EXTRUCCION

EXTRUCCION

La extrusión es uno de los procesos fundamentales para dar forma a los metales y cerá-micos, así como a los polímeros. La extrusión es un proceso de compresión en el que se fuerza al material a fluir a través de un orificio practicado en un troquel a fin de obtener un producto largo y continuo, cuya sección transversal adquiere la forma determinada por la del orificio. Como proceso para dar forma a polímeros, se emplea mucho para termoplás-ticos y elastómeros (rara vez para termofijos) para producir en masa artículos tales como tubería, ductos, mangueras y formas estructurales (tales como molduras para ventanas y puertas), hojas y película, filamentos continuos, así como recubrimientos para alambres y cables eléctricos. Para estos tipos de productos, la extrusión se lleva a cabo como proceso continuo; el extruido (producto extruido) se corta después con las longitudes deseadas. En esta sección se estudia el proceso básico de extrusión, y en varias de las posteriores se examinan procesos que se basan en ésta.

PROCESO Y EQUIPO

En la extrusión de polímeros, se alimenta material en forma de pellets o polvo hacia dentro de un barril de extrusión, donde se calienta y funde y se le fuerza para que fluya a través de la abertura de un troquel por medio de un tornillo rotatorio, como se ilustra en la figura13.4. Los dos componentes principales del extrusor son el barril y el tornillo. El troquel no es un componente del extrusor; es una herramienta especial que debe fabricarse para elperfil particular que se va a producir. Es común que el diámetro interno del barril del extrusor varíe entre 25 y 150 mm(1.0 a 6.0 in). El barril es largo en relación con su diámetro, con razones L / D que, por lo general, están entre 10 y 30. Para mayor claridad del dibujo, en la figura 13.4 está reducida la razón L/D . Las razones más altas se emplean para materiales termoplásticos, en tanto que los valores L/D más bajos son para los elastómeros

En el extremo del barril opuesto al troquel se localiza una tolva que contiene el material que se alimenta. Los pellets se alimentan por gravedad al tornillo rotatorio, cuya rosca mueve al material a lo largo del barril. Se utilizan calentadores eléctricos para fundir al inicio los pellets sólidos; después, la mezcla y el trabajo mecánico del material generarán calor adicional, lo que mantiene fundido al material. En ciertos casos, se suministra calor suficiente a través de la mezcla y acción cortante de modo que no se requiere calor externo. En realidad, en ciertos casos el barril debe enfriarse desde el exterior a fin de impedir el sobre calentamiento del polímero. El material se hace avanzar a lo largo del barril hacia la abertura del troquel, por medio de la acción del tornillo extrusor, que gira a unas 60 rev/min. El tornillo tiene varias funciones y se divide en secciones que son: 1)

sección de alimentación , en la que el material se mueve del puerto de la tolva y recibe precalentamiento; 2) sección de compresión , en laque el polímero se transforma para adquirir consistencia líquida, se extrae del fundido elaire atrapado entre los pellets y se comprime el material; y 3) sección de medición , en laque se homogeniza al fundido y se genera presión suficiente para bombearlo a través de la abertura del troquel.

DEFECTOS DEL MODEO POR EXTRUCCION

Los productos extruidos presentan cierto número de defectos. Uno de los peores es la fractura del fundido, en la que las tensiones que actúan sobre el fundido inmediatamente antes y durante su paso a través del troquel son tan grandes que ocasionan una falla, que se manifiesta en forma de la superficie muy irregular del extruido. Como se sugiere en la, fractura del fundido puede ser ocasionada por una reducción brusca de la entrada del troquel, lo que provoca un flujo turbulento que rompe el fundido. Esto contrasta con las líneas de corriente del flujo laminar en el troquel que converge en forma gradual de la figura 13.8.Un defecto más común de la extrusión es la piel de tiburón , en la que la superficie del producto se arruga al salir del troquel. Conforme el fundido fluye a través de la abertura del troquel, la fricción en la interfaz ocasiona un perfil de velocidad a través de la sección transversal, como se ve en la figura 13.13. Los esfuerzos de tensión aparecen en la superficie al estirarse este material para estar a la par con el núcleo central que se mueve más rápido. Estos esfuerzos ocasionan rupturas menores que arrugan la superficie. Si el gradiente de velocidad se vuelve extremo, aparecen marcas prominentes en la superficie, lo que le da el aspecto de un tronco de bambú; de ahí el nombre de bambú para este defecto más severo.

