Líneas de extrusión en plásticos: experimentos de soplado de película y simulación numérica.

La extrusión es la operación unitaria más importante en la industria del procesamiento de plásticos.
Este es un método práctico para fabricar de forma continua secciones transversales complejas, basándose en estrictas tolerancias dimensionales, propiedades mecánicas y características estéticas.
La extrusión es un proceso complejo y delicado, incluso ante cambios mínimos en los parámetros de funcionamiento.
Los problemas que se presentan durante el proceso de extrusión van desde defectos estéticos hasta fallas importantes que pueden paralizar la línea de producción.
Durante la extrusión se producen numerosos defectos superficiales.
Esto destruirá las propiedades estéticas, ópticas, eléctricas y mecánicas de la extrusión.
En los recubrimientos de películas, papel, tuberías, cables y alambres con importantes propiedades superficiales, los problemas estéticos pondrán en riesgo la rentabilidad.
Aunque el defecto superficial sea puramente superficial, puede suponer un obstáculo costoso para las ventas.
La línea de molde es una hendidura o proyección longitudinal formada en la superficie de extrusión (1, 2).
Las franjas pueden extenderse a lo largo de varios cientos de pies.
Cuando la línea de moldeo interfiere seriamente con la extrusión, la línea de procesamiento debe detenerse para limpiar el molde.
Esto resulta caro si se necesita con regularidad.
A pesar de la importancia comercial de estos defectos, existe poca bibliografía sobre la línea de muerte, tanto en estudios experimentales como teóricos.
Anteriormente hemos revisado el mecanismo y los factores que influyen en la formación de la línea de muerte, así como los métodos para suprimir estas rayas (1,2).
Aquí primero ofrecemos una breve introducción sobre cómo medir y caracterizar una línea recta (
Medición de la línea de molde)(2).
Dado que la línea de molde suele observarse en la película soplada, realizamos un experimento de película soplada para estudiar cómo el diámetro depende del tamaño, la forma y la posición del defecto del molde, así como de diversos parámetros de funcionamiento.
Se exploró la relación empírica entre la línea de molde y los defectos, las propiedades del material y las condiciones de operación afectadas, utilizando un grupo adimensional.
Los resultados determinan cuantitativamente la importancia de estos factores en la formación de las líneas de molde.
Para comprender mejor la dinámica de fluidos de la formación de la línea de moldeo, utilizamos fimap para simular el flujo de superficie libre del polímero fundido que sale del borde del molde (versión 8.52)(3).
En concreto, estudiamos cómo los defectos del molde, las propiedades del material y las condiciones de funcionamiento afectan a la línea de moldeo.
Los resultados se compararon con los resultados experimentales.
La línea de dosificación de la matriz es una franja superficial larga.
Al igual que otros defectos superficiales, son visibles porque la luz que dispersan es diferente a la del resto de la superficie.
Por lo tanto, la medición óptica de la superficie ayuda a desarrollar la medición de la línea de molde (2).
En nuestra medición de la línea de molde, clasificamos la línea de molde como una franja independiente en una superficie lisa o una franja distribuida en toda la superficie (2).
Medimos la línea de moldeo utilizando un perfilómetro mecánico.
Las líneas de molde aisladas y distribuidas pueden describirse de esta manera.
Medir la forma de la línea de molde también ayuda a profundizar nuestra comprensión de la dinámica de fluidos de la formación de dicha línea.
Hay tres maneras de describir la línea de molde (2): 1.
Utilice el perfil completo de la línea de molde. 2.
Compare visualmente la línea de molde con el patrón de referencia.
Se trata de deportes acuáticos o semiacuáticos.
Métodos cuantitativos centrados en cosméticos con línea de molde. 3.
Estadísticas de la línea de molde.
Los dos primeros métodos son adecuados para líneas de troquelado aisladas en superficies lisas, y el tercer método es adecuado para líneas de troquelado distribuidas.
Aquí nos centramos en las líneas de extrusión aisladas de la película soplada, que se caracterizan por el uso de sus perfiles, así como por su anchura y altura básicas.
