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EXTRUSION

Universidad panamericana Ingenieria en Innovacion y Diseño Equipo: Norma Ruiz / Elizabeth Gonzalez
by

Elizabeth Gonzalez

on 9 November 2012

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Transcript of EXTRUSION

EXTRUSION Se compone de grandes moléculas formadas por la unión de otras más sencillas y resulta muy útil en la producción, envase y embalaje de múltiples productos.

El plástico se consigue a través de la reacción química de derivados del petróleo y se moldea mediante el calor o la presión. Plastico •De tubo y perfil
•De Película Tubular
•De lámina y película plana
•Recubrimiento de cable
•De Monofilamento
•Para pelletización y fabricación de compuestos La Extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios tipos, dependiendo de la forma del dado y de los productos extruídos: Todos estos tienen algo en común, una Extrusión consta de un eje metálico central con álabes helicoidales llamado Husillo o tordillo, instalado dentro de un cilindro metálico revestido con una camisa de resistencias eléctricas. Consiste:
extrusora, cabezal o dado, anillo de aire de enfriamiento, dispositivo estabilizador o calibrador de película, dispositivo estabilizador o calibrador película, dispositivo de colapsado de la burbuja, rodillo de tiro superior, embobinadora y una torre estructural que soporta las partes anteriores. Extrusión de Película Tubular Extrusión de tubo y perfil

Este proceso consta de una extrusora con un diseño de barril y husillo adecuado al tipo de material que se quiera procesar.
En la producción , el plástico de uso más común es el Policloruro de Vinilo (PVC). Extrusión de lámina y película plana Siendo el método para obtener lámina para aplicaciones como termo-formado (blister pack, skin pack (empaque al vacío), artículos desechables) y láminas de varios espesores para diversos usos.
Características del proceso son:
1.Alta productividad, mejor enfriamiento y buen control de las dimensiones y propiedades del producto obtenido. Los termoplásticos se fabrican utilizando el extrusor, una máquina que procesa estos materiales. La materia prima en forma de granos pequeños se introduce por un embudo en un cañón calentado, donde un cilindro con rosca de tornillo la transporta a lo largo del tubo.
El material se va fundiendo, por lo que ocupa menos espacio, y va saliendo por un extremo. Posteriormente, la fabricación del plástico se completa mediante dos procesos: la extrusión combinada con soplado y el moldeo con inyección a presión. El proceso de extrusión El material de plástico se calienta hasta el punto de fusión, se inyecta a una alta presión en moldes con refrigeración, donde se enfría y se solidifica con la forma del objeto. El molde se construye en dos mitades que se separan después de la inyección para retirar el artículo de plástico. El proceso genera residuos sólidos, filtraciones de aceites hidráulicos y la utilización de aceites de refrigeración de herramientas. Moldeo con inyección a presión La materia prima plástica se funde y se procesa a través de una boquilla. Luego, mediante una serie de operaciones auxiliares, se obtienen los productos de material plástico. Este proceso incluye la generación de desechos sólidos, la utilización de agua para el enfriamiento, y, en algunos casos, de disolventes químicos que emiten compuestos orgánicos volátiles responsables de la formación del ozono troposférico. Extrusión combinada con soplado Para entender un poco mejor
tenemos este video: Ventajas y Restricciones
Presenta alta productividad y es el proceso más importante de obtención de formas plásticas en volumen de producción. Su operación es de las más sencillas, ya que una vez establecidas las condiciones de operación, la producción continúa sin problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor.

El costo de la maquinaria de Extrusión es moderado, en comparación con otros procesos como inyección, Soplado o calandreo, y con una buena flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones mayores.

