Extrusión de doble husillo: Cómo elegir la mejor extrusora de doble husillo

La extrusión de doble tornillo es una piedra angular de la fabricación moderna, que combina los procesos de fusión, mezcla y moldeado de materiales en una única operación continua. Se refiere al uso de dos tornillos entrelazados que giran conjuntamente dentro de un barril calentado para procesar una amplia gama de materiales, sobre todo polímeros.

Esta tecnología es fundamental para el compounding, en el que los aditivos y las cargas se mezclan con precisión en una base polimérica para crear materiales con propiedades específicas. En este blog exploraremos los principios fundamentales de la extrusión de doble tornillo, desde su mecánica básica hasta los factores que influyen en la selección de la mejor... extrusora de doble tornillo para sus necesidades específicas de fabricación.

Principios de la extrusión de doble husillo

La extrusión de doble tornillo utiliza un sistema compuesto por dos tornillos entrelazados y un barril que funciona como un mezclador continuo. Con su capacidad única para procesar materiales de alta viscosidad, cada sección del barril de la extrusora ofrece un control independiente de la temperatura, el tiempo de permanencia del material y la resistencia al cizallamiento.

Diversos componentes de la materia prima, como polímeros, aditivos, cargas y estabilizadores, se añaden a los tornillos de una sola vez o por etapas a través de uno o varios puertos de alimentación. A continuación, el material se transporta a través de distintas zonas para completar una serie de pasos de procesamiento fundamentales. Éstas incluyen el transporte de sólidos, la fusión bajo presión, la mezcla distributiva y dispersiva, la desvolatilización, el transporte de la masa fundida y, por último, la extrusión y el conformado.

El proceso tradicional de extrusión monohusillo utiliza generalmente un polímero base como materia prima. Funde y mezcla el material mediante calor externo y la fricción de cizallamiento generada por la rotación del tornillo. A continuación, el material fundido se empuja a través de una matriz, se enfría y se le da forma para crear el producto final. Este proceso implica principalmente cambios físicos en los que el material pasa de un estado sólido a un estado líquido (flujo viscoso) y de nuevo a un estado sólido. La extrusión de doble tornillo, sin embargo, es mucho más avanzada y permite realizar compuestos complejos, mezclar materiales distintos e incluso procesos reactivos.

La viscosidad de los sistemas poliméricos puede cambiar drásticamente durante el procesamiento, especialmente cuando se introducen aditivos o cargas. Cuando la viscosidad del material es alta, una extrusora estándar de un solo husillo puede tener problemas para proporcionar una presión de mezcla o transporte adecuada. La extrusión de doble husillo destaca en estas condiciones. La acción entrelazada y autolimpiante de los tornillos puede manejar con eficacia materiales de alta viscosidad, proporcionando la mezcla intensa necesaria para crear una mezcla homogénea y combinando múltiples pasos de procesamiento en una sola operación continua.

Las propiedades finales del compuesto extruido vienen determinadas por los materiales de base y los aditivos utilizados. Sin embargo, el propio proceso influye significativamente en el resultado al controlar las condiciones a nivel micro. En el caso de las extrusoras de doble husillo, la reología (comportamiento de flujo), la transferencia de calor y la intensidad de mezcla desempeñan un papel clave en la calidad final del producto, y todos estos factores están interconectados y se influyen mutuamente a lo largo del proceso.

Aplicaciones de la extrusión de doble tornillo

La extrusión de doble tornillo se ha utilizado ampliamente en la composición, mezcla, desvolatilización y reprocesamiento de polímeros, y ha desempeñado un papel importante en la modificación de materiales, la producción de masterbatches y la fabricación de plásticos de alto rendimiento.

