[Curso obligatorio para la producción por extrusión de materiales corrosivos] Screw & Barrel

Las resinas corrosivas, abrasivas y de alta temperatura pueden degradar sin darse cuenta los tornillos y cilindros. Ciertos materiales de ingeniería, elastómeros termoplásticos y biopolímeros recientemente desarrollados a menudo crean condiciones corrosivas que degradan rápidamente los equipos. Los materiales de refuerzo como fibras de vidrio, bolas y otros rellenos y aditivos son abrasivos y también pueden causar daños a los equipos, especialmente a los tornillos y cilindros de alimentación.

Los procesadores deben monitorear de cerca los efectos de sus resinas en los equipos para evitar ineficiencias en la producción y posibles problemas de calidad de las piezas. Se necesita un programa de mantenimiento preventivo (PM) que incluya controles frecuentes de corrosión y desgaste abrasivo para mantener los estándares de procesamiento. Los tornillos y cilindros deben inspeccionarse, medirse y extraerse para reconstruirlos o reemplazarlos cuando sea necesario, ya que incluso el desgaste más mínimo puede afectar la producción y amenazar la calidad del producto.

Ataque ácido en la superficie

La mejor manera de proteger su equipo de resinas abrasivas y corrosivas es seleccionar tornillos y cilindros fabricados con los materiales adecuados para evitar el desgaste debido al tipo de plástico que se procesa. Los cilindros y tornillos resistentes al desgaste fabricados para evitar el desgaste, la corrosión y el procesamiento de fusión a alta temperatura cuestan de tres a cuatro veces más que las especificaciones estándar porque las aleaciones resistentes a la corrosión son caras y difíciles de mecanizar. Pero ofrecen una mejor vida útil e intervalos de servicio más prolongados.

El desgaste corrosivo, como las picaduras, se produce en las superficies del cilindro y del tornillo cuando los metales son atacados por ácidos y gases ácidos durante el procesamiento, que disuelven las capas de óxido. Los polímeros altamente corrosivos incluyen el PVC, que produce ácido clorhídrico; acetales, que producen ácido fórmico; y fluoropolímeros, que producen ácido fluorhídrico. Los fluoropolímeros pueden dañar gravemente los barriles estándar bimetálicos, nitrurados o de acero para herramientas en muy poco tiempo. Otras masas fundidas corrosivas son las que contienen retardantes de llama y agentes espumantes.

Los fabricantes de resinas suelen estar encantados de ofrecer recomendaciones sobre equipos para procesar sus productos. DuPont especifica que al procesar su fluoropolímero PTFE, todas las piezas del equipo de extrusión que entren en contacto con la masa fundida deben estar hechas de materiales especiales resistentes a la corrosión. Los materiales elegidos son aleaciones a base de níquel que no se ven afectadas por los ácidos, como Hastelloy, Inconel, Monel y Haynes.

DuPont también señala que se puede utilizar una placa de níquel químico endurecida, pero incluso pequeños agujeros, muescas o grietas en el revestimiento pueden degradar el rendimiento. No se recomiendan barriles y tornillos cromados para procesar fluoropolímeros.

NatureWorks, el fabricante de bioplásticos Ingeo, recomienda utilizar acero inoxidable en todos los equipos de procesamiento para minimizar la corrosión y señala que no se debe dejar PLA en la extrusora, el filtro de polímero, la línea de transferencia u otras partes del sistema de extrusión a temperaturas de fusión durante períodos prolongados. de tiempo.

Los materiales resistentes a la corrosión tienen un coeficiente de expansión térmica (CTE) más bajo que el acero estándar, lo que puede causar problemas al procesar resinas de alta temperatura como los fluoropolímeros. Cuando el CTE del cañón es diferente del CTE del tornillo, la holgura entre el tornillo y el cañón cambia, lo que puede provocar que el tornillo se atasque y dañe el cañón. Debido a que los materiales resistentes a la corrosión tienen una conductividad térmica más baja, es importante hacer coincidir el tornillo y el cilindro. Los fabricantes de tornillos y cilindros pueden aportar experiencia en el emparejamiento de estos componentes.

El desgaste abrasivo se produce cuando los refuerzos de arena y otras partículas duras se lavan contra las superficies del cilindro y del tornillo y se puede contrarrestar mediante el uso de aleaciones y recubrimientos endurecidos resistentes al desgaste. Las aleaciones de tungsteno para camisas de cañón y endurecimiento de tornillos proporcionan una excelente protección contra el desgaste.

