Exploración de la extrusora de laboratorio de doble tornillo de alta velocidad Saronno de OMC para compuestos de polímeros biodegradables

En los últimos años, el desarrollo de compuestos de polímeros biodegradables ha ganado una considerable atención en el mundo de la ciencia de los materiales por su potencial para resolver los problemas de contaminación por plástico. En esta publicación del blog se presenta una máquina de última generación llamada extrusora de laboratorio de doble tornillo de alta velocidad OMC Saronno que ayuda a procesar estas sustancias innovadoras. Al observar lo que puede hacer y cómo se utiliza, los lectores aprenderán sobre las diferentes especificaciones técnicas, capacidades operativas y aplicaciones prácticas involucradas con esta extrusora, lo que les dará una idea de su contribución a la producción de materiales ecológicos de alto rendimiento. Además, en este artículo también se analizan las implicaciones más amplias en torno a las prácticas sostenibles que involucran a los compuestos de polímeros biodegradables, además de su papel para abordar los desafíos ambientales actuales.

¿Cuáles son los materiales y métodos clave utilizados en las extrusoras OMC Saronno?

Comprender la función de los polímeros en los compuestos biodegradables

La función principal de los polímeros en los compuestos biodegradables es servir como matriz, dándole resistencia y flexibilidad. La elección del polímero utilizado afecta en gran medida la velocidad de descomposición del compuesto, así como sus propiedades mecánicas y otras cualidades. Por ejemplo, algunos polímeros comunes plásticos biodegradables Son materiales a base de ácido poliláctico (PLA), polihidroxialcanoatos (PHA) y almidón; cada uno de ellos tiene diferentes beneficios para diversas aplicaciones. Además, agregar rellenos o aditivos puede mejorar aspectos como la resistencia, la estabilidad térmica o la resistencia a la humedad, lo que significa que puede diseñarlos más adecuados para los diferentes entornos en los que se utilizarán más adelante.

¿Qué hace una extrusora de doble tornillo en el procesamiento de polímeros?

Una característica importante de esta máquina es que ayuda a procesar polímeros de manera más eficiente, especialmente durante las etapas de producción cuando se fabrican compuestos compostables. Esto sucede al facilitar una buena mezcla entre los diferentes componentes, así como al controlar la transferencia de calor dentro del material que se mezcla entre sí en un momento dado. Sin embargo, en términos específicos, los tornillos entrelazados ayudan a garantizar una distribución adecuada al permitir una mezcla completa y, al mismo tiempo, mantener la uniformidad a lo largo de su longitud, lo que evita las regiones donde un tipo podría dominar sobre otros, lo que afectaría negativamente las propiedades mecánicas deseadas; pero también al controlar la temperatura. Perfiles finos a lo largo de la extrusión. Las paredes de la cámara evitan que los bioplásticos sensibles como el PLA y el PHA sufran una degradación térmica excesiva. Además, su configuración permite bombear fácilmente la materia prima mediante un transporte continuo a lo largo de la sección de procesamiento, lo que aumenta la tasa de producción.

¿Cómo sabemos qué rellenos utilizar en un proceso de extrusión?

Al realizar extrusiones, se pueden emplear muchos aditivos para mejorar el rendimiento del material y la eficiencia del proceso. Algunos de los más utilizados son:

