LanguagesGuía de extrusión de PE: diseño de tornillos, temperatura y resolución de problemas
Extrusión de polietileno PE: una guía completa para el diseño, la temperatura y la resolución de problemas de tornillos
LDPE, MDPE, HDPE y LLDPE no comparten un tornillo. Esta guía cubre lo que realmente cambia entre las familias, cómo configurar la relación L/D, la relación de compresión y el perfil de temperatura, y cómo leer los ocho problemas que aparecen en una línea PE en funcionamiento.
EXTRUSIÓN DE POLIETILENO PE · EXTRUSIÓN DE TUBERÍAS DE HDPE · TORNILLO PE L/D Y RELACIÓN DE COMPRESIÓN · PROBLEMAS DE EXTRUSIÓN DE POLIETILENO
Tubería de presión de PEAD. La tolerancia del espesor de pared en una tubería de PE se decide aguas arriba de la matriz, según la velocidad con la que se funden los medidores de tornillo, no por el arrastre.
- 1. ¿Qué es realmente la extrusión de PE?El polietileno es el plástico de mayor volumen en el mundo y la mayor parte pasa a través de unextrusora de un solo tornillo al menos una vez. En su forma más simple, la extrusión de PE significa alimentar resina de polietileno (pellets, gránulos o escamas) en un barril calentado, transportarla y comprimirla a lo largo de un tornillo giratorio, fundirla hasta obtener una masa fundida homogénea y empujar esa masa fundida a través de una matriz para fabricar tuberías, películas, láminas, revestimientos de cables o pastillas.El tornillo realiza cuatro funciones en una sola pasada: transportar, comprimir, fundir y dosificar. Todo lo posterior (grosor de la pared, calibre de la película, acabado de la superficie, estabilidad de la salida) se decide en función del equilibrio de esas cuatro etapas para la familia de PE particular que se encuentra en la tolva. Es por eso que un tornillo que funciona perfectamente en una tubería de HDPE puede mezclar poco un grado de película de LLDPE y cortar demasiado un compuesto sensible al calor en la misma máquina.INFORMACIÓN CLAVEEl PE no es un solo material. La densidad y el índice de fusión deciden cuánta fricción generan los sólidos en la zona de alimentación, cuánto corte tolerará la masa fundida y cuánto hinchamiento del troquel debe compensar en la cabeza. Especificar “un tornillo de PE” es el atajo más común (y el más costoso) en la extrusión.2. Las cuatro familias de PE no son intercambiablesLa densidad y el índice de fusión son los dos números que deciden la geometría del tornillo. La densidad determina la cristalinidad, la rigidez del lecho sólido y el hinchamiento de la matriz; El índice de fusión establece la viscosidad de la fusión y cuánto corte necesitará el polímero antes de que comience a comportarse mal. Mueva cualquiera de los dos y el tornillo que se adaptó al último trabajo ahora estará mal, razón por la cual elbimetálicoo el debate sobre la nitruración sigue el relleno, no la marca.
Familia Densidad (g/cm³) Índice de fusión típico Comportamiento de alimentación de sólidos morir hincharse Qué significa para el tornillo PEBD 0,910–0,925 0,2–4,0 (película) Suave, alta fricción, se alimenta fácilmente. Alto Tolera una amplia ventana de temperatura; necesita una alimentación lo suficientemente profunda y una buena mezcla, no más corte PEMD 0,926–0,940 0,2–2,0 Fricción moderada Medio Se ubica entre los diseños de LDPE y HDPE: el tornillo de compromiso que no hace ninguno de los dos trabajos a la perfección PEAD 0,941–0,965 0,05–1,0 Más duro, menor fricción, se alimenta de mala gana Bajo Necesita una zona de compresión más larga y asistencia de alimentación real; El desgaste del cañón es menor pero el torque es mayor. LLDPE 0,915–0,925 0,5–3,0 Suave pero resbaladizo, rango de fusión estrecho Medio-alto Necesita más mezcla en lugar de más cizallamiento; La fuente clásica de fractura de la masa fundida e inestabilidad de las burbujas. - La consecuencia práctica es que los procesos de MDPE y HDPE en la misma máquina rara vez necesitan el mismo tornillo. Si la mezcla de productos realmente alterna, planifique unasegundo tornillo y un cañón emparejadoen lugar de una geometría de compromiso que tenga un rendimiento inferior en ambos.3. Diseño de tornillo: relación L/D y relación de compresiónLa relación L/D compra longitud de fusión y mezcla. La relación de compresión compra la acumulación de presión y el cizallamiento. No son independientes: aumentan ambos y el tiempo de residencia, el par y la temperatura de fusión aumentan juntos. El publicadodimensiones del tornillo y del cilindropara su máquina son el punto de partida, no la respuesta.
