Es un hecho en la industria de inyección de plásticos, aunque no en su generalidad, la presencia de desgaste en estos componentes fundamentales en el proceso de inyección; vamos a tratar en este artículo de aclarar algunos de estos casos, tratando de identificar las causas, con la idea en mente de prevenir o minimizar dicho desgaste. Los tres tipos de desgastes que encontramos generalmente son: adhesivo, corrosivo y abrasivo.
Origen – Se da por el contacto metal con metal, por las deformaciones que originan el desprendimiento de pequeñas limaduras o depósitos, los cuales a su vez funcionan como agentes abrasivos en el sistema. Este efecto está en función de la temperatura y la carga, que hacen que en ciertos puntos donde se presenta este fenómeno de desgaste, se incremente la temperatura notablemente por este efecto de fricción y desde luego afectando la eficiencia.
Como identificarlo – Normalmente se localiza entre la sección final de alimentación del husillo y el comienzo de la sección de transición.
Causa – No es un fenómeno extraño este contacto entre barril y husillo, debido a que la presión interna del área de transición del husillo, puede ocasionar su deflexión, y por tanto su choque con el barril. Esta presión es proporcional al coeficiente de fricción entre el material plástico que se procesa, y su adherencia con el barril y el husillo. Hay situaciones que por sí mismas, o haciendo sinergia entre ellas, pueden agravar este efecto:
a) Secciones ranuradas en la alimentación – Si bien se busca incrementar el coeficiente de fricción, este puede ser excesivo, dependiendo de la configuración de husillo empleada.
b) Altas revoluciones del husillo (RPM) – El incrementar las revoluciones del husillo incrementa la presión, que a su vez incrementa el flujo de material plástico. Cuanto mayor sea el incremento de las revoluciones, se incrementará el calor en las zonas de mayor fricción, promoviendo su desgaste.
c) Baja temperatura del barril en la zona de alimentación – Esto reduce la velocidad de fundido del material plástico que normalmente ayuda como lubricante entre el barril y el husillo, aumentando el calor por fricción y el desgaste del husillo.
d) Bajo índice de fundido (Melt Index) o poliolefinas de alto peso molecular – Son las resinas en donde se observa en mayor generalidad este fenómeno. Normalmente la alta viscosidad de estas resinas incrementa la presión a lo largo del husillo y la fuerza que lo empuja en el barril.
e) Diseño del Husillo – Por un lado la configuración de los husillos para alta productividad, incrementa la presión a lo largo del barril; y por otro lado el empleo de husillos generales necesita de incrementar las revoluciones (RPM) más allá de sus límites de diseño. En ambos casos se está provocando el desgaste acelerado de los componentes. Y este efecto se multiplica al emplear cargas en los materiales, con el empleo de husillos de doble filete (Barrera).
f) Mismo metal de husillo y barril – Esto ocasiona un mayor desgaste debido a la interacción molecular que literalmente lima los componentes. Por esto es recomendable por un lado un barril de tipo bimetálico y por otro lado que el husillo tenga algún recubrimiento.
g) Mala alineación – Esto ocasiona una fricción directa entre barril y husillo, normalmente en la sección de material fundido; pero puede ocurrir en cualquier punto a lo largo del husillo.
Recomendaciones para minimizar este problema – Cambiar la unidad de inyección (Barril y husillo) adecuada en diseño para la temperatura y presión que va a manejar el proceso. El mínimo recubrimiento para el husillo puede ser el nitrurado, pero dependerá de su aplicación.
DESGASTE CORROSIVO
Origen – Muy común al emplear resinas que reaccionan con elementos presentes (Agua, Oxígeno, metales, etc.) y forman compuestos ácidos. La humedad de los materiales puede causar perforaciones, tanto como sucede con el vapor de alta presión. Esto ocasiona inclusive ruptura de metales.
Como identificarlo – Se observa a simple vista el ataque en la base del husillo, e inclusive en el cuerpo del barril. Se han dado casos extremos en donde la corrosión ha hecho una perforación completa en el cuerpo del barril.
Causa – Los materiales más corrosivos a emplear son el PVC (libera ácido clorhídrico), los fluoroplásticos (liberar ácido fluorhídrico) y los plásticos que emplean retardantes de flama (liberan ácido sulfúrico). Hay algunos compuestos medianamente corrosivos como los acetales (liberan ácido fórmico), y las resinas sin secar que liberan su humedad afectando tanto la resistencia mecánica de los materiales como el proceso.
Recomendaciones para minimizar este problema – Usar materiales de construcción para barril y husillos, en función de la resistencia requerida. Normalmente se emplea el niquelado o el cromado.
