La extrusora compacta de doble husillo impulsa la investigación de materiales a escala de laboratorio

En el campo de la ciencia de materiales en rápida evolución, la eficiencia y la precisión de la investigación de laboratorio influyen directamente en el desarrollo y la aplicación de nuevos materiales. Para el procesamiento y modificación de polímeros, la tecnología de extrusión juega un papel fundamental. Una extrusora de laboratorio bien diseñada y de alto rendimiento constituye una herramienta indispensable para los investigadores. Este artículo examina las características y capacidades de una notable extrusora de doble tornillo co-rotativo de 20 mm, destacando cómo su diseño modular, ingeniería sofisticada y funcionalidad robusta permiten a los científicos explorar las posibilidades de los materiales.

Compacto pero potente: filosofía de diseño del extrusor de 20 mm

El extrusor de doble tornillo co-rotativo de 20 mm hereda los principios de diseño de su homólogo más grande de 26 mm y, al mismo tiempo, ofrece un tamaño más compacto, ideal para laboratorios con espacio limitado. Su característica principal es un diseño de cañón tipo "clamshell" altamente modular. Cada sección del cañón mide 4D (80 mm) de longitud, con configuraciones estándar que van desde 32 L/D a 52 L/D, además de opciones de longitudes personalizadas para adaptarse a requisitos de investigación específicos. El sistema ofrece dos opciones de potencia de accionamiento: 5,5 kW y 11 kW, que se adaptan a diferentes intensidades de procesamiento.

Diseño modular y configuración flexible: el arte de los sistemas de tornillo y barril

1. Arquitectura sofisticada del sistema de tornillos

Como "corazón" de la extrusora, el diseño del tornillo afecta de manera crítica la mezcla, la plastificación y el transporte del material. Esta extrusora de 20 mm cuenta con un sistema de tornillo modular ensamblado a partir de elementos individuales conectados mediante ejes hexagonales endurecidos. Los bloques de amasado independientes ofrecen múltiples opciones de ángulos, lo que permite a los investigadores personalizar las configuraciones óptimas de los tornillos según las características del polímero y los objetivos de procesamiento. Este alto grado de personalización permite un procesamiento preciso y una mezcla eficiente.

Los elementos roscados están fabricados de acero para herramientas de alta calidad con tratamiento de endurecimiento completo. Para garantizar una vida operativa prolongada, su dureza es ligeramente menor que la de los revestimientos del cañón, logrando un equilibrio entre la durabilidad del elemento y la longevidad del revestimiento del cañón.

2. Diseño de barril tipo almeja fácil de usar

El diseño del cañón bivalvo representa una innovación significativa, con una configuración dividida en el centro que permite que la mitad superior se abra después de aflojar los pernos del cañón. Este diseño simplifica enormemente la limpieza, el reemplazo y el mantenimiento del revestimiento del cilindro. Durante la operación, los investigadores pueden observar directamente el flujo de fusión y las características de composición de polímeros, lo que proporciona información visual valiosa para la optimización del proceso.

La sección superior del cilindro está equilibrada con precisión, lo que requiere una fuerza mínima para abrirla y al mismo tiempo evita el cierre accidental, lo que garantiza la seguridad del operador.

3. Control de temperatura preciso y refrigeración eficiente

Cada zona del barril incorpora sistemas de refrigeración por agua y calefacción eléctrica para una regulación precisa de la temperatura. El sistema de refrigeración por agua funciona a través de intrincados canales internos dentro de los módulos del barril, controlados por válvulas solenoides independientes y controladores de temperatura. La combinación de calefacción eléctrica de alta potencia y refrigeración por agua eficiente permite ajustes rápidos de temperatura al cambiar las condiciones de procesamiento, lo que reduce significativamente el tiempo de desarrollo del proceso.

Variante de alto rendimiento: Maxi20Compounder

Para aplicaciones que exigen mayor rendimiento y par, la variante Maxi20Compounder ofrece una potencia motriz de 11 kW y una velocidad máxima de tornillo de 1200 RPM. Su principal ventaja reside en el diseño de la caja de cambios de alto par con ejes de engranajes de soporte adicionales. El sistema incluye lubricación forzada proporcionada por una bomba de engranajes externa y enfriada por un gran intercambiador de calor de placas, lo que garantiza estabilidad y confiabilidad bajo cargas pesadas.

Sistemas downstream integrales y componentes auxiliares

1. Sistemas versátiles de matriz y descarga

La configuración estándar incluye una matriz de dos hilos montada sobre una brida articulada y conectada al cañón con dos pernos. El extremo del cilindro cuenta con un cambiador de pantalla fácilmente extraíble que admite modos de operación con pantalla y sin pantalla. El nuevo diseño del troquel de hebra minimiza el volumen interno para facilitar la limpieza, lo que es especialmente adecuado para cambios de color frecuentes o producción en lotes pequeños.

Para la integración con equipos posteriores (como rodillos enfriadores), un adaptador con abrazaderas en C puede reemplazar el troquel de torón montado en brida.