La restricción principal es que los productos obtenidos por extracción deben tener una sección transversal constante en cualquier punto de su longitud (tubo, lámina) o periódica (tubería corrugada); quedan excluidos todos aquellos con formas irregulares o no uniformes. La mayor parte de los productos obtenidos de una líneas de Extrusión requieren de procesos posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artículo, como en el caso del sellado y cortado, para la obtención de bolsas a partir de Película Tubular o la formación de la unión o socket en el caso de tubería. Descripción del equipo: Tolva:
Es el depósito de materia prima en donde se colocan los pellets de material plástico para la alimentación continua del extrusor.
Debe tener dimensiones adecuadas para ser completamente funcional.
Las tolvas de secado son usadas para eliminar la humedad del material que está siendo procesado, sustituyen a equipos de secado independientes de la máquina. Barril o Cañón:
Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principal de una máquina de extrusión, conforma, junto con el tornillo de extrusión, la cámara de fusión y bombeo de la extrusora.
ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al mínimo cualquier desgaste.
El cañón cuenta con resistencias eléctricas que proporcionan una parte de la energía térmica que el material requiere para ser fundido.
En el diseño de todo cilindro de extrusión se busca:
1) Máxima durabilidad.
2) Alta transferencia de calor.
3) Mínimo cambio dimensional con la temperatura. Husillo:
Es la pieza que en el alto grado determina el éxito de una operación de extrusión.
Dimensiones fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseños, varían en función de las propiedades de flujo de polímero fundido que se espera de la extrusora. (imagen) Cilindros con Zonas Acanaladas:
Son cilindros de extrusión que poseen una superficie interna con canales de formas específicas.
Favorecen el procesamiento de resinas de bajo coeficiente de fricción.
A mayor fricción menor rotación del material junto con el tornillo y, por lo tanto, más movimiento hacia delante
Las zonas de alimentación acanaladas permiten controlar el coeficiente de fricción polímero-cilindro Sistema de enfriamiento del cilindro:
Tienen un ventilador el cual permite el control de la temperatura eliminando calor de la extrusora mediante el flujo de aire sobre la superficie requerida.
Los ventiladores entran en operación cuando la temperatura de una zona supera el punto prefijado, por efecto de:
a.- La transferencia excesiva de calor por parte de la resistencia.
b.- La generación excesiva de calor por parte de los elementos de mezclado presentes en el tornillo de la extrusora. Importancia de la temperatura en la fase de alimentación de la resina:
es necesario mantener la temperatura de la zona de alimentación al tornillo, conocida como "garganta de alimentación", al menos a 50°C por debajo de la temperatura de fusión del polímero. Una temperatura muy baja en la zona de alimentación impide que la fusión de la resina produzca la adhesión de la misma a la superficie del tornillo; minimizando el flujo de material por arrastre, y por lo tanto el caudal extruído. El Motor:
es el componente del equipo responsable de suministrar la energía necesaria para producir: la alimentación de la resina, parte de su fusión (70 a 80%), su transporte y el bombeo a través del cabezal y la boquilla. Las extrusoras modernas emplean motores DC (corriente continua), ya que permiten un amplio rango de velocidades de giro, bajo nivel de ruido y un preciso control de la velocidad. El Cabezal:
El componente de la línea denominado cabezal, es el responsable de conformar o proporcionar la forma del extrudado.
Los principales componentes de un cabezal para la extrusión son:
Plato rompedor y filtros Boquilla:
Componente del cabezal encargado de la conformación final del extrudado.
Dos secciones :
1.La cámara de relajación de la boquilla tiene como propósito producir la desaceleración del material e incrementar el tiempo de residencia en la boquilla de manera tal que el polímero relaje los esfuerzos impartidos por el paso a través de los paquetes de filtros y el plato rompedor.
2.La cámara de descarga (Die land) produce el formado del perfil deseado con las dimensiones requeridas. Los parámetros de una boquilla:
El diámetro y la abertura de la salida,


Adaptadores: Son requeridos cuando la boquilla no es diseñada específicamente para un determinado extrusor. Debido a que los fabricantes de extrusoras y boquillas no siempre son los mismos, el uso de adaptadores suele ser común. Alabes o Filetes o Paleta Pistón:
Los alabes o filetes, que recorren el husillo de un extremo al otro, son los verdaderos impulsores del material a través del extrusor.
Las dimensiones y formas que éstos tengan, determinará el tipo de material que se pueda procesar y la calidad de mezclado de la masa al salir del equipo.
En un tornillo de extrusión se pueden distinguir tres zonas características: zona de alimentación, zona de compresión y la zona de dosificación. Zona de Alimentación:
Zona de compresión:
Zona de dosificación: Video Extrusores de un sólo husillo
Consiste en 4 zonas:
1. Zona de alimentación: En esta parte ocurre el transporte de gránulos sólidos y 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 mezclado intensivo de material, en muchos casos no se aconseja porque puede causar degradación del material.

Distribución: Logra que todos los materiales se encuentren igual proporción en la muestra Dispersión: Logra que los componentes no se aglomeren sino que formen partículas del menor tamaño posible.
Flujo de arrastre en un extrusor de un husillo.