• Plastificantes: son sustancias químicas que se añaden a ciertos tipos de plástico para hacerlos menos rígidos o quebradizos, mejorando así sus características de trabajabilidad durante los procesos de conformación, como la extrusión, donde se produce un calentamiento seguido de un enfriamiento rápido que genera fragilidad; los plastificantes funcionan reduciendo las fuerzas intermoleculares entre las cadenas, lo que hace que se deslicen unas sobre otras con facilidad, lo que reduce la viscosidad pero sin afectar demasiado otras propiedades como la resistencia.
• Estabilizadores: pueden ser estabilizadores térmicos o UV que protegen los plásticos de la degradación debido a la exposición a la luz durante largos períodos mientras se procesan; lo hacen absorbiendo la radiación dañina para los polímeros o neutralizando los radicales libres creados durante la fase de calentamiento, aumentando así la vida útil del producto final.
• Rellenos: por ejemplo, el carbonato de calcio y el talco, entre otros, se utilizan con frecuencia como materiales de relleno en los compuestos biodegradables, ya que tienen el potencial de mejorar las propiedades mecánicas, como el módulo, pero también de reducir el costo por unidad de peso y cambiar las características de procesabilidad, como la fluidez, que también afecta la densidad. Ayudan a mejorar la rigidez y la resistencia al impacto, al mismo tiempo que influyen en la densidad.

Estos aditivos nos permiten adaptar nuestros artículos extruidos a los requisitos específicos requeridos para diferentes aplicaciones, contribuyendo así a la sostenibilidad general del rendimiento de diversas industrias donde se utilizan polímeros.

¿Qué resultados y discusiones surgen del uso del extrusor Saronno?

¿Cómo se pueden cambiar las propiedades mecánicas en los compuestos de biopolímeros?

Los materiales compuestos de biopolímeros tienen propiedades mecánicas muy variadas que dependen de su composición, de cómo se han procesado y de los agentes de refuerzo utilizados. A continuación, se indican algunos parámetros técnicos clave que afectan a estos cambios:

• Resistencia a la tracción: normalmente se mide en megapascales (MPa). La cantidad y el tipo de refuerzo influyen en gran medida en la resistencia a la tracción de los compuestos de biopolímeros. Por ejemplo, la incorporación de fibras naturales como el yute o el cáñamo puede aumentar esta propiedad debido a su naturaleza estructural.
• Módulo de Young: también conocido como rigidez, expresado en gigapascales (GPa). Suele mejorar cuando se rellena con materiales rígidos, lo que lo hace más rígido y capaz de soportar cargas más elevadas, especialmente en aplicaciones de polímeros moldeados.
• Resistencia al impacto: se determina mediante pruebas como la prueba de impacto Izod, en la que se utilizan instrumentos para medir la tenacidad o la resistencia a la fractura en condiciones de carga de impacto. Se pueden añadir agentes endurecedores o elastómeros para mejorar las capacidades de absorción de energía y, de ese modo, mejorar la resistencia al impacto.
• Resistencia a la flexión: al igual que la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión mide la capacidad de un material para resistir fuerzas de flexión; sin embargo, también proporciona una indicación sobre su capacidad de soportar cargas de compresión. Las propiedades de flexión se pueden mejorar en gran medida mediante el uso de refuerzos de fibra.

A partir de estos parámetros, se puede ver que la selección adecuada de la matriz polimérica y de los componentes de refuerzo es crucial para lograr las propiedades mecánicas deseadas en el producto moldeado final. Estas mejoras no solo satisfacen las necesidades específicas de la aplicación, sino que también mejoran la sostenibilidad general de estos materiales en diversos usos industriales.

¿Cuáles son algunas propiedades térmicas que exhiben los compuestos basados en PLA?

Los compuestos a base de ácido poliláctico (PLA) presentan características térmicas únicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones dentro de las industrias. Entre ellas, se incluyen las siguientes:

• Temperatura de transición vítrea (Tg): Normalmente, el PLA tiene un rango de Tg entre 55 y 65 °C, pero esto puede modificarse dependiendo de los aditivos incorporados o la presencia de otros polímeros dentro de su estructura; los compuestos pueden exhibir una Tg desplazada que es útil en aplicaciones resistentes al calor.
• Temperatura de descomposición térmica: los compuestos de PLA tienden a degradarse térmicamente a partir de los 300 °C. La adición de rellenos inorgánicos u otros polímeros puede mejorar la estabilidad térmica y, por lo tanto, retrasar el inicio de la descomposición.
• Temperatura de deflexión térmica (HDT): se utilizan agentes de refuerzo y copolímeros para aumentar la HDT de los compuestos basados en PLA para que puedan soportar temperaturas más altas sin perder su forma.

