Este es, generalmente causado por el contacto de metal a metal, y su primer indicador será la mala calidad del fundido.
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| El desgaste del tornillo da lugar a una mayor separación entre las aletas y el revestimiento del barril, dando como resultado una capa más gruesa de masa fundida contra la pared del cilindro |
Con la alineación apropiada de tornillo/cilindro y un tornillo lleno, el desgaste típicamente ocurre principalmente en la sección de fusión o compresión del tornillo. En la sección de compresión, el polímero es forzado a través de un área cada vez más pequeña; A medida que se mueve a través de esa sección la masa fundida se comprime a menudo 2-5: 1. Si toda la masa fundida se exprime, el canal se llenará momentáneamente con sólidos. Puesto que un tornillo de raíz cónica es realmente una cuña espiral compuesta de gran alcance, puede desarrollar una enorme presión cuando está lleno de sólidos incompresibles. Ese es el caso independientemente de que si es un tornillo convencional o de tipo barrera.
Cuando el canal se llena completamente con sólidos y se produce un taponamiento, hay una alta presión radial o desbalanceada en el tornillo. Esto empuja o dobla el tornillo, a veces con tremenda fuerza, contra el lado opuesto de la pared del cilindro, forzando hacia afuera la película lubricante de polímero. Como resultado, las superficies están frotando metal a metal mientras están bajo carga alta con poca o ninguna película de polímero lubricante entre las aletas de los tornillos y el revestimiento del cilindro. La fuerza de carga y las características de los materiales seleccionados para el revestimiento duro de tornillo y el revestimiento de barril determinan entonces la tasa de desgaste. El tipo de polímero también tiene un efecto; los polímeros cristalinos desarrollan fuerzas de taponamiento mucho más altas que los polímeros amorfos y por lo tanto generalmente mayores problemas de desgaste.
¿Cómo sabes que esto está sucediendo? Tu producción puede no ser afectada perceptiblemente hasta que la separación de tornillo/cilindro llegue a ser bastante grande. Lo más probable, lo primero que notará es una pérdida de la velocidad de fundido, como lo demuestra una disminución gradual en la calidad del fundido. Utilizando el modelo de fusión clásico que se adapta a la mayoría de los polímeros, la película fundida se forma principalmente a partir del corte de los sólidos contra la pared del cilindro, cambiando así la energía mecánica (rotación del tornillo) en energía térmica (fusión).
A medida que aumenta la holgura, la aleta del tornillo no raspa la pared del cilindro tan de cerca durante la rotación. Esto deja una capa más gruesa de masa fundida contra la pared del cilindro. Esa capa se calienta pero no transfiere eficientemente el calor al lecho sólido subyacente del polímero sin fundir, debido a la pobre conductividad térmica del polímero. La velocidad de calor desarrollada en la película entonces - es decir, la velocidad de fusión - está grandemente disminuida por el mayor espesor de la película fundida. Una medida simplificada de la tasa de fusión publicada en el libro de 1970, Principios de Ingeniería de Extrusión de Plastificación, de Zehev Tadmor e Imrich Klein, ilustra el efecto:
Tasa de calor dentro de la película = Km/α(TB-Tm) +[μ (Vj)2/2α]
La primera parte de la ecuación es el calor conducido desde el cilindro a la película. Pero una vez que la temperatura de la película se aproxima a la temperatura del cilindro, ya no contribuye a la fusión, dejando sólo el término de disipación viscosa:
[μ (Vj)2/2α]
En ese terminología, μ es la viscosidad, la cual está disminuyendo a medida que la película se calienta, y α es el espesor de la película fundida, el cual está aumentando. (Vj)2 es el cuadrado de la velocidad del lecho sólido en la dirección del canal descendente y del cilindro. La velocidad del lecho sólido se divide por 2 \ alpha, o la mitad del espesor de la película fundida. Así, incluso si la velocidad del lecho sólido sigue siendo la misma, la disipación viscosa o fusión disminuye por la menor viscosidad y el aumento del espesor de la película fundida.
Este desgaste en la sección de fusión del tornillo a menudo no es tan fácilmente detectado porque puede ser corregido por aumentos muy pequeños en la velocidad del tornillo con el tiempo. eventualmente, el efecto más revelador es el deterioro de la calidad de la masa fundida hasta un grado en el que causa problemas de calidad en el producto extruido. Desde que el desgaste suele ocurrir durante un período prolongado de tiempo, los problemas de calidad de la fusión se atribuyen a menudo a muchas otras causas, perdiendo un valioso tiempo en hacer las correcciones adecuadas. Más aun, si un diseño de tornillo tenía originalmente un exceso de capacidad de fusión debido a su longitud, profundidad y otras características de diseño, o si este contiene una sección de mezcla dispersiva de alto cizallamiento, el desgaste puede no ser detectado en el desempeño durante mucho tiempo después de que el tornillo pudiera ser considerado desgastado según la mayoría de los estándares.
Entonces, ¿cómo solucionar el desgaste en la sección de compresión o fusión sin sacar el tornillo periódicamente? La respuesta se remonta a una columna anterior que sugiere que se compare cada tornillo con cada polímero como una herramienta de administración de la planta (véase la columna de octubre 2011). A medida que el tornillo se desgasta y el espesor de la película fundida aumenta, la película en esa zona tiende a calentarse mas. Esto se reflejará en una anulación de la temperatura del cilindro en el área de fusión, o en un aumento significativo en la cantidad de enfriamiento en esa área. Quizás lo más importante será el deterioro en la calidad del fundido en comparación con los valores de referencia. Lo que es más, normalmente habrá una pequeña disminución en la producción en relación con las condiciones originales.
Sobre el Autor
Jim Frankland es un ingeniero mecánico que ha estado involucrado en todo tipo de procesos de extrusión por más de 40 años. Ahora es presidente de Frankland Plastics Consulting, LLC. Comuníquese con jim.frankland@comcast.net o al (724) 651-9196.
Jim Frankland , President from Frankland Plastics Consulting, LLC
Plastics Technology
Octubre 2016
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