El proceso de extrusión de película soplada se lleva a cabo en la torre de extrusión de película soplada "Yellow Jacket" 6536.
Utilizando una extrusora Killion, una tabla de planchar de 19 mm de pulgada, un paso constante de 19 mm y un ángulo de vuelo de 17,7 grados.
La relación entre la longitud del cañón y su diámetro es de 24:1.
La profundidad del canal del tornillo varía desde 3.
De 5 mm a 1 en la zona de alimentación.
Área de medición: 3 mm.
Para estudiar cómo las condiciones de operación afectan la línea de moldeo, la velocidad del tornillo (rendimiento Q), la velocidad de salida ([V. sub. f]), la relación de amplificación (BUR)
Y la temperatura de fusión ([T. sub. e])
Cambia de forma independiente.
La temperatura del calentador de tres cilindros y la del calentador del cabezal de la matriz se pueden ajustar por separado.
Estos cambios de temperatura son inferiores a 5 grados C en cada experimento de extrusión.
Figura 1 ligeramente]
Hay moldes externos para la película soplada (cilindro) y piezas internas (mandril) (ver Fig. 1).
El polímero se extruye a través del bucle.
Suministrar un volumen de aire fijo desde abajo, a través de canales especiales de la varilla central.
Esto se hizo al principio.
Fije el diámetro de la burbuja y luego, ocasionalmente, vuelva a fijar el diámetro de la burbuja.
Controla la presión interna del aire de la burbuja utilizando un manómetro.
Los defectos del eje central y del labio son las principales causas de la línea de molde (1,2).
Para investigar cómo desencadenan la línea de molde, hemos procesado dos defectos de Mandraven que controlan la forma, el tamaño y la posición.
Ambos mandalas están hechos de acero de bajo contenido de carbono 1018.
Todos los defectos de la varilla central son muy grandes, lo que da como resultado una línea de molde con un perfil lo suficientemente grande como para poder caracterizarla.
En las tablas 1 y 2 se enumeran todos los tamaños de defectos del molde.
Para mejorar la eficiencia, cada varilla central presenta numerosos defectos.
Los defectos se distribuyen uniformemente a lo largo del perímetro de la varilla central para minimizar su interacción.
Ambos Corazones tienen una altura de 19.
05 mm Anda en diámetro 21. 08 mm.
El diámetro interior del cilindro es de 26.
16 mm, formando así un espacio anular de 2,540 mm.
El molde no presenta defectos.
Material de baja linealidad
Polietileno de alta densidad (LLDPE) Dowlex[TM]2045 (DowChemical) y un alto-
Polietileno de alta densidad (HDPE)Paxon[TM](
Se utilizaron productos de Exxon Chemical Company.
La tabla 3 enumera sus propiedades físicas.
El proceso experimental debe suministrar aire lentamente para obtener una burbuja estable con una relación de burbuja/burbuja (BUR) específica.
Las burbujas de película delgada se ven fácilmente afectadas por la temperatura ambiente y el flujo de aire.
Por lo tanto, todos los experimentos se realizaron a la misma temperatura ambiente y con el menor flujo de aire posible en el laboratorio.
Al cambiar el material de prueba, se utiliza la velocidad del husillo de la nueva resina a 25 rpm, y el paso del husillo y del molde dura aproximadamente 30 minutos.
Desde la construcción del labio muerto-
Se puede activar la línea de moldeo y limpiar el borde del molde con una herramienta de latón antes de cada extrusión para evitar arañazos.
Durante cada proceso de extrusión de película soplada, una vez que la espuma esté estable, exprima la película durante 1 minuto, recójala y pésela.
Preparación de la muestra utilizando un soporte de muestra de aluminio, en una película plana y fijada para el escaneo de la línea del molde (ver Fig. 2).
La lámina de vidrio rectangular en el centro proporciona una superficie plana para sujetar la película.
Luego, coloca FilmOn Ann sobre el cristal con dos palitos.