Las hojas (láminas) y películas de termoplástico se producen por medio de varios procesos; los más importantes son dos métodos que se basan en la extrusión. El término

Hoja se re-fiere a material cuyo espesor es de 0.5 mm (0.020 in) de alrededor de 12.5 mm (0.5 in), y seusa para productos como recubrimientos para ventanas y materiales para termoformados(sección 13.9). El término película se refiere a espesores por debajo de 0.5 mm (0.020 in).Las películas delgadas se usan para empacar (material para envolver productos) bolsas para abarrotes y basura); las aplicaciones de película más gruesa incluyen cubiertas y forros(cubiertas para albercas y para canales de irrigación).Todos los procesos que se estudian en esta sección son operaciones continuas de producción elevada. Más de la mitad de las películas que se producen hoy día son de polietileno, la mayor parte PE de baja densidad. Los demás materiales principales son el polipropileno, cloruro de polivinilo y celulosa regenerada (celofán). Todos éstos son polímeros termoplásticos.

Calandrado

Éste es un proceso para producir hojas y películas a partir de caucho(sección 14.14) o termoplásticos tipo caucho tales como el PVC plastificado. En el proceso, el material inicial pasa por una serie de rodillos que lo trabajan y que reducen su es pesora la medida deseada. En la figura 13.17 se presenta un arreglo común. El equipo es caro, pero la tasa de producción es alta; es posible alcanzar velocidades que se acercan a 2.5 m/s(500 ft/min). Se requieren controles cercanos de las temperaturas, presiones y velocidad rotacional de los rodillos. El proceso es notable por el buen acabado de las superficies y por la exactitud alta de las medidas de la película. Los productos de plástico elaborados con el proceso de calandrado incluyen cubiertas de PVC para pisos, cortinas para baño, manteles de vinilo, cubiertas para albercas, lanchas y juguetes inflables.

PRODUCCION DE FIBRAS Y FILAMENTOS

La aplicación más importante de las fibras y filamentos se da en los textiles. Su uso como materiales de refuerzo de los plásticos (compuestos) es una aplicación que va en aumento, pero aún es pequeña en comparación con los textiles. Una fibra se define como una banda larga y delgada de material cuya longitud es al menos 100 veces mayor que la dimensión de su sección transversal. Un filamento es una fibra de longitud continua. Las fibras son naturales o sintéticas. Las sintéticas constituyen alrededor de 75% del mercado de fibras actual, de las que el poliéster es la más importante, seguido por nylon, acrílico y rayón. Las fibras naturales constituyen cerca de 25% del total producido, con el algodón en el lugar más importante, por mucho (la producción de lana es significativamente menor que la de algodón).El término hilado agrupa los métodos que se emplean para obtener y tejer las fibras naturales en hilos o hebras. En la producción de fibras sintéticas, el término se refiere al proceso de extruir un polímero fundido o solución a través de una Hilera (troquel con muchos agujeros pequeños) para hacer los filamentos, los que luego se extraen y enrollan en una bobina . Hay tres principales variantes en la torsión de fibras sintéticas, dependiendo del polímero que se procese: 1) hilado fundido, 2) hilado seco y 3) hilado húmedo.

El hilado fundido se emplea cuando el polímero de inicio se procesa mejor si se calienta hasta fundirlo y se bombea a través de la hilera, en forma muy parecida a la extrusión convencional. Una hilera común mide 6 mm (0.25 in) de espesor y contiene aproximadamente 50 agujeros con diámetro de 0.25 mm (0.010 in); los agujeros están abocardados, de modo que la abertura resultante tiene una razón L/D de sólo 5/1 o menos. Los filamentos que salen del troquel se jalan y en forma simultánea se enfrían con aire antes de ponerlos juntos y enrollarlos en la bobina, como se ilustra en la figura 13.18.Mientras el polímero aún se encuentra fundido, tiene lugar una extensión y adelgazamiento significativos del filamento, de modo que el diámetro final del que se enrolla en la bobina puede ser de sólo 1/10 del tamaño que se extruye. El hilado fundido se utiliza para el poliéster y naylon; toda vez que éstas son las fibras sintéticas más importantes; el hilado fundido es el más importante de los tres procesos para elaborar fibras sintéticas. En el hilado seco , el polímero de inicio está en solución, y el solvente se separa por evaporación. El extruido se jala a través de una cámara caliente que elimina el solvente por otro lado, la secuencia es similar a la anterior. Las fibras de acetato de celulosa y acrílico se producen con este proceso. En el hilado húmedo , el polímero también está en solución, sólo que el solvente no es volátil. Para separar al polímero, debe pasarse al extruido a través de un producto químico líquido que coagula o precipita al polímero en bandas coherentes que luego se colocan en bobinas. Este método

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