Familia / producto PE L/D típico Relación de compresión Profundidad de alimentación Notas de diseño LDPE, película soplada 20–25:1 2,5–3,0 Profundo Tornillo de bajo cizallamiento; La sección de mezcla importa más que la relación de compresión. LDPE, tubería y lámina 20–25:1 2,5–3,0 Profundo La geometría convencional es suficiente con un rendimiento moderado PEMD 25–30:1 2,5–3,2 Medio Diseño de puentes; verificar con el índice de fusión real antes de comprometerse HDPE, tubería, convencional 25–30:1 2,8–3,2 Medio Se recomienda encarecidamente la garganta de alimentación ranurada. HDPE, tubería, alto rendimiento 33–38:1 2,8–3,5 menos profundo Zona de medición más larga; La sección de alimentación decide si la velocidad es utilizable. LLDPE, película 25–30:1 3,0–4,0 Medio Agregue elementos para mezclar; No intente resolver la fractura por fusión solo con la relación de compresión. PE diseñado, alto contenido de relleno o triturado 30–33:1 2,5–3,5 Medio-poco profundo La protección contra el desgaste deja de ser opcional en este momento - INFORMACIÓN CLAVELa relación de compresión debe coincidir con la densidad aparente de la materia prima, no con la pieza terminada. Un tornillo del tamaño de un pellet virgen morirá de necesidad de triturado y desmenuzado de baja densidad aparente, que es la razón más común por la que unlínea de reciclajeno cumple con los resultados previstos en la placa de identificación.
Un juego de cilindro y tornillo de extrusión de tubos. El tornillo y el cilindro son un par de trabajo: la holgura, el margen de desgaste y la familia de aleaciones sólo significan algo cuando ambas partes se miden entre sí.
- 4. El perfil de temperaturaEl PE es semicristalino, por lo que el perfil debe ascender gradualmente desde la alimentación hasta la matriz; los escalones empinados crean picos de torsión y desintegración, y una zona de alimentación fría detendrá el transporte de sólidos mucho antes de que los calentadores estén cerca del problema.
Zona PEBD PEMD PEMD LLDPE Pienso, zona 1 140–165 °C 150–175 °C 160–185 °C 150–175 °C Compresión, zonas 2-3 165-190°C 175–200 °C 185–215°C 180–210 °C Medición, zonas 4–5 180–205 °C 180–205 °C 190–215 °C 200–225 °C 200–225 °C Adaptador 190–210 °C 195–215°C 205–225 °C 205–230°C Cabezal de troquel 195–215°C 200–220 °C 210–230 °C 210–235 °C Derretimiento medido 195–215°C 200–220 °C 205–225 °C 210–230 °C - Estos son rangos iniciales para una línea convencional de un solo tornillo. Confirme con la hoja de datos del proveedor de la resina: el índice de fusión, el tipo de comonómero y el paquete de aditivos los moverán entre 10 y 20 °C. Tres hábitos mantienen el perfil honesto:· Establezca primero la temperatura de fusión— las zonas de cañón son un medio para lograrlo, no un objetivo en sí mismas.· Comprobar la masa fundida con una sonda de aguja en el cabezal., no con el termopar cilíndrico colocado en una banda calefactora.· Registrar el perfil con el lote de resina.— Cuando aparece un problema tres semanas después, lo primero que se pide es el registro de temperatura.5. Extrusión de tubos de PE, paso a pasoATubería de PEEs una cadena de etapas de acondicionamiento, y cada una de ellas puede ser responsable de un problema de espesor de pared que en realidad comenzó en el tornillo.
