Extrusion

La extrusión de polímeros es un proceso industrial mecánico, en donde se realiza una acción de prensado, moldeado del plástico, que por flujo continuo con presión y empuje, se lo hace pasar por un molde encargado de darle la forma deseada. El polímero fundido (o en estado ahulado) es forzado a pasar a través de un dado también llamado boquilla, por medio del empuje generado por la accióngiratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes) que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con una separación milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina y debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado con un perfil geométricopreestablecido.



Propiedades básicas de flujo de polímeros

Flujo a través de un canal simple y de canal rectangular
Canal simple: Para modelar el flujo de polímero que fluye a través de un canal es necesario comenzar con ciertas consideraciones que podrían resumirse en 6:

• En las paredes del canal el flujo es igual a cero
• El fluido fluye constante independientemente del tiempo
• En todolo largo del canal, el perfil de flujo permanece constante
• El fluido es incompresible
• El flujo es isotérmico
• La fuerza de gravedad es despreciable
Primero tratamos el flujo, que a través de un canal de sección transversal circular fluye con un flujo parabólico:

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Después de un balance de momentum se obtiene que:

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después de una análisis matemático se obtiene que elesfuerzo cortante σrz :

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y finalmente, tomando en cuenta la ley de Newton de la viscosidad, el flujo volumétrico y la velocidad promedio, se obtienen las siguientes ecuaciones: para esfuerzo cortante σ y velocidad de corte [pic] :

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Canal rectangular: Para fluidos newtonianos a través de un canal rectangular tenemos: [pic] ,

Substituyendo la leyde la potencia, integrando y substituyendo el flujo volumétrico Q se otiene:

[pic] o también: [pic]

Reometría y reología
La Reología en proceso de extrusión aporta datos muy importantes para la comprensión y el diseño de esta tecnología. El estudio de un flujo de polímero por medio de Reología comienza con la reometría capilar, estudiando el flujo de polímero a través deun dado capilar utilizando las mismas consideraciones que se utilizaron para el flujo a través de un canal simple.

En este modelo de reometría se considera que el esfuerzo cortante tiene relación directa con la caída de presión ΔP que se presenta a lo largo del tubo capilar cuya longitud L y radio R se relacionan con el flujo volumétrico Q y el esfuerzo cortante σ a la salida del dado delreometro capilar por medio de las siguientes ecuaciones:

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Usualmente se aplica una fuerza F y una velocidad conocidas para empujar el pistón que empuja al polímero fundido, teniendo en cuenta que [pic]

Para ajustar estas relaciones con los esfuerzos cortantes se utiliza la corrección de Bagley, por medio de la cual se corrigen los efectos dela caída de presión del pistón y a través del total de la longitud del tubo capilar, se toman en cuenta la viscosidad y la caída de presión a la entrada del capilar.

Resultando en: [pic]

Donde

e = Valor obtenido de graficar ΔPPistón contra (L/R) en la intersección de la recta obtenida con el eje de las abscisas.
η = Viscosidad, obtenida de la pendiente(derivada) de la gráfica de ΔPPistón contra (L/R).
Otras correcciones incluyen la corrección de Rabinowitsch para utilizar fluidos no newtonianos, con la cual se obtiene

Para la velocidad de corte: [pic]

y [pic]

El paso de la reometría capilar es un paso inicial muy importante para conocer las características...