Las principales aplicaciones de las extrusoras de doble husillo son las siguientes:

1. Composición y mezcla de polímeros: Mezclar polímeros base con agentes de refuerzo o cargas para mejorar significativamente sus propiedades físicas y mecánicas.
2. Producción de masterbatches y aditivos: Dispersión de altas concentraciones de pigmentos, estabilizadores u otros aditivos en resinas poliméricas para conseguir un color o una funcionalización uniformes.
3. Procesado de plásticos técnicos: Manipulación de materiales sensibles a la temperatura y de alta viscosidad necesarios para aplicaciones avanzadas en los sectores de la automoción y la electrónica.
4. Reciclado y reprocesado de plásticos: Convertir los residuos plásticos postconsumo o postindustriales en pellets utilizables de alta calidad, apoyando la fabricación sostenible.
5. Fabricación de productos especializados: Creación de aleaciones y compuestos de polímeros complejos mediante la mezcla minuciosa de diferentes polímeros para conseguir características de rendimiento superiores.

¿Cuál es la mejor extrusora de doble husillo?

Requisitos de equipamiento de las extrusoras de doble husillo:

1. Tiempo suficiente de fusión y transformación

La extrusora debe proporcionar tiempo suficiente para que los materiales se fundan, mezclen y homogeneicen. Además, debe haber tiempo suficiente en la sección de desvolatilización para eliminar los volátiles del producto, lo que requiere que la extrusora tenga una gran relación longitud-diámetro (L/D).

2. Distribución estrecha del tiempo de residencia

La distribución del tiempo de permanencia del material debe ser estrecha para garantizar un procesamiento uniforme. Al mismo tiempo, es crucial evitar que algunos materiales se degraden o sufran otras reacciones secundarias debido a los prolongados tiempos de residencia a altas temperaturas.

3. Excelente rendimiento de ventilación

Durante el compounding, es necesario eliminar la humedad, el aire atrapado y otros componentes volátiles del material. Para ello, normalmente es necesario alcanzar rápidamente altos niveles de vacío sin que la extrusora rebose o pierda material (flujo de ventilación).

4. Gran capacidad de transporte y cizallamiento del husillo

El tornillo debe tener una gran capacidad de transporte y cizallamiento. Dado que la viscosidad de la mezcla de polímeros puede variar significativamente tras la fusión, dificultando la mezcla y el transporte, es necesario mejorar la capacidad de transporte del tornillo. El cizallamiento intenso también es esencial para una mezcla dispersiva adecuada.

5. Buena función de transferencia de calor

Durante el compounding de alto cizallamiento, el calor de fricción liberado debe eliminarse rápidamente del sistema para evitar la degradación del material. Por lo tanto, el cilindro de la extrusora debe tener una excelente capacidad de refrigeración para mantener un control preciso de la temperatura.

Las máquinas utilizadas para la extrusión pueden ser extrusoras monohusillo, extrusoras de doble husillo y extrusoras de husillo recíproco. A continuación se presenta una comparación de las tres:

	Extrusora de doble tornillo	Extrusora de un solo tornillo	Extrusora de husillo recíproco
Ventajas	Alta eficacia, control preciso, multifunción, fácil manejo, buena plasticidad y excelente rendimiento de mezcla, transferencia de calor y escape.	Diseño sencillo, bajo precio, buena plastificación, bajo consumo de energía, poco ruido, funcionamiento estable, gran capacidad de carga y larga vida útil.	Se caracteriza por un cizallamiento uniforme, una alta dispersión y una gran capacidad de llenado, combinando las ventajas de las extrusoras monohusillo y de doble husillo.
Desventajas	La estructura es compleja, el precio es elevado y el flujo complejo en la zona de mallado es difícil de analizar con precisión.	El transporte del material depende de la fricción, lo que limita el rendimiento de la alimentación. Los polvos, las pastas y las cargas son difíciles de añadir. La alta presión del cabezal reduce la productividad.	Su complejidad puede afectar a la facilidad de manejo y aumentar los costes de mantenimiento.
Ámbito de aplicación	Adecuado para aplicaciones que requieren una gran capacidad de mezcla y productos de alta calidad.	Ideal para materiales que no requieren una gran uniformidad de mezcla.	Se utiliza para aplicaciones con elevados requisitos de uniformidad de mezcla y efecto plastificante.