El flujo total del polímero resulta de la suma del flujo de arrastre y el flujo de presión Extrusores de doble husillo
Los extrusores de doble husillo proporcionan un empuje mucho mayor y esfuerzo de cizalla mejor que el de un sólo husillo.
Para algunos materiales este proceso es demasiado agresivo, por lo cual resulta inadecuado, existe la creencia de que los concentrados de color se realizan en su mayoría en este tipo de extrusores, sin embargo, la mayoría de los pigmentos sufren degradación debida a las condiciones tan agresivas del proceso, por ello, la mayoría de los fabricantes de concentrados utilizan un cañón largo de un solo husillo.
Existen 2 tipos de doble husillo: los que engranan y los que no engranan.
Las desventajas de este proceso es que los husillos son empujados por el material hacia las paredes del cañón, lo que evita el huso de altas velocidades; también existe el problema del mezclado ineficiente, mientras más rápido se transporta el material, menos eficiente es el mezclado. Es necesario aplicar presión al material fundido, forzándolo a pasar de modo uniforme y constante a través de la matriz. Atendiendo a estos requisitos, las máquinas extrusoras se clasifican en: Extrusoras de dislocamiento positivo
Se obtiene la acción de transporte mediante el dislocamiento de un elemento de la propia extrusora. En la matriz la reología del polímero tiene mayor influencia sobre el proceso. Extrusora de pistón (inyectora)
Un pistón, cuyo accionamiento puede ser hidráulico o mecánico, fuerza al material a pasar a través de la matriz. Es utilizada para la extrusión de polímeros termofixos, politetrafluoretileno, Polietileno de Alta Densidad de Ultra Alto Peso Molecular (PEAD – UAPM), metales y materiales cerámicos. Extrusoras de fricción
La acción del transporte, conseguida aprovechándose las características físicas del polímero y la fricción de éste con las paredes metálicas transportadoras de la máquina, donde ocurre la transformación de energía mecánica en calor que ayuda a la fusión del polímero. La reología del polímero tiene influencia sobre todo el proceso. Los tipos son: extrusora de cilindros y extrusora de rosca. Extrusora de cilindros
Consiste, básicamente, en dos cilindros próximamente dispuestos. El material a ser procesado pasa entre estos cilindros y es forzado a pasar por una matriz. Este proceso es utilizado para algunos elastómeros y termoplásticos. La figura 2 representa una esquematización de este tipo de extrusora. Extrusora de rosca
Las extrusoras de rosca pueden estar constituidas por una, dos o más roscas. Son las más utilizadas para la extrusión de termoplásticos, comparadas con todos los demás tipos de extrusoras. Abordaremos más específicamente las extrusoras de una rosca, pues son las más empleadas en el mercado nacional. Materiales para Inyección y Extrusión:

•Polietileno
•Polietileno Alta Densidad
•Polietileno Baja Densidad

•Polipropileno
•Polipropileno Homopolimero
•Polipropileno Copolimero

•Poliestireno
•Poliestireno Alto Impacto
•Poliestireno Cristal POLIETILENO
El polietileno (PE) es químicamente el polímero más simple. Es químicamente inerte.
El polietileno es un material sólido en forma de gránulos, termoplástico, blanquecino, transparente y traslucido. Con el uso de colorantes se pueden obtener una variedad de productos de todos los colores.
Tipos de polietileno: los de alta densidad (HDPE) y baja densidad (LDPE). POLIETILENO ALTA DENSIDAD
Definición:
Plástico incoloro, inodoro, no toxico, fuerte y resistente a golpes y productos químicos. Su temperatura de ablandamiento es de 120º C. Se utiliza para fabricar envases de distintos tipos de fontanería, tuberías flexibles, prendas textiles, contenedores de basura, papeles, etc.

Es muy versátil y se lo puede transformar de diversas formas: Inyección, Soplado, Extrusión, o Rotomoldeo. Propiedades

1.Excelente resistencia térmica y química.
2.Muy buena resistencia al impacto.
3.Es sólido, incoloro, translúcido, casi opaco.
4.Muy buena procesabilidad.
5.Es flexible, aún a bajas temperaturas.
6.Es tenaz.
7.Es más rígido.
8.Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre él.
9.Es muy ligero.
10.No es atacado por los ácidos, resistente al agua a 100ºC . Aplicaciones
•Bolsas plásticas.
•Envases de alimentos, detergentes, y otros productos químicos.
•Artículos para el hogar.
•Condones.
•Acetábulos de prótesis femorales de caderas.
•Dispositivos protectores (cascos, rodilleras, coderas...)
•Impermeabilización de terrenos (vertederos, piscinas, estanques, pilas dinámicas en la gran minería). POLIETILENO BAJA DENSIDAD
Definición:
Es un polímero termoplástico conformado por unidades repetitivas de etileno.

Propiedades:
El polietileno de baja densidad es un polímero que se caracteriza por:
1.Buena resistencia térmica y química.
2.Buena resistencia al impacto.
3.Es translúcido, poco cristalino.
4.Muy buena procesabilidad.
5.Flexible.
6.Dificultad para imprimir, pintar o pegar sobre él. Aplicaciones:

•Sacos y bolsas plásticas.
•Film para invernaderos y otros usos agrícolas.
•Juguetes.
•Objetos de menaje, como vasos, platos, cubiertos, etc.
•Botellas.
•Film estirable para enfardar palés.
•Recubrimiento de cables. POLIPROPILENO
Definición:
Polimero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno).
Es un termoplástico de excelente resistencia a los agentes químicos, esterilizable al vapor y extraordinarias propiedades de aislaciones eléctricas aun en altas frecuencias.