Paso Lo que sucede ¿Qué decide el resultado? 1. Secado y manipulación Resina y triturado acondicionados antes de llegar a la tolva. Contenido de humedad y nivel de contaminación. 2. Alimentación Dosificación gravimétrica o volumétrica en la garganta de alimentación. Dosificación gravimétrica o volumétrica en la garganta de alimentación. Consistencia del alimento; en HDPE, la condición de la garganta ranurada 3. Fusión y homogeneización Sólidos convertidos en una masa fundida uniforme a lo largo del tornillo. Geometría del tornillo y perfil de temperatura del cilindro. 4. Filtración por fusión El paquete de pantalla atrapa geles y contaminación. Selección de malla y estabilidad de la presión. 5. Cabezal de tubo El mandril en espiral distribuye la masa fundida alrededor de la circunferencia. Uniformidad de la temperatura de fusión que ingresa a la cabeza. 6. Dimensionado y enfriamiento El dimensionamiento al vacío calibra el diámetro exterior; Los baños de agua enfrían la pared. Nivel de vacío, longitud de enfriamiento, velocidad de línea 7. Arrastre y corte Tubo tirado a tensión constante y cortado a medida Estabilidad de arrastre y sincronización de sierras. - En los pasos 3 a 5 se encuentran la geometría del tornillo, la condición del cilindro y el diseño de la matriz. Atornillo desgastado o orificio abiertoAparece aquí primero, como una lenta deriva en el espesor de la pared en lugar de un cambio gradual.6. Extrusión de película de PE: en qué se diferenciaLa película es donde la diferencia entre LDPE y LLDPE es más marcada. El LDPE tiene ramificaciones de cadena larga, por lo que retiene bien la burbuja y tolera una separación amplia del troquel. El LLDPE es lineal: tiene menor resistencia a la fusión, un rango de fusión más estrecho y una tendencia mucho más fuerte a la fractura por fusión, por lo que la separación del troquel tiene que disminuir y la temperatura de la fusión tiene que aumentar.· Morir brecha— el LLDPE generalmente tiene una brecha más estrecha que el LDPE; Los espacios amplios invitan a la piel de tiburón a la misma salida.· línea de escarcha— una línea de escarcha baja y estable es lo que sostiene la burbuja. Muévelo y cambiarás tanto la óptica como la estabilidad.· Fuerza de fusión— la inestabilidad de las burbujas en una mezcla rica en LLDPE suele ser un problema de resistencia al derretimiento, no un problema de anillos de aire.· Lado del tornillo— más mezcla, no más compresión. Abarrera o sección Maddockgana su lugar aquí mucho más que una relación de compresión más alta.
Película estirable LLDPE. El PE lineal tiene una resistencia a la fusión menor que el LDPE, por lo que la estabilidad de las burbujas la decide la temperatura de la fusión y el espacio del troquel mucho antes de que lo decida el anillo de aire.
- 7. Ocho problemas de extrusión de PE y cuáles suelen serLa mayoría de estos llegan como un resultado o una queja superficial. Normalmente, sólo dos de los ocho son problemas de husillo; el resto son alimentación, temperatura o contaminación, por lo que tambiénaumento del extrusorA menudo se malinterpreta como un tornillo desgastado.