La opción más popular y práctica hoy en día es la extrusora de doble husillo

Las extrusoras necesarias para las distintas tareas de compounding están diseñadas específicamente. A diferencia de las extrusoras de uso general, en los procesos de compounding se suelen utilizar extrusoras de doble husillo corrotantes porque presentan las siguientes características:

• Función de mezcla de gran eficacia para mejorar la uniformidad.
• Función de desvolatilización de gran eficacia.
• Función de eliminación de calor muy eficaz para reducir el gradiente de temperatura de los materiales.
• Tiempo de residencia del material razonable.

El compuesto puede realizarse con extrusoras de doble husillo contrarrotatorias, pero es menos habitual que con extrusoras de doble husillo corrotatorias.

Aplicación de extrusoras de doble husillo contrarrotantes en el compounding

Suelen utilizarse en aplicaciones que requieren un bajo cizallamiento y un mejor control del tiempo de permanencia del material, como el procesamiento del PVC.

En comparación con las extrusoras corrotantes, las extrusoras contrarrotantes proporcionan un menor cizallamiento. Esto resulta ventajoso para procesar materiales sensibles al cizallamiento, como el PVC, que de otro modo podría degradarse. Aunque las extrusoras contrarrotatorias proporcionan una mezcla distributiva adecuada, suelen ser menos eficaces que las co-rotatorias para la mezcla dispersiva. Esto significa que pueden no ser adecuadas para aplicaciones que requieran una dispersión completa de las cargas.

El diseño de las extrusoras contrarrotantes permite controlar mejor el tiempo de residencia, lo que es esencial para los materiales que requieren un historial preciso de temperatura para evitar su degradación.

Aunque el compounding puede realizarse con extrusoras de doble husillo contrarrotantes, es menos habitual en aplicaciones generales debido a su menor capacidad de mezcla por cizallamiento. Las extrusoras de doble husillo corrotante suelen ser preferibles por su eficacia de mezclado, mejor control de la temperatura y versatilidad, lo que las hace más adecuadas para una gama más amplia de aplicaciones de compuestos. Sin embargo, para procesos específicos que requieren un bajo cizallamiento y un control preciso del tiempo de permanencia, las extrusoras contrarrotatorias siguen siendo una opción viable. En última instancia, la mejor extrusora de doble husillo depende de sus necesidades particulares.

Elegir entre extrusoras de doble husillo corrotantes y contrarrotantes

Las extrusoras de doble husillo corrotante suelen ser las preferidas por su eficacia de mezclado, mejor control de la temperatura y versatilidad, lo que las hace más adecuadas para una gama más amplia de aplicaciones de compuestos.

Por el contrario, las extrusoras de doble husillo contrarrotantes suelen utilizarse en aplicaciones que requieren un bajo cizallamiento y un mejor control del tiempo de permanencia del material. En comparación con las extrusoras corrotantes, las extrusoras contrarrotantes proporcionan un menor cizallamiento, lo que resulta ventajoso para procesar materiales sensibles al cizallamiento que, de otro modo, podrían degradarse. Aunque proporcionan una mezcla distributiva adecuada, suelen ser menos eficaces que las extrusoras corrotatorias para la mezcla dispersiva. Esto significa que pueden no ser adecuadas para aplicaciones que requieren una dispersión completa de las cargas.

El diseño de las extrusoras contrarrotantes permite un mejor control del tiempo de residencia, lo que resulta esencial para los materiales que requieren un historial preciso de temperatura para evitar su degradación. Aunque el compounding puede utilizar extrusoras de doble husillo contrarrotantes, es menos común para aplicaciones de uso general. Sin embargo, para procesos específicos que requieren un bajo cizallamiento y un control preciso del tiempo de residencia, las extrusoras contrarrotatorias siguen siendo una opción viable. En última instancia, la mejor extrusora de doble husillo depende de sus necesidades particulares.