Su gran resistencia al ataque químico lo sitúa en diversos elementos en construcciones químicas, farmacéuticas, mineras y maquinas en general que no solicite altos esfuerzos de fricción.
Tipos: (clasificacion)
Por Materias Primas:
-Homopolímero
- Copolímero Impacto
- Copolímero Random
Por Estructura Química:
- Isotáctico
- Sindiotáctico
- Atáctico


Transformado mediante:
•Moldeo por inyección, como juguetes.
•Moldeo por soplado de recipientes huecos como por ejemplo botellas
o depósitos de combustible
•Termoformado , por ejemplo, contenedores de alimentos.
•Producción de fibras, tanto tejidas como no tejidas.
•Extrusión de perfiles, láminas y tubos. POLIPROPILENO HOMOPOLIMERO
Propiedades:
•Presenta alta resistencia a la temperatura,
•Puede esterilizarse por medio de rayos gamma y óxido de etileno,
•Tiene buena resistencia a los ácidos y bases a temperaturas debajo de 80°C,
•Tiene pocos solventes orgánicos lo pueden disolver a temperatura ambiente.
•Posee buenas propiedades dieléctricas,
•Su resistencia a la tensión es excelente en combinación con la elongación,
•Su resistencia al impacto es buena a temperatura ambiente, pero a temperaturas debajo de 0°C se vuelve frágil y quebradizo.

Aplicaciones:
a) Película
b) Rafia
c) Productos Médicos (jeringas, instrumentos de laboratorio, etc.) POLIPROPILENO COPOLÍMERO
Propiedades:
• excelente resistencia a bajas temperaturas
• más flexible que el tipo Homopolímero,
• mayor resistencia al impacto que el Homopolímero
• modificado con hule EPDM, aumenta su resistencia a la tensión al igual que su elongación; pero, la resistencia química es inferior que el Homopolímero, debilidad que sé acentuá a temperaturas elevadas.






Aplicaciones:

a) Sector de Consumo (Tubos, perfiles, juguetes, recipientes para alimentos, cajas, hieleras, etc.)
b) Automotriz (Acumuladores, tableros, etc.)
c) Electrodomésticos (Cafeteras, carcazas, etc.)
POLIESTIRENO
Existen cuatro tipos principales:
•Poliestireno Cristal
•Poliestireno de Alto Impacto
•Poliestireno Expandido
•Poliestireno Extrusionado POLIESTIRENO ALTO IMPACTO
Propiedades:
• Mejor resistencia al impacto que el poliestireno sin modificar.
• Es opaco, debido a la adición de polibutadieno.
• Muy buena procesabilidad, es decir, se puede procesar por los métodos de conformado empleados para los termoplásticos, como inyección y extrusión.
Aplicaciones:
*Componentes para automóviles. *Juguetes.
*Maquinillas de afeitar desechables. *Teclados y periféricos para el PC.
*Artículos para el hogar. *Teléfonos.
*Envases de productos lácteos. POLIESTIRENO CRISTAL

Propiedades:
•estructura amorfa.
•mayor transparencia y brillo en la superficie.
•alta rigidez y fragilidad.
•fácil procesamiento.
•No requiere secado y presenta mínimas contracciones de moldeo.


Aplicaciones:
•Se fabrican piezas de diseños complicados por el método de inyección y por extrusión.
•Se producen perfiles y laminas para termoformado o cancelería. " utilizado en la fabricación de estuches, casettes, papelería, envases desechables. Algunos de los productos por proceso de extrusión:

Película Tubular
•Bolsa (comercial, supermercado)
•Película plástica para uso diverso
•Película para arropado de cultivos
•Bolsa para envase de alimentos y productos de alto consumos
Tubería
•Tubería para condición de agua y drenaje
•Manguea para jardín
•Manguera para uso médico
•Popotes
Recubrimiento
•Alambre para uso eléctrico y telefónico
Perfil
•Hojas para persiana
•Ventanería
•Canales de flujo de agua
Lámina y Película Plana
•Rafia
•Manteles para mesa e individuales
•Cinta Adhesiva
•Flejes para embalaje
Monofilamento
•Filamentos
•Alfombra (Filamento de las alfombras) Aplicaciones Actuales: En México, el proceso de Extrusión es el más importante tomando en cuenta el volumen de plástico transformado.
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