DESGASTE ABRASIVO
Origen – Es el más común que se observa por los transformadores por el uso con el tiempo Se origina por partículas duras que circulan por el husillo, erosionando sus filetes y cuerpo, además de la superficie del barril. Bien sea que se inicie por contaminantes (tierra o partículas metálicas) o por el empleo de cargas minerales en el proceso.
Como identificarlo – Se observa por un desgaste en la superficie del barril o en la base del husillo, como un pulido tipo “sandblast” y se pronuncia más al final del husillo, quizás porque en esta zona se incrementa el flujo del material plástico; es ahí donde se incrementa en los filetes o álabes del husillo y el cuerpo del barril.
Causa – Entre las cargas abrasivas más comunes tenemos: fibra de vidrio, carbonato de calcio, colorantes inorgánicos basados en dióxido de titanio (cobalto o aluminio) y fibras de carbono.
Recomendaciones para minimizar este problema – Se debe pensar en incrementar las temperaturas en la zona de alimentación del barril, para incrementar el fundido que permita recubrir estas cargas con plástico; usando bajas revoluciones en el husillo durante cada recarga del material.
Es aconsejable emplear componentes de materiales de alta resistencia, en el caso del barril por ejemplo considerar los de tipo bimetálico y husillos con recubrimientos especiales. Aunque prolongan el empleo del equipo de inyección en estas condiciones, no son inmunes al desgaste.
Es claro también que debe de filtrarse la resina a emplear, en caso de que tenga algún tipo de contaminantes.
La vida útil del barril y del husillo depende de las condiciones de proceso, las cargas empleadas y los elementos corrosivos que puedan estar presentes.
CUANDO RECOMENDAR OPCIONES ANTI-DESGASTE
En términos generales el material a emplear en proceso puede estar en una de estas dos opciones:
a) Amorfo: Policarbonato, Acrílico, ABS, Poliestireno, Polisulfonas, SAN, etc.
b) Semi-cristalino: Nylon, Acetal, Polipropileno, Polietileno, Poliéster PBT, PET, etc.
Los materiales semi-cristalinos normalmente requieren de más energía para fundirse y emplean husillos que proporcionan mayor compresión y fricción. Los materiales amorfos requieren menos fricción y husillos con zonas de compresión media o baja. El husillo debe escogerse en función del o los materiales plásticos a emplear.
Es posible que los varios materiales a manejar en un equipo sean todos amorfos o semi-cristalinos, lo que fácilmente apoyará en la mejor decisión para el husillo a emplear. Pero cuando se escoge un husillo que maneje ambos tipos de plásticos, es mejor escoger el empleo de un husillo de uso general, con la excepción del manejo de PVC rígido; aunque sabiendo que no será la mejor opción; lo ideal sería contar con un par de husillos, uno para cada aplicación y cambiarlo para su empleo.
DESGASTE DE LA PUNTA
Otro elemento de desgaste lo es el mismo anillo deslizante de la válvula check, y el punto más vulnerable es la punta misma (sello de retención). Este desgaste ocurre por el roce de metal con metal durante la rotación del husillo. La fuerza con que el anillo empuja a la punta está en función de la viscosidad del material y de su flujo en la zona del anillo: mientras más alta sea la viscosidad y el flujo, es mayor la caída de presión a través del anillo que junto con las fuerzas de arrastre a lo largo del barril, contribuyen en la fuerza con que dicho anillo empuja a la punta. Obviamente a mayor cantidad de revoluciones (RPM) se incrementa el flujo a través de la punta, incrementando la presión en dicha zona.
En este sentido hay aplicaciones que pueden reducir la vida de estos componentes, tales como: procesar HDPE de bajo índice de fluidez, procesar materiales viscosos como ABS o PPO, e inclusive el procesamiento de cualquier material con altas revoluciones en el husillo.
Por seguridad, debemos cerciorarnos que la especificación de dureza de estos componentes, sea descrita cuando se hace su compra; pues es la única garantía de su durabilidad en el proceso.
Wei, X., Maosheng, Z., Lianping, L.I., Jiayi, D.A.I. & Ying, W.
Effects of Strengthened composites of Thermoplastic Matrix on abrasion and corrosion of metal and ceramic mixing parts. Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing, Chinahttp://www.iccm-central.org/Proceedings/ICCM13proceedings/SITE/PAPERS/Paper-1549.pdf
WEXCO. Benefits of bimetallic barrel construction. http://www.wexco.com/product_benefits.php
XALOY. Combatting barrel and screw wear in Extrusion and Injection Molding. Barrel-Screw Preventive Maintenance Guide. http://www.tasmanmachinery.com.au/LinkClick.aspx?fileticket=MYRR-4zF0WA%3D&tabid=79
