variaciones de presión en el extremo de la extrusora dependen de la frecuencia del tornillo o del golpe del tornillo. Cada vez que una aleta pasa la garganta de alimentación, el flujo de polímero es interrumpido por la aleta, evitando que el polímero fluya libremente dentro del canal.
Las velocidades de tornillo más altas generan un golpe de tornillo más rápido. A 120 rpm hay dos golpes por segundo, mientras que a 60 rpm sólo ocurre un golpe de tornillo por segundo. También existen variaciones de presión entre las aletas de empuje y de arrastre en el tornillo. Estas variaciones de presión son evidentes en una curva de presión en función del tiempo medida en el extremo del extrusor antes de la placa de rotura. (Véase la Fig. 3.44)
Las variaciones de temperatura de fusión ocurren en el extrusor donde se produce generación termica altamente viscosa. Puesto que los plásticos son grandes aislantes y la masa del tirnillo y cilindro del extrusor es tan grande, es difícil eliminar el exceso de calor viscoso del polímero dentro del extrusor. Los puntos calientes en el extrusor, adaptador o cabezal pueden contribuir a una temperatura de fusión no uniforme, dando lugar a diferencias en la viscosidad y el flujo del polímero.
Cuando se compra un tornillo nuevo con un diseño diferente para una extrusora o aplicación actual, identifique los objetivos que se deben cumplir con el nuevo tornillo que no se puede hacer con el tornillo actual. No cambie el diseño del tornillo sólo para cambiar los diseños de tornillo o porque un proveedor se te ha acercado con la tecnología más nueva y más grande que resolverá todos tus problemas de extrusión.
Después de esbozar los objetivos que se deben alcanzar con los tornillos nuevos y actuales, vaya al laboratorio del proveedor y ejecute pruebas. Determine el desempeño del nuevo tornillo con el sistema de resina y producto que se está utilizando actualmente para verificar que se mejora el desempeño ofrecido del extrusor. Un taller puede ser un lugar adecuado para duplicar o reparar un tornillo; No es necesariamente el mejor lugar para obtener un diseño de tornillo radicalmente nuevo.
Cuando se ordena un nuevo tornillo, se especifican las siguientes variables: diámetro de la extrusora, fabricante del extrusor (necesario para entender las especificaciones del extrusor L / D, espiga y chavetero), L / D, relación de compresión, profundidad de aleta en alimentacion, compresion y alimentación, , mono tornillo o multietapa, las secciones de mezcla, aletas de barrera, el ángulo de hélice, el tratamiento superficial de aleta y el recubrimiento superficial de tornillo. En la Tabla 5.1J4 se ofrece una guía de referencia rápida para el diseño del tornillo y algunos factores de desempeño.
Resumen
El diseño del tornillo y la selección del tornillo dependen de los siguientes criterios:
- Polímero a procesar
- Tasa de producción
- Estabilidad de salida (estabilidad de presión de fundido y temperatura) requerida para la aplicación
- Desarrollo de presión en el cabezal
- Limitaciones de la temperatura de fusión del polímero
- Eficiencia de mezcla y tipo requerido para la formulación de la resina en proceso
- Consumo de energía
- Tiempo necesario para cambiar el tornillo
- Tamaño del extrusor (indica el tiempo para cambiar el tornillo)
- Limpieza requerida entre los cambios de tornillo
- Tamaño de la corrida de producción versus la mejor eficiencia con un tornillo diferente
Fuente: Extrusion - The Definitive Processing Guide and Handbook - Giles, Wagner, Mount - 2005; Screw Design
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