¿Qué causa la irregularidad en la extrusión en máquinas extrusoras de plástico para perfiles de rotura térmica?

Desequilibrio térmico en la máquina de extrusión de plástico

Gradientes térmicos axiales y radiales que interrumpen la homogeneidad del fundido

Las diferencias de temperatura a lo largo del barril, sumadas a las variaciones en su ancho, provocan una viscosidad inconsistente del polímero, lo que afecta la homogeneidad del fundido necesaria para obtener buenos perfiles de rotura térmica. Cuando la zona de alimentación se vuelve demasiado fría, se ralentiza el proceso de fusión. Mientras tanto, si la sección de dosificación está demasiado caliente, las cadenas del polímero comienzan a degradarse térmicamente. Estos gradientes de temperatura causan todo tipo de problemas, incluyendo caudales irregulares, filamentos de grosor variable y esas molestas ondulaciones superficiales que todos detestan. Según algunos datos industriales disponibles, incluso pequeñas fluctuaciones de temperatura de alrededor de 5 grados Celsius pueden aumentar las variaciones de viscosidad en aproximadamente un 30 %, haciendo que las piezas sean dimensionalmente inestables. Los fabricantes han descubierto que invertir en sistemas de calentamiento precisos de múltiples zonas, combinados con revisiones periódicas del aislamiento del barril, ayuda a mantener bajo control la mayoría de estas diferencias problemáticas de temperatura.

Puntos Fríos y Zonas Calientes que Inducen Cizallamiento Localizado y Separación del Flujo

Cuando existen diferencias de temperatura en la zona de procesamiento, se generan distintos niveles de viscosidad que provocan puntos concentrados de esfuerzo cortante donde los materiales se mueven a velocidades diferentes. Las zonas frías alrededor de las bocas de alimentación crean una mayor resistencia, haciendo que los polímeros se adhieran más de lo debido a las paredes del cilindro. Mientras tanto, las regiones más calientes cercanas a las matrices reducen localmente la viscosidad, haciendo que el material avance demasiado rápido antes de estar listo. Estos desequilibrios resultan en patrones de flujo en espiral dentro del sistema, separación entre capas de material en las interfaces y, finalmente, uniones débiles a lo largo de las líneas de fusión en los perfiles extruidos. Las cámaras térmicas muestran que estas pequeñas variaciones de temperatura pueden diferir hasta 15 o 20 grados Celsius en equipos con mal funcionamiento de termopares o elementos calefactores viejos. Para mantener un funcionamiento estable durante la fabricación con ruptura térmica, los operarios de planta deben verificar regularmente sus sensores y ajustar las velocidades del husillo según indiquen los perfiles térmicos. Hacerlo correctamente evita esas molestas separaciones de flujo que comprometen la calidad del producto.

Inestabilidades relacionadas con el material que afectan la uniformidad de la extrusión

Absorción de humedad y aumento brusco inducido por vapor en materias primas higroscópicas (por ejemplo, PA66-GF25)

Materiales como resinas higroscópicas, incluyendo PA66-GF25, tienden a absorber humedad del aire cuando se almacenan o manipulan antes de comenzar el procesamiento. Una vez que estos materiales alcanzan temperaturas superiores a 220 grados Celsius dentro del extrusor, cualquier agua oculta se convierte en vapor casi instantáneamente, creando picos repentinos de presión que pueden superar los 15 megapascales. Esta rápida expansión interfiere con la consistencia del flujo de material fundido, provocando fluctuaciones en la producción y haciendo que las barras térmicas salgan con dimensiones inconsistentes a lo largo de su longitud. Para prevenir este problema, los fabricantes deben secar los gránulos de resina hasta un contenido de humedad de aproximadamente 0,2 por ciento o inferior antes de iniciar la extrusión. Pruebas periódicas mediante métodos como la titulación de Karl Fischer ayudan a confirmar niveles adecuados de secado, lo cual a su vez mantiene una viscosidad del material constante durante todo el proceso y proporciona un flujo de fusión más uniforme en todos los lotes.

Partículas no fundidas y flujo estratificado causando líneas espirales y deslaminación

Cuando la fusión no es completa, quedan partículas sólidas que tienden a desplazarse hacia las zonas más frías de la pared del dado debido a la interacción entre calor y presión, creando lo que llamamos flujo estratificado. Lo que sucede después es bastante evidente al observar el producto terminado: esas líneas espirales se vuelven visibles en la superficie del material extruido. Si el enfriamiento es demasiado rápido, estas capas comienzan a separarse en sus interfaces. Según pruebas realizadas según la norma ASTM D638, esta separación puede reducir la resistencia de las tiras compuestas de rotura térmica entre un 40 % y un 60 %. La buena noticia es que los fabricantes pueden solucionar este problema ajustando la forma de los tornillos utilizados durante el procesamiento para mejorar el rendimiento de fusión, manteniendo al mismo tiempo temperaturas consistentes en ambos ejes. Hacerlo correctamente significa que quedarán menos partículas problemáticas y que la mezcla será adecuada en todo el material.

Defectos Mecánicos y Operativos en la Máquina Extrusora de Plástico

Desgaste del Tornillo, Degradación de la Hélice e Inconsistencia en el Flujo de Fusión

Los tornillos se desgastan con el tiempo cuando materiales abrasivos e impurezas ingresan al sistema. Esta erosión gradual altera la forma de la hélice y dificulta el correcto desplazamiento del material. Cuando el desgaste es considerable, se ve afectada la transferencia de calor durante todo el proceso. Algunas zonas pueden volverse demasiado frías mientras otras se convierten en puntos calientes peligrosos, lo que provoca marcas superficiales molestas y resultados inconsistentes en la fusión. La mayoría de las plantas realizan mediciones con micrómetro aproximadamente cada 500 horas de funcionamiento para detectar problemas antes de que empeoren. Cambiar a tornillos de acero endurecido en lugar de aleaciones comunes puede duplicar la vida útil en algunos casos, manteniendo la calidad de fusión constante y reduciendo esos apagados inesperados que generan frustración y desperdician mucho tiempo de producción.

El desalineamiento de la matriz y la falta de sincronización entre la tracción y la velocidad de extrusión que provocan variaciones en el espesor de la pared

Cuando las matrices se desalinean, el flujo de material fundido se desvía de forma irregular. Al mismo tiempo, si existe una falta de coincidencia entre las velocidades de tracción y extrusión, esto puede estirar o comprimir la parte central del perfil. Estos problemas juntos tienden a causar variaciones en el espesor de la pared que superan el más o menos 5 % en las barras de rotura térmica. Afortunadamente, herramientas láser de alineación junto con sistemas de accionamiento adecuadamente sincronizados pueden reducir esas desviaciones por debajo del 1 %. La mayoría de los fabricantes consideran más eficaz implementar verificaciones periódicas de calibración aproximadamente cada 50 ciclos de producción. Normalmente, verifican estas calibraciones mediante mediciones ultrasónicas del espesor de la pared. Este enfoque mantiene las dimensiones dentro de rangos aceptables y reduce significativamente el desperdicio de material con el tiempo.