Tuberías de alto espesor y gran diámetro: cómo evitar el pandeo en la extrusión de tuberías

Ningbo Fangli Tecnología Co., Ltd.es unfabricante de equipos mecánicoscon casi 30 años de experiencia enequipo de extrusión de tubos de plástico, Nuevos equipos de protección del medio ambiente y nuevos materiales.. Desde su creación, Fangli se ha desarrollado en función de las demandas de los usuarios. A través de la mejora continua, I+D independiente sobre la tecnología central y la digestión y absorción de tecnología avanzada y otros medios, hemos desarrolladoLínea de extrusión de tubos de PVC,Línea de extrusión de tubos PP-R, Línea de extrusión de tuberías de suministro de agua/gas de PE, que fue recomendado por el Ministerio de Construcción de China para reemplazar productos importados. Hemos obtenido el título de "Marca de primera clase en la provincia de Zhejiang".

El mayor uso de tubos de gran diámetro, de 630 mm a 1200 mm, en diversas aplicaciones ha fomentado el desarrollo de materiales PE100 adecuados para tubos de gran diámetro para evitar problemas durante la extrusión, como el pandeo.

Mantener las dimensiones dentro de las especificaciones es problemático para la extrusión de tuberías de HDPE de paredes gruesas y de gran diámetro (pared > 75 mm) debido al pandeo causado por una resistencia insuficiente de la resina fundida.

A medida que aumenta el diámetro de la tubería de HDPE durante la extrusión:

·El espesor aumenta;

·La tubería no se enfría eficazmente desde el interior y dentro del núcleo;

·La velocidad lineal disminuye.

Las tuberías de gran diámetro suelen tardar 3,3 horas en producirse y pueden tener varios segmentos de:

·Diferente cristalinidad;

·Diferentes espesores;

·Diferentes contenidos de humedad, etc.

Desarrollo de cristalinidad:

En la mayoría de los procesos de extrusión de HDPE, entre el 60% y el 80% de la cristalización tiene lugar durante la fase de enfriamiento del procesamiento y hasta el 90% ocurre dentro de una semana de procesamiento. La cristalización restante puede tardar meses en completarse, dependiendo de la temperatura ambiente. Sin embargo, la cristalización continúa hasta que se logra una estructura cristalina estable.

El problema del pandeo en la extrusión de tuberías:

En el caso de tuberías de paredes gruesas, el interior de la pared permanece fundido durante mucho tiempo, lo que provoca un flujo de fusión descendente llamado hundimiento.

El pandeo en la extrusión de tuberías puede causar una grave falta de uniformidad en el espesor de la pared de la tubería, aumenta la ovalidad y compensa la concentricidad de la tubería y crea desperdicio de material en la parte inferior de la tubería, lo que agrega costos de producción adicionales y provoca que la calidad del producto final no sea óptima.

El hundimiento siempre ocurre en la producción de tubos de paredes gruesas y de gran diámetro y es el flujo del material desde la parte superior a la parte inferior del tubo antes de que el agua de refrigeración lo congele.

Hay dos formas de ayudar a eliminar el pandeo en la extrusión de tuberías:

a) Compensando el espacio del troquel, pero esto lleva tiempo y siempre conduce al uso de material adicional y a una variación del espesor. Desplazar el troquel también ayuda a evitar un alto espesor de pared en la parte inferior.

b) Utilizando material HDPE de bajo hundimiento y optimizando el proceso de enfriamiento. Se cree que una composición de polietileno bimodal con una alta viscosidad con un esfuerzo cortante bajo mejora el comportamiento de hundimiento de la masa fundida polimérica. El tubo se extruye a través de una matriz con forma de anillo y se enfría tanto en la superficie interior como en la exterior.

Compensar la brecha del troquel:

La forma convencional de reducir el pandeo en los procesos de extrusión de tuberías es ajustando manualmente la excentricidad del troquel, hasta lograr un perfil de espesor de pared aceptable. Este tedioso procedimiento de prueba y error puede requerir varios intentos para obtener el perfil correcto. Para minimizar los esfuerzos y compensar el efecto del pandeo, la separación del troquel se ajusta antes de iniciar la extrusión de tal manera que la separación del troquel esté más en la parte superior y menos en la parte