En este artículo se mencionarán algunos problemas comunes durante la extrusión y las posibles soluciones. Es importante mencionar que muchas veces un defecto se debe a la combinación de dos o más variables, por lo que se recomienda siempre realizar un análisis de causas exhaustivo.
1. Materia prima
Las propiedades físicas de un material polimérico, como la viscosidad (índice de fluidez), densidad, contracción y absorción de humedad, son las principales propiedades que tendrán un impacto en el procesamiento. En el caso de los concentrados de color y aditivos, es importante tener en cuenta variables como dispersión, resistencias térmicas, compatibilidad con la resina, etc. variables que debe asegurar el proveedor del material.
Problemas derivados
Un cambio en la viscosidad podría ocasionar problemas de flujo del material plastificado (cambios en el peso molecular), reflejándose con problemas de homogenización. En el caso de una mala dispersión de pigmento desde el masterbatch podría reflejarse por ejemplo con puntos de pigmento no dispersos, baja intensidad del color, rompimiento de película.
Soluciones
Cambio de lote o materia prima, control de calidad en materia prima. Hay casos donde las variables y sus especificaciones desde la compra no están correctamente definidas, por lo que se debe atacar como causa raíz para evitar a futuro la reincidencia con el mismo o con otros proveedores.
2. Preparación de la materia prima
No toda la materia prima se procesa tal como se compra, muchas veces suele requerir procesos previos como el secado o la mezcla con aditivos, para alcanzar el resultado esperado.
Problemas derivados
Mezclado: si un pigmento no se mezcla correctamente el defecto se verá como variaciones de color en el artículo final, podrían aparecer ráfagas de color; si se trata de un aditivo se perdería la efectividad de este.
Secado: los materiales higroscópicos deben secarse a la temperatura y tiempo según el material y el contenido de humedad a retirarse. Contenidos altos de humedad pueden provocar defectos visuales como ráfagas (manchas blancas), burbujas o inclusive degradación del polímero. Los materiales que no son considerados higroscópicos pueden presentar un nivel de humedad superficial mayor a lo esperado debido a malas condiciones de almacenamiento o a procesos previos que utilicen agua como el reciclaje (posconsumo).
Soluciones
Mezclado: estandarización del proceso, mantenimiento preventivo. Si dentro de los materiales se cuenta con alguno con densidad aparente muy distinta al resto (tamaño de pellet mucho más pequeño o grande), puede provocar problemas de mezclado, por lo que es importante validar que este factor no influya y controlarlo.
Secado: se corrige con tiempo de secado y/o temperatura, generalmente con tiempo para evitar aglomeramiento de pellets o degradación del material.
3. Desgastes de equipo
Por lo general los desgastes se pueden verificar desarmando el equipo, sin embargo, hay indicios como: inestabilidad del flujo, caída en la productividad y/o residuos metálicos en el artículo extruido (visibles o taponamiento en filtros).
Problemas derivados
Desgaste por abrasión: se presenta cuando el material extruido o las cargas dentro de la fórmula presentan un alto nivel de dureza inorgánicas y desgastan el husillo y/o cañón.
Desgaste por corrosión: se presenta cuando alguna sustancia presente en el material plastificado ataca químicamente la superficie del husillo y/o cañón.
Soluciones
Desgaste abrasivo: se pueden aplicar recubrimientos en las superficies metálicas, evaluar reducir contenido de cargas en la fórmula o cambiar la secuencia en la que se adicionan (alimentación en puertos de venteo posterior a la zona de plastificación), también verificar si hay cambios de presión, de ser así se puede reducir la relación de compresión y la velocidad del husillo. Desgaste corrosivo: si la fórmula lo permite, se puede evaluar eliminar la sustancia corrosiva, o aplicar recubrimientos anticorrosivos (ej. nitrurados especiales).
4. Alimentación
La alimentación en un extrusor empieza en la tolva y termina en la primera sección del extrusor (zona de alimentación).
Problemas derivados
Tolva: las tolvas con alimentación forzada suelen presentar algunos problemas en operación, como que el flujo no sea uniforme y constante, esto se puede observar en irregularidades en el artículo final (ej. variaciones de espesor). Los problemas con una tolva convencional no son comunes.
Zona de alimentación: en esta sección el plástico debe ser desplazado, pero no plastificado, por lo general muchos problemas se dan a una temperatura muy alta en dicha zona ocasionando que el plástico se funda antes de tiempo y no pueda avanzar a las siguientes secciones del husillo (taponamiento).
Soluciones
Tolva: un mal diseño de tolva presentaría problemas desde el arranque de esta, por lo que de ser esta la causa la solución evidente sería el cambio de esta. En el caso de tolvas de
alimentación forzada se debe realizar mantenimientos de forma frecuente al ser común los fallos. Zona de alimentación: siempre se debe revisar primero la temperatura de la garganta y zona de alimentación del husillo y reducirla hasta que se controle el problema.
5. Plastificación
Es el cambio de estado sólido a fluido viscoso y se da en la zona de plastificación del husillo por fricción y temperatura. Los problemas que se puedan dar están asociados con un exceso o falta de energía calorífica, derivando en una degradación del material o una plastificación incompleta.
Puntos Negros, Geles, Amarillamiento y Pinholes
6. Flujo
Es una propiedad de materiales en estado fluido como los líquidos y los materiales viscoelásticos como el plástico.
Piel de tiburón y fractura de fusión
7. Enfriamiento
Es la última etapa y consiste en solidificar el artículo plástico y estabilizarlo. Es importante mencionar que la estabilización puede llevar más tiempo.
Problemas derivados
Cristalinidad y encogimiento: la cristalinidad es el ordenamiento de las moléculas en lugares fijos, en este proceso se produce un encogimiento. Esta variable depende del grado de cristalinidad del polímero (semicristalinos) y se ve influenciada también por la etapa de enfriamiento. Con el fin de incrementar productividad a veces se reduce el tiempo de enfriamiento y esto puede producir esfuerzos residuales (falta de cristalización) y a su vez reflejarse en defectos como fragilización y/o deformaciones en el artículo final.
Propiedades ópticas: la transparencia, brillo y opacidad están fuertemente influenciadas por las condiciones de enfriamiento. Mientras más rápido es el enfriamiento, menor grado de cristalinidad en el producto y esto a su vez deriva en mayor brillo y transparencia. Es importante tomar en cuenta que esto puede favorecer esfuerzos residuales que posteriormente fragilizan el artículo.
Soluciones
Equilibrio térmico para lograr la estabilidad entre productividad y propiedades ópticas,
dimensionales y mecánicas. Se debe buscar que el enfriamiento sea gradual: el producto debe lograr una temperatura menor al valor de HDT del polímero cuando el producto sale de la zona de mayor enfriamiento.