Estas propiedades térmicas son muy importantes a la hora de evaluar el rendimiento de los compuestos basados en PLA, particularmente cuando estarán expuestos a temperaturas elevadas durante su uso.

¿Qué efecto tiene la carga de relleno en el rendimiento de los materiales compuestos?

El rendimiento de los materiales compuestos se ve muy afectado por la carga mecánica y térmica del material de relleno. Muchos estudios han demostrado que aumentar la cantidad de material de relleno mejora la rigidez y la resistencia, como se esperaba. Esto ocurre porque hay una mejor transferencia de carga entre la matriz y los materiales de relleno de refuerzo. Sin embargo, si se añaden demasiados materiales de relleno, puede producirse una aglomeración que dé lugar a una mala dispersión en todo el material, lo que en última instancia afecta negativamente a sus propiedades mecánicas. Además, la elección del agente de relleno determina en gran medida la estabilidad térmica, así como el comportamiento de procesamiento que exhiben los materiales compuestos; por ejemplo, el talco o el carbonato de calcio, entre otros, podrían utilizarse como materiales de relleno inorgánicos para mejorar la conductividad térmica, mejorando así la disipación en aplicaciones de alta temperatura. En términos generales, se puede decir que es necesario optimizar el nivel en el que se deben cargar los materiales de relleno en una matriz de polímero, con el equilibrio deseado entre resistencia, ductilidad y características térmicas necesarias para que se adapten a usos industriales específicos.

¿Cuáles son los conflictos de intereses en las investigaciones que involucran extrusoras?

¿Tienen alguna ética las investigaciones en fabricación aditiva?

La investigación y aplicación responsable de la fabricación aditiva (FA), conocida popularmente como impresión 3D, exige el reconocimiento y la gestión integral de una serie de cuestiones éticas. Una de las principales preocupaciones es la violación de los derechos de propiedad intelectual. Dado que las tecnologías de FA facilitan la duplicación de diseños, existe un mayor riesgo de producción sin autorización de objetos protegidos por patentes o derechos de autor. Por tanto, es necesario que los investigadores se aseguren de proteger estos derechos y, al mismo tiempo, fomenten la innovación.

La seguridad, junto con la conformidad con las normas, también forma parte de las consideraciones éticas en relación con este tema. La producción de piezas mediante fabricación aditiva para aplicaciones vitales como la industria aeroespacial o los dispositivos médicos exige un estricto cumplimiento de los estándares de control de calidad. El incumplimiento de estos estándares puede dar lugar a resultados catastróficos, por lo que es necesario aplicar protocolos de prueba y certificación exhaustivos para los materiales utilizados en los procesos de moldeo. Además, los materiales utilizados durante los procesos de fabricación aditiva pueden tener efectos sobre el medio ambiente y la salud, por lo que deben obtenerse de forma responsable y someterse a evaluaciones del ciclo de vida destinadas a reducir los efectos negativos.

Otra preocupación ética crucial es la privacidad de los datos, en particular cuando se utilizan archivos digitales en la fabricación aditiva. Pueden producirse infracciones cuando los archivos de diseño contienen información confidencial, lo que plantea interrogantes sobre la protección de los datos. Para mitigar esos riesgos, los investigadores deben adoptar medidas sólidas de ciberseguridad junto con políticas transparentes sobre el uso de los datos.

Además, la accesibilidad de las tecnologías de fabricación aditiva plantea cuestiones socioeconómicas. El avance continuo de la fabricación aditiva puede generar disparidades entre quienes pueden aprovechar estos avances y quienes no tienen acceso a ellos. Las reflexiones éticas deben abarcar esfuerzos encaminados a garantizar una distribución equitativa de la tecnología y la educación, de modo que se pueda lograr la inclusión en los beneficios que surgen de los avances de la fabricación aditiva.

