Extrusor de polímeros, ¿qué es y cómo funciona?

La revista +Ciencia de la Facultad de Ingeniería nos invita a conocer cómo funciona un extrusor de polímeros.

El número 22 de la revista +Ciencia de la Facultad de Ingeniería nos trae interesantes artículos sobre cómo será la energía del futuro o contenedores biodegradables de hojas de plátano y de maíz, además de unos sobre qué es y cómo funciona un extrusor de polímeros.

Extrusor de polímeros

El extrusor es el equipo de transformación más utilizado en la industria de los polímeros. Mediante este equipo se pueden producir materiales compuestos, como polímeros con carga mineral o vegetal; concentrados de aditivos para la producción de polímeros de especialidad; polímeros degradables e incluso llevar a cabo reacciones químicas dentro de él, procedimiento conocido como extrusión reactiva.

Figura 1: extrusor de doble husillo, marca Coperion, modelo STS Mc 11. Tomado de: http://www.plastico.com/temas/ Extrusora-de-doble-husillo-STS-Mc11-optimizada-para- masterbatch+115519

¿Qué es el proceso de extrusión?

La extrusión se refiere al proceso industrial de fundir y moldear el plástico a flujo constante de presión y fuerza, para obtener la forma deseada de cierto polímero para su aplicación final. Mediante esta técnica, se pueden obtener productos de excelente calidad como películas para embalaje, bolsas de plástico, tuberías de agua y drenaje, mangueras para jardín, filamentos, envases, entre otros.

¿Cómo funciona el extrusor de polímeros?

Primero, el plástico a transformar (tales como el Policloruro de Vinilo (PVC), Polietileno (PE), Poliestireno (PS), etcétera), se agrega en forma de pellet o polvo al extrusor por la tolva, cuya forma es la de un embudo (ver figura 2). El polímero alimenta así al extrusor, donde es transportado por el husillo o tornillo.

El husillo contiene espirales que permiten que gire el material y sea empujado por estas a través del cilindro con velocidad uniforme. Mientras el material se va moviendo a lo largo del husillo, aumentan la temperatura y la presión dentro del extrusor, por lo que el material comienza a cizallarse, haciendo que se vuelva más compacto. El polímero se logra plastificar gracias al calor generado por la fricción del husillo al estar girando, e igualmente proporcionado por las resistencias eléctricas ubicadas al exterior del cañón, conocidos también como calefactores.

La mayor parte de la energía necesaria para plastificar el polímero es proporcionada por el motor, permitiendo que el husillo gire continuamente. Por ende, después de este proceso, el material sale del cabezal, encontrándose con la placa rompedora y el dado. El dado tiene una boquilla con orificios predeterminados para dar la forma final al polímero. Si la boquilla tiene forma anular, se obtendrán como producto tubos; si es una rendija larga, se tendrá una lámina o película plana y, si la boquilla tiene muchos agujeros pequeños, se formarán filamentos. Al salir del dado, el producto obtenido se enfría entrando en contacto con el aire, el agua o con rodillos metálicos, y puede ser maleable, tras estirar, enrollar o cortar según las dimensiones requeridas.

Existen extrusores de doble husillo que permiten un mezclado perfecto entre el polímero y las cargas utilizadas, ya sean aditivos, minerales, cargas de refuerzo, pigmentos, etcétera. El husillo, sin importar si es sencillo o doble, es el componente de mayor tecnología dentro de la máquina de extrusión. El diseño de este variará dependiendo de la naturaleza del material, ya que los polímeros se funden a diferentes temperaturas. En general, el husillo se divide en tres regiones a partir de la función que estas desempeñan (ver figura 2):

•    De transporte o alimentación: como su nombre lo indica, es donde se alimenta la resina o plástico y las cargas a utilizar.
•    De compresión: en este se realiza la fusión del material y se mezclan los componentes.
•    De dosificación: es donde se presenta el bombeo y la salida del material.

Figura 2: partes principales de un extrusor. Tomado de: https://es.slideshare.net/mobile/betorossa/proceso-de- extrusin-de-plsticos.

El diseño de los husillos depende de los materiales a utilizar. Por ejemplo, si un material tiene un punto de fusión alto, implica que se tardará más tiempo en plastificarse, por lo que su zona de compresión será más larga. Así pues, se puede concluir que el husillo se diseña en función de las propiedades de flujo de los polímeros.

Ventajas

La gran ventaja de este proceso es que se pueden obtener diferentes tipos de productos listos para su uso final, inmediatamente después de su procesamiento. Mediante esta técnica, se pueden obtener productos de diferentes formas, tamaños, colores, texturas y propiedades en función de los componentes utilizados.

Otra ventaja consiste en que los productos elaborados mediante esta técnica se pueden reciclar y ser transformados nuevamente en artículos de valor agregado.

Aplicaciones

Mediante el proceso de extrusión, se pueden obtener películas, persianas, filamentos, concentrados de aditivos y materiales de especialidad con propiedades únicas. A partir de ello, pueden producirse sistemas ópticos, materiales de aislamiento térmico en ferrocarriles, entre otros.

Esta máquina puede ser utilizada por ingenieros químicos, ambientales y, si se cambian las materias primas, hasta por un ingeniero en alimentos. Al ser de uso industrial, no se encuentra un extrusor de polímeros en la Universidad. Sin embargo, es esencial tener cierto conocimiento de su existencia y funcionamiento, ya que se utilizará en el campo de trabajo.

*Artículo de Alín Deyanira Flores García, alumna del 4° semestre de Ingeniería Biomédica.

Referencias
•    Aristegui Maquinaria (2017). Método de extrusión, su proceso y aplicación. Tomado el 3 de noviembre de 2019. Sitio web: https://www. aristegui.info/metodo-de-extrusion-su-proceso-y- aplicacion/
•    Morales, J. (2010). Introducción a la ciencia y tecnología de los plásticos. México: Trillas Textos Científicos. Moldeado, Inyección, Extrusión. Tomado el 3 de noviembre de 2019. Sitio web: https://www.textoscientificos.com/polimeros/ moldeado

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