2. Opciones de alimentación lateral flexibles

Los alimentadores laterales opcionales de uno o dos tornillos se pueden conectar directamente a los lados del módulo de barril, lo que requiere módulos de barril especiales con aberturas y tapones. La extrusora ofrece múltiples módulos de alimentación lateral preconectados para una flexibilidad óptima en la posición de alimentación. Los alimentadores laterales emplean tornillos gemelos de 20 mm con una relación L/D de 7 y unidades de velocidad variable, con cilindros refrigerados por agua como estándar.

3. Sistema de alimentación principal confiable

El sistema de alimentación estándar consta de una tolva volumétrica de acero inoxidable con un solo tornillo y un brazo agitador encima del tornillo de alimentación. La alimentación por doble tornillo es opcional. El tornillo de alimentación es accionado por un motorreductor de CA de frecuencia variable de 0,3 kW con control de velocidad digital, alojado en el gabinete de control.

4. Sistema de ventilación optimizado

La configuración de 32 L/D incluye una zona de ventilación estándar, mientras que los modelos de 40 L/D y más largos cuentan con dos zonas de ventilación (una para ventilación al vacío y otra para ventilación atmosférica). Ambos respiraderos pueden acomodar ventilación por vacío. El sistema de vacío consta de una carcasa de ventilación de acero inoxidable con ventana de visualización, válvula reguladora de vacío y manómetro, además de una trampa de resina para evitar la obstrucción de la línea de la bomba. La carcasa se conecta a dos filtros de vacío grandes y una bomba de vacío tipo paleta instalada en el gabinete inferior.

Seguridad y Control: Monitorización Integral de Procesos

1. Protección robusta contra sobrecargas

Todos los extrusores de doble husillo de 20 mm incorporan un motor de accionamiento de 5,5 kW con limitador de par. Si se produce una sobrecarga del tornillo, el limitador de torsión desconecta inmediatamente el acoplamiento del motor mientras los sensores detienen el motor y las luces de advertencia indican la sobrecarga del tornillo.

2. Sensores de precisión y controles inteligentes

La punta del tornillo alberga sensores de presión y temperatura de fusión de 300 bar. Se instalan sensores de fusión adicionales cada dos módulos de barril, y los datos se muestran en los indicadores de temperatura digitales del panel de control (cuatro para los modelos de 32 L/D, cinco para los de 40 L/D).

El panel de control incluye indicadores de velocidad digitales (para tornillos principales y de avance) con botones de ajuste hacia arriba/abajo, además de una pantalla de torque digital (que muestra el porcentaje del torque máximo).

3. Indicadores de alerta integrales

El sistema de luces de advertencia muestra claramente: sobrepresión en la punta del tornillo, baja presión del agua de refrigeración, cilindro abierto, sobrecarga del motor, sobrecarga del limitador de torsión, sobrecarga del alimentador y no alcanzar las temperaturas establecidas debido a elementos calefactores dañados.

4. Control de temperatura PID independiente

El gabinete inferior alberga un panel de control dedicado con controladores PID digitales independientes y autoajustables (uno por zona del cilindro más uno para el troquel). Estas incluyen funciones a prueba de fallas que evitan el arranque del extrusor hasta que se alcancen las temperaturas establecidas y detiene automáticamente la operación si las temperaturas caen por debajo de los límites preestablecidos.

Opciones de materiales y mejoras de rendimiento

1. Elecciones de materiales resistentes al desgaste y a la corrosión

Las extrusoras estándar cuentan con ejes de tornillo de alto torque, con múltiples opciones de materiales para aplicaciones especializadas:

• Tornillos/revestimientos de cañón de alta resistencia al desgaste:Aceros CPM9V y CPM10V (Crucible, USA) para compuestos que contienen cargas abrasivas como polvos cerámicos.
• Tornillos/revestimientos de barril resistentes a la corrosión moderada:Acero inoxidable SUS440C para PVC y resinas similares.
• Tornillos/revestimientos de barril extremadamente resistentes a la corrosión:Acero M390 (Alemania) para fluoropolímeros y plásticos altamente corrosivos, que ofrece dureza y resistencia al desgaste superiores en comparación con las aleaciones tradicionales de Inconel.

2. Ventajas de rendimiento del Maxi20Compounder

El motor de accionamiento de 11 kW del Maxi20Compounder permite velocidades de tornillo de hasta 1200 RPM. Su caja de cambios de alto par emplea lubricación forzada con aceite mediante una bomba de engranajes y un intercambiador de calor de placas grandes, diseñado específicamente para aplicaciones de alto rendimiento.

Puntos de referencia de capacidad de producción

La siguiente tabla presenta datos de rendimiento para el modelo LTE20-40 (40 L/D, motor de 5,5 kW, 800 RPM) al procesar varios polímeros:

*Nota: Los polímeros estrellados pueden requerir condiciones de procesamiento o aditivos especiales.

Conclusión

La extrusora de doble tornillo co-rotativo de 20 mm, con su diseño sofisticado, alta modularidad, opciones de configuración flexibles y rendimiento robusto, representa una solución ideal para la investigación de laboratorio. Ya sea para estudios fundamentales, desarrollo de nuevos materiales o producción de pruebas a pequeña escala, proporciona a los investigadores una plataforma de procesamiento estable, confiable y eficiente para avanzar en la innovación en la ciencia de los materiales.