¿Qué debemos hacer respecto del posible sesgo en los estudios de extrusión?

Se debe implementar una metodología integral que involucre varias estrategias para abordar posibles prejuicios durante las investigaciones de extrusión. En primer lugar, se deben adoptar diseños experimentales estrictos que aleatoricen la asignación de muestras, minimizando así el sesgo de selección. En segundo lugar, se pueden aplicar métodos de cegamiento cuando tanto los participantes como los investigadores desconocen ciertas variables críticas a lo largo del estudio para evitar sesgos en la recopilación y el análisis de datos. En tercer lugar, es importante utilizar materiales uniformes junto con procesos de fabricación para garantizar la coherencia en los ensayos, ya que las variaciones pueden introducir sesgos no deseados.

Además, los investigadores deben emplear técnicas estadísticas para ajustar cualquier factor de confusión identificado que pueda sesgar los hallazgos. Las revisiones de la literatura también pueden ayudar a identificar sesgos existentes en estudios previos, permitiendo así a los futuros investigadores diseñar los suyos propios con este conocimiento a mano. Finalmente, la transparencia al informar las metodologías utilizadas y los resultados obtenidos es clave; discutir abiertamente sobre las limitaciones podría mejorar la credibilidad de los hallazgos además de contribuir a una interpretación más equilibrada de los resultados.

¿Cuál es la declaración de disponibilidad de datos para OMC Saronno Research?

¿Dónde puedo encontrar datos sin procesar del experimento del extrusor?

Los datos sin procesar de los experimentos con extrusoras se pueden encontrar en varias plataformas en línea. Estas tres se encuentran entre las más populares:

• ResearchGate: Este sitio web permite a los científicos compartir sus publicaciones y conjuntos de datos, ya sea contactando directamente a los autores o a través de archivos adicionales que se hayan cargado. Muchas veces hay archivos específicos con información sobre proyectos relacionados con la extrusión disponibles para descargar.
• Figshare: los conjuntos de datos se pueden compartir públicamente en Figshare. A menudo, con los estudios de extrusión, no solo se proporcionan datos sin procesar, sino también visualizaciones y otros materiales complementarios que permiten a los usuarios explorarlos y aprovecharlos más para sus necesidades de investigación o análisis.
• Dryad: Dryad es un repositorio de código abierto centrado en datos asociados a publicaciones científicas. Los investigadores pueden enviar datos sin procesar sobre experimentos de extrusión con un extrusor de un solo tornillo para que estén disponibles para revisión por pares y descarga pública, mejorando así la transparencia y la reproducibilidad de la investigación.

Estos recursos permiten a las personas que desean realizar experimentos con extrusores acceder a la materia prima relevante fácilmente, ahorrando tiempo y esfuerzo y al mismo tiempo garantizando la validez de los resultados obtenidos de dichas investigaciones.

¿Cómo se pueden entender las pruebas mecánicas de los materiales compuestos?

Para comprender los datos de las pruebas mecánicas de los materiales compuestos, es necesario saber qué parámetros se miden y cómo se informan esas cantidades en las pruebas realizadas sobre los materiales utilizados.

• Curvas de tensión-deformación: Las curvas de tensión-deformación muestran la tensión aplicada frente a la deformación. La forma de este gráfico nos indica el comportamiento elástico (hasta el punto de fluencia) seguido de la deformación plástica hasta que se alcanza la resistencia máxima. Los puntos importantes incluyen la resistencia máxima a la fluencia, la resistencia máxima a la tracción (UTS) o simplemente la "resistencia" y el módulo de elasticidad ("módulo elástico") en cualquier parte a lo largo de la curva donde no cambie la inclinación de manera significativa.
• Módulo de resiliencia y tenacidad: el módulo de resiliencia representa la energía absorbida por unidad de volumen de manera elástica, mientras que la tenacidad muestra la cantidad necesaria para romper un material polimérico. En otras palabras, ambos miden la capacidad de un material para absorber energía sin fallar, pero en diferentes niveles.
• Modos de falla: la fractura de la fibra, el agrietamiento de la matriz y la delaminación son algunos ejemplos de modos de falla observados durante las pruebas que pueden brindar información útil sobre el rendimiento de los materiales compuestos. Este conocimiento también ayuda con los cambios futuros de selección y diseño en función de lo que provocó la falla en primer lugar.

Al observar estas partes paso a paso, se obtendrá una comprensión completa del rendimiento mecánico de cualquier tipo de compuesto y su idoneidad para diversas aplicaciones. Para obtener normas y metodologías más detalladas, consulte ASTM D3039 (propiedades de tracción) o ASTM D790 (propiedades de flexión), entre otros procedimientos estandarizados que establecen protocolos de prueba mecánica consistentes dentro del campo de los compuestos.

¿Cómo caracterizar el desempeño de los polímeros biodegradables?

¿Cuáles son las técnicas utilizadas para realizar pruebas mecánicas en materiales compuestos?

Existen muchos métodos estandarizados de pruebas mecánicas de materiales compuestos que se utilizan para evaluar sus propiedades en diferentes condiciones de carga. A continuación, se indican algunos de los más utilizados:

• Prueba de tracción: Esta técnica determina la resistencia a la tracción y la elongación de rotura de un material. La muestra se somete a una carga axial que aumenta gradualmente hasta que falla. La resistencia a la fluencia, la resistencia máxima a la tracción y el porcentaje de elongación son algunos parámetros importantes que se pueden determinar a partir de esta prueba de acuerdo con las normas ASTM D3039 y se pueden representar gráficamente en una curva de tensión-deformación.
• Prueba de flexión: se realiza para conocer las propiedades de flexión de los materiales compuestos. Se coloca una muestra en una configuración de tres o cuatro puntos donde se miden la resistencia y el módulo de flexión como indicadores de su capacidad para soportar fuerzas de flexión de acuerdo con la norma ASTM D790, lo que garantiza resultados confiables.
• Prueba de compresión: este método evalúa la resistencia a la compresión y el módulo de los materiales compuestos mediante la aplicación de cargas axiales que comprimen el material hasta que se rompe. Nos ayuda a comprender cómo se comportan los materiales bajo fuerzas destructivas, especialmente en aplicaciones estructurales.
• Prueba de impacto: aquí se evalúa la tenacidad midiendo la resistencia contra impactos repentinos mientras se utilizan pruebas Charpy o Izod con energía absorbida antes de la falla, lo que refleja la tenacidad necesaria para situaciones de carga dinámica donde se pueden emplear materiales.
• Prueba de corte: la resistencia y el módulo de corte se pueden determinar mediante pruebas de corte, como la prueba de corte por solape, etc., especialmente útiles cuando se trata de situaciones de unión adhesiva que involucran materiales compuestos. La prueba de corte brinda información sobre la direccionalidad de la resistencia dentro de los materiales compuestos.
• Prueba de fatiga: se realiza sometiendo al material compuesto a cargas cíclicas con el fin de evaluar su durabilidad o vida útil en dichas condiciones; implica ciclos repetidos de carga/descarga hasta que se produce la falla, revelando así el número de ciclos necesarios para la falla (Nf), que se vuelve significativo en aplicaciones sujetas a tensiones dinámicas.

Todas estas técnicas de prueba nos ayudan a obtener conocimientos sobre varios aspectos de las propiedades mecánicas que exhiben los compuestos, lo que permite a los ingenieros e investigadores tomar decisiones correctas con respecto a la selección de materiales en relación con los requisitos de diseño específicos.

¿Cómo puedo medir el alargamiento de rotura en extrusiones?