El contenido de carbono afecta la dureza de la aleación. Para los tornillos, generalmente se utiliza un acero tratado térmicamente con medio carbono como base sobre la cual se suelda la cara dura a la parte superior de las roscas.

Por lo general, la superficie de los tornillos se trata con una soldadura resistente a base de cobalto o níquel o se fabrican con aceros para herramientas que pueden endurecerse o endurecerse completamente. Colmonoy 56 es una aleación de níquel, cromo y boro que se usa comúnmente para proteger tornillos de resinas levemente corrosivas y levemente abrasivas. Los recubrimientos de soldadura Colmonoy 83 ofrecen más protección a un precio más alto.

Los revestimientos de barril bimetálicos fabricados con aleaciones resistentes al desgaste ofrecen protección contra una amplia gama de condiciones de desgaste y una variedad de opciones de costo/rendimiento. Los mejores en términos de resistencia a la corrosión son los barriles HIP (prensado isostático en caliente) para moldeo por inyección y extrusión. Ni siquiera los fluoropolímeros representan una amenaza para estos barriles, que tienen una capa protectora de una aleación rica en níquel-boro que contiene molibdeno y una matriz de boruros y carburos.

Cuando se utilizan con un tornillo resistente a la corrosión, se dice que los cilindros HIP reducen significativamente la absorción de partículas de hierro del orificio del cilindro hacia el polímero fundido. Por supuesto, este grado de protección tiene un precio más alto. Se pueden utilizar tanto cilindros de níquel-cromo como de tungsteno, siempre que el extremo de descarga del cilindro esté fundido en Inconel y las superficies del orificio y la brida del transductor también estén hechas de Inconel. Estos barriles se pueden comprar a un precio mucho más bajo que los barriles HIP.

Mantenimiento Preventivo

Las consecuencias del desgaste excesivo pueden ser importantes para los resultados de un procesador. Un espacio excesivo entre las paletas del tornillo y la superficie del cilindro puede afectar el rendimiento, la eficiencia y el consumo de energía de la máquina. En la extrusión, las condiciones abrasivas pueden reducir el rendimiento, lo que requiere mayores velocidades de tornillo y consumo de energía. Esto suele ir acompañado de temperaturas de fusión más altas y los consiguientes problemas de calidad.

El monitoreo cuidadoso de las holguras críticas del tornillo/barril a través de un buen programa de PM garantizará el máximo rendimiento del procesamiento sin tiempos de inactividad no planificados. Los programas de PM son igualmente importantes cuando la calidad de las piezas es crítica, como cuando se producen tubos médicos y componentes para dispositivos médicos.

El tornillo debe extraerse mientras está caliente y limpiarse minuciosamente para comprobar periódicamente el diámetro exterior de la rosca y el diámetro interior del cilindro. El material plástico de la superficie del tornillo y del cilindro se puede eliminar con un cepillo de alambre y una malla de alambre de cobre. Los instrumentos de medición del desgaste de precisión son precisos y fáciles de usar y están disponibles en una variedad de tamaños y funciones.

Una vez que se ha eliminado todo el plástico del cañón, se inserta un medidor de diámetro electrónico en el cañón y se toman lecturas en cada marca de pulgada para generar datos sobre la condición del ID. El diámetro y la profundidad de la rosca del tornillo se miden utilizando un micrómetro de rosca. Las versiones digitales proporcionan lecturas LCD y permiten registrar datos en una computadora.

Tomar estas mediciones periódicamente para determinar la tasa de desgaste permitirá al operador predecir cuándo será necesario reemplazar o reparar el tornillo o el cilindro y programar el tiempo de inactividad en un momento favorable. El espacio libre recomendado para un nuevo 2 pulgadas. tornillo y cilindro es de 0,004 a 0,006 pulg.

La regla general es una milésima de pulgada por lado. Los tornillos se deben volver a montar cuando excedan el espacio libre máximo. Los servicios de reparación pueden dar nueva vida a las piezas desgastadas a un costo menor que el reemplazo completo. Los barriles utilizados para moldeo por inyección se pueden revestir en las secciones desgastadas. Generalmente hay que revestir los cilindros de la extrusora en toda su longitud, lo que resulta más caro y no siempre rentable.

Una vez que el tornillo se desgasta más allá de cierto punto, la masa fundida comenzará a regresar a las aletas, provocando un desgaste aún más acelerado del tornillo y el cilindro. El desgaste severo puede desperdiciar mucha resina y provocar una disminución de la productividad. Sin embargo, el desgaste se puede detectar antes de que llegue a este punto mediante inspecciones periódicas de PM. Mantener la holgura entre tornillo y cilindro dentro de los valores recomendados es la mejor estrategia.

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