Extrusion

EXTRUSIÓN
La extrusión de polímeros es un proceso industrial, basado en el mismo principio de la extrusión general, sin embargo la ingeniería de polímeros ha desarrollado parámetros específicos para el plástico, de manera que se estudia este proceso aparte de la extrusión de metales u otros materiales.

En la extrusión de polímeros, las materias primas en forma de partículas, gránulos o polvotermoplástico se colocan en una tolva y se alimentan al barril o cañón del extrusor. Este barril contiene un tornillo que mezcla las partículas y las transporta por el barril. La fricción interna debida a la acción mecánica del tornillo, junto con los calentadores que rodean al barril del extrusor, hacen calentar las pastillas y las licúan. Además, la acción del tornillo hace aumentar la presiónen el barril.

Los tornillos tienen tres secciones distintas:

- Una sección de alimentación que transporta el material desde la zona de la tolva hasta la región central del barril.

- Una sección de fusión, o transición, donde el calor generado por la cizalladura del plástico y por los calentadores hace que se inicie la fusión.

- Una sección de bombeo, donde aumenta lacizalladura y la fusión, con el incremento de presión en la matriz o dado.

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Técnicas de Extrusión
La clasificación general de los distintos tipos de técnicas para extrusión de polímero son las siguientes:
• Extrusión con un sólo husillo:
Los extrusores más comunes utilizan un sólo husillo en el cañón. Este husillo tiene comúnmente una cuerda, pero puede tener también 2 y este formacanales en los huecos entre los hilos y el centro del husillo, manteniendo el mismo diámetro desde la parte externa del hilo en toda la longitud del husillo en el cañón.
La división más común para extrusores de un sólo husillo consiste en 4 zonas, desde la alimentación hasta la salida por el dado del material,
1. Zona de alimentación: En esta parte ocurre el transporte de gránulos sólidosy comienza la elevación de temperatura del material.

2. Zona de compresión: En esta zona, los gránulos de polímero son comprimidos y están sujetos a fricción y esfuerzos cortantes, se logra una fusión efectiva.

3. Zona de distribución: Aquí se homogeniza el material fundido y ocurren las mezclas.

4. Zona de mezcla: En esta parte que es opcional ocurre un mezcladointensivo de material, en muchos casos no se aconseja porque puede causar degradación del material.

El flujo de arrastre de la extrusión con un solo husillo se obtiene considerando la ley de Newton de la viscosidad, haciendo un balance de momentum para el husillo separado del barril por una distancia H, con velocidades Vz (dirección del arrastre) diferente de cero y Vx = Vy = 0, en estadoestacionario a presión constante y sin gravedad, se tienen las siguientes relaciones para el flujo de arrastre debido a la acción del husillo:
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Siendo Uz la velocidad máxima en la dirección z, en el husillo:
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Para el área transversal de flujo ωH:
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Tomando en cuenta la velocidad promedio en Vz:
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El flujo total del polímero resulta de la suma del flujo de arrastre y elflujo de presión:
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El flujo de arrastre en el extrusor se deriva del cálculo del flujo de arrastre entre dos placas paralelas en estado estacionario, tomando en cuenta que el flujo primario es debido a una espiral. Sin embargo, en la realidad es necesario hacer correcciones a los datos teóricos obtenidos por estas ecuaciones, debido a que si existen velocidades en las direcciones x e y,a que la viscosidad se ve afectada por un gradiente de temperatura que no es constante, a los efectos de gravedad y en caso de compuestos, al tamaño de partícula.

• Extrusión con un sólo husillo:
Los extrusores de doble husillo proporcionan un empuje mucho mayor que el de un sólo husillo, aceleraciones de material mucho mayores, esfuerzos cortantes relativamente altos y mezclado intensivo....