La evaluación del alargamiento a la rotura de materiales extruidos requiere un enfoque sistemático que utilice métodos de prueba de tracción estándar. Primero, prepare una muestra de extrusión de acuerdo con las normas industriales pertinentes, por ejemplo, ASTM D638, donde se debe mantener un ancho y una longitud de calibre definidos para una medición consistente. Utilice una máquina de prueba universal (UTM) para aplicar una carga de tracción sobre la muestra a una velocidad controlada hasta que falle, medida en mm. Durante la prueba, registre los cambios en la longitud de la muestra utilizando sistemas de medición de alargamiento precisos como extensómetros digitales, etc. Calcule el porcentaje de alargamiento a la rotura dividiendo el aumento de longitud por la longitud de calibre original y luego multiplicándolo por 100%. Este valor es importante ya que muestra cuánto puede estirarse un material antes de romperse. aplicaciones prácticas indicando también su rendimiento general en términos de ductilidad.

¿Cuáles son las funciones del peso molecular en las propiedades de los materiales?

Las propiedades de los materiales se ven muy afectadas por el peso molecular, especialmente en los polímeros, lo que influye en su comportamiento durante el procesamiento en una extrusora de un solo tornillo. Por lo general, una mayor viscosidad y resistencia están relacionadas con pesos moleculares mayores, lo que a su vez conduce a tenacidad y resistencia al impacto. Por otro lado, los materiales con bajo puntos de fusión Además, se puede observar una menor estabilidad térmica en pesos moleculares más bajos, lo que puede afectar su procesamiento en aplicaciones de moldeo. Además, este artículo considera cómo el grado de polimerización afecta la cristalinidad debido a diferentes pesos moleculares, lo que afecta propiedades como el módulo elástico, la resistencia a la tracción, etc., siendo la resistencia térmica el último factor entre otros, dependiendo del campo de aplicación, como la industria aeroespacial o el sector automotriz o incluso la industria de dispositivos médicos.

Fuentes de referencia

Relleno (materiales)

El plastico

Matriz (matemáticas)

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es el objetivo principal de la extrusora de laboratorio de doble tornillo de alta velocidad OMC Saronno en términos de compuestos poliméricos biodegradables?

A: La función principal del OMC Saronno High-Speed Tornillo doble La extrusora de laboratorio, en el contexto de compuestos poliméricos biodegradables, sirve para prepararlos y procesarlos; esto permite mezclar y combinar de manera eficiente polímeros de base natural con diferentes aditivos.

P: ¿De qué manera cambian las propiedades de la matriz polimérica cuando varía la temperatura del extrusor?

R: Las características mecánicas y térmicas de una matriz polimérica están muy influenciadas por la temperatura de la extrusora, que debe rondar los 50 °C (aproximadamente) para obtener mejores resultados en términos de mezcla sin degradación.

P: ¿Cuáles son algunas de las ventajas que ofrece una extrusora de doble tornillo corrotante en comparación con una de tornillo único?

R: En comparación con los tipos de tornillo único, los modelos de tornillo doble corrotativo tienen una mejor capacidad de mezcla, mayor uniformidad del compuesto y un control superior sobre las condiciones de procesamiento.

P: ¿Qué pruebas se realizaron para evaluar las propiedades mecánicas de estos compuestos?

R: Se realizaron pruebas de tracción y de flexión para evaluar la resistencia y la elasticidad (propiedades mecánicas) respectivamente; estas ayudaron a comprender el comportamiento en diversas condiciones.

P: ¿Qué hace el nitrógeno durante la extrusión?

A: La razón por la cual se introduce nitrógeno en el proceso de extrusión implica su capacidad para regular el control del contenido de humedad y prevenir la degradación térmica, mejorando así la calidad y la estabilidad del compuesto polimérico biodegradable final.

P: ¿Cómo funciona el modelado por deposición fundida en relación con una extrusora para estos compuestos?

A: El modelado por deposición fundida funciona de la mano con una extrusora cuando se trata de crear prototipos o piezas finales a partir de compuestos de polímeros biodegradables extruidos, lo que permite dar forma precisa al material a través de diferentes aplicaciones que pueden implicar capas.