Rugosidad superficial del vidrio [R. sub. q] es 0,04 [micro]
M, suficientemente bajo, error insignificante en la medición de la línea de troquelado.
La película soplada debe recortarse para que se ajuste a la lámina de vidrio del soporte.
Para mejorar la precisión de la medición
Pega la película sobre la lámina de vidrio con cinta adhesiva.
Para evitar la retención de aire debajo de la película, la adhesión debe realizarse por completo, lo que deformará la línea del molde.
El exceso de poder también puede distorsionar la línea de la muerte.
La línea de molde se mantiene perpendicular a la dirección longitudinal del soporte.
Al pasar por la película, el lápiz óptico traza el contorno de su forma.
Medición de la forma de la línea de molde mediante un analizador de perfil de palpador mecánico [R]System 4000.
Tiene un lápiz óptico con un radio de 2,54 [micro]
M, 200 mg
Velocidad de escaneo de 0.
25 mm/s, aumento normal.
Figura 2:
El perfilador se calibró utilizando dos estándares diferentes.
También es necesaria la calibración al ajustar el haz de luz del perfil o el lápiz óptico de diamante.
Sin embargo, esto no es necesario cuando solo se trata de cambiar muestras de vídeo.
Antes del análisis, para garantizar el rango de lectura correcto, cada muestra de película se empaquetó previamente dos o tres veces.
A continuación, hay que volver a escribir el lápiz.
Se puede completar toda la línea de producción de moldes.
Dibuja la forma de la línea de molde en un mapa de cuadrícula con una escala preestablecida y calcula automáticamente la altura de la rugosidad.
Sin embargo, dado que las líneas rectas en la película soplada están aisladas y no distribuidas, se equilibran utilizando su ancho y altura de base en lugar de estadísticas.
Lamentablemente, nuestro analizador de lápiz óptico es una simulación.
Todos los perfiles de las líneas de molde deben digitalizarse manualmente a partir del gráfico y, a continuación, caracterizarse y compararse utilizando la escala de altura y anchura adecuada.
Resultados experimentales y discusión La figura 3 muestra imágenes microscópicas de defectos típicos del molde y sus diámetros.
La medición de la línea de molde mediante un perfilómetro de palpador muestra una productividad excelente (véase la figura 4).
Algunas de estas diferencias se deben a la digitalización.
La forma de la línea de molde en nuestra película soplada suele ser asimétrica.
Esto puede deberse a 1)
Ligera deformación de los defectos del molde, 2)
Defectos en la preparación de la muestra, 3)
Eje central excéntrico en molde de película soplada, o 4)
Error de colocación de la muestra durante el análisis con palpador.
Para nuestros resultados, se empleó el grupo ilimitado en nuestro análisis dimensional (2).
Creemos que nuestras observaciones describen cuantitativamente cómo diversos factores afectan la formación de la línea de molde.
Si bien los valores específicos variarán según el equipo y los materiales, creemos que nuestros resultados apuntarán a la tendencia correcta.
Figura 3 ligeramente][
Figura 4 ligeramente][
Figura 5 Ligeramente]
El tamaño del alambre del molde depende en gran medida del tamaño del defecto del molde.
La figura 5 muestra la depresión rectangular del labio 13 y su línea de molde en la película de HDPE.
La inspección visual muestra que si no hay estiramiento aguas abajo y BUR = 1, el tamaño del defecto del labio y su línea de molde tienen el mismo orden de magnitud.
La figura 6 compara las líneas de molde en la película de LLDPE causadas por tres lipind12, 13 y 14 en la varilla central m1.
Para I1 con hendidura, su línea de matriz está elevada en ambas superficies de la película soplada (
Ninguno de los lados de la película es plano.
Es imposible representar el contorno del lápiz óptico (véase la figura 7).
Los resultados obtenidos con la película de HDPE son similares.
Según la Tabla 1, las abolladuras 12, 13 y 14 tienen la misma altura, pero diferentes anchuras, 12