Síntoma Lo que suele ser en una línea PE primer movimiento Fractura por fusión/piel de tiburón (LLDPE) Corte excesivo en la matriz con una separación demasiado amplia Reduzca la separación del troquel y aumente la temperatura de fusión entre 10 y 15 °C antes de tocar el tornillo. Inestabilidad de la burbuja, película soplada. Baja resistencia al fundido con un grado lineal, además de enfriamiento desigual Baje la línea de escarcha, corrija el anillo de aire, reduzca la salida Deriva de la producción durante un turno Desgaste del tornillo o del cilindro, o alimentación puente Mida el diámetro exterior del tornillo y el diámetro interior del cilindro, luego inspeccione la garganta de alimentación. Picos de torsión Falta de alimento o zona de alimentación fría Levantar la zona 1, verificar el flujo de la tolva, inspeccionar la garganta ranurada. Líneas de troquelado y rayas longitudinales. Acumulación de troquel, paquete de criba roto o precursor de fractura por fusión Cambie las pantallas, limpie el troquel, vuelva a verificar la temperatura de fusión Manchas negras Resina degradada retenida en rincones muertos, a menudo con un tornillo desgastado Purgue adecuadamente y luego realice una boroscopio en la sección de mezcla. Variación del espesor de la pared de la tubería Aumento repentino, variación de la temperatura de fusión o cabezal desgastado y verifique el componente Verifique el control del calentador y luego mida el desgaste del tornillo. Huecos y burbujas en la pared de la tubería. Humedad, aire atrapado o descompresión excesiva. Secar la resina, revisar la ventilación, ajustar la contrapresión. - 8. Construcción de tornillo y cilindro para uso en PEEl PE no es particularmente corrosivo, por lo que la decisión de construcción depende casi exclusivamente de la abrasión, y la abrasión llega con el relleno, elmolery la gran cantidad de toneladas empujadas a través del barril.
Construcción Dureza superficial Resistencia al desgaste Resistencia a la corrosión Servicio típico de PE Vida útil indicativa 38CrMoAlA nitrurado CDH 52–55 Bien Justo PE virgen, compuestos con bajo contenido de relleno 3 a 5 años Aleación bimetálica estándar CDH 58–62 Excelente Bien PE con relleno medio, extrusión general 5 a 7 años Carburo de tungsteno bimetálico CDH 65–68 Superior Bien Líneas de alto rendimiento de PE reciclado o de alto relleno 7 a 10 años Funda de revestimiento interno SKD11 CDH 60–62 Excelente Medio Compuestos de PE altamente abrasivos, compuestos de WPC 5 a 8 años - 8. Desgaste, corrosión y decisión sobre el material del cañón.Una vez que la geometría es correcta, la vida útil se decide por lo que el material hace a la superficie del metal. Predominan dos mecanismos. Las cargas abrasivas (carbonato de calcio, talco, fibra de vidrio) se muelen en los tramos y en el orificio. Los compuestos corrosivos atacan químicamente las mismas superficies. El PVC con una alta carga de relleno hace ambas cosas a la vez.PIPLL publica cuatro aleaciones bimetálicas por este motivo, y la elección es un intercambio entre resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y temperatura de trabajo en lugar de una búsqueda de la superficie más dura disponible.
Aleación Tener puesto Corrosión Capa Dureza temperatura máxima PIPLL01 (Fe-Ni-Cr-B) Muy bien Bien 2-3 milímetros CDH 58–65 ≤400°C PIPLL02 (Ni-Cr-Co-B) Bien Muy bien 1,5–2 mm CDH 50–58 ≤450°C PIPLL03 (Ni-Cr-Co-VB) Muy bien Muy bien 1,5–2 mm CDH 55–60 ≤450°C PIPLL04 (Ni-WC-Cr-B) Excelente Muy bien 1,5–2 mm CDH 55–65 ≤600°C PIPLL fabricaJuegos de tornillos y cilindros de PEdesde Φ20 mm hasta Φ500 mm, hasta 12 m de longitud, sobre una base de 38CrMoAlA con uncapa de aleación fundida centrífugade 2 a 3 mm cuando se especifica una construcción bimetálica. Cuando la zona de desgaste deba ser reemplazada en lugar de renovada, sefunda de revestimiento internoes la alternativa. El tornillo y el cilindro se suministran y miden como un par combinado a través de nuestrocontrol de procesos, porque un nuevo orificio contra un tornillo desgastado es una forma conocida y costosa de fallar dos veces.
Tornillos terminados en el taller. La protección contra el desgaste es un recubrimiento sobre una geometría; si la geometría es incorrecta, el recubrimiento solo hace que la respuesta incorrecta dure más.
9. Qué enviar antes de solicitar un tornillo y un cilindro de PEUna cotización basada en datos completos resulta correcta la primera vez. La siguiente lista es breve y toda ella es información que ya tiene: elguía de proyecto de barril de tornillo personalizadoexplica lo que realmente decide cada elemento.Categoría que enviar Máquina Marca y modelo de la máquina, diámetro del tornillo, L/D existente y relación de compresión. Material Familia de PE, densidad e índice de fusión, y el grado real del proveedor. Forma de materia prima Granulado virgen, triturado, en escamas o una mezcla, con los porcentajes aproximados Producto Diámetro exterior y pared de la tubería, ancho y espesor de la película, calibre de la lámina o salida de pellets Objetivo de rendimiento Producción requerida en kg/h y producción medida actual Puntos de dolor Lo que va mal ahora: desviación de la producción, manchas negras, fractura por fusión, desgaste prematuro Datos de línea Perfil de temperatura en uso, velocidad del tornillo, carga del motor y contrapresión Interfaces Dimensiones de brida, garganta de alimentación, banda calefactora y cabezal de troquel Historial de desgaste Fecha de instalación y últimas medidas de orificio y tornillo, si corresponde 10. Preguntas frecuentes¿Puede un tornillo funcionar tanto con LDPE como con HDPE?Puede ejecutar ambos; no será óptimo para ambos. El compromiso suele ser visible como una fusión insuficiente en el lado del HDPE o un corte excesivo en el lado del LDPE. Si la mezcla del producto se alterna regularmente,segundo tornillo y cañón emparejadonormalmente es más barato que la chatarra que genera el compromiso.¿Necesito una garganta de alimentación ranurada para HDPE?Para cualquier cosa por encima de una producción moderada, sí. Los gránulos de HDPE tienen una fricción menor contra la pared del barril que el LDPE, por lo que el transporte de sólidos (no su fusión) se convierte en la etapa limitante. Una garganta ranurada con enfriamiento forzado aumenta la velocidad de avance alcanzable y es lo que hace que untornillo de alta velocidadutilizable en absoluto.¿Cómo sé si el tornillo o el cañón están desgastados?Mida ambos, en las mismas posiciones axiales, y compárelos como un par. ElInspección de desgaste de tornillos y cilindros.El procedimiento cubre el plan de medición. Si el diámetro exterior del tornillo permanece prácticamente sin cambios y el orificio se ha abierto, el problema es el cañón. Si el diámetro exterior del tramo del tornillo ha bajado, el tornillo está. Leer un número sin el otro es la forma en que las piezas buenas se reemplazan innecesariamente.¿Vale la pena el bimetálico para PE sin relleno?Por lo general, no para PE virgen y sin relleno: untornillo y cilindro correctamente nitruradossobrevivirá a la próxima revisión de la máquina. Vale la pena en el momento en que la masilla, el remolido o el alto rendimiento entran en escena; elguía de selección de aleaciones establece de dónde gana cada construcción su coste.Recursos PIPLL relacionados¿Necesita ayuda para especificar un cilindro y un tornillo de extrusión de PE?Envíe la familia de PE y el índice de fusión, el producto y los datos de la línea que está ejecutando hoy. Volveremos con la geometría del tornillo, la relación L/D y de compresión, la construcción del cañón y un conjunto de tornillo y cañón combinado cotizado como un par. PIPLL es unfabricante de cilindros y tornillos extrusorestrabajando en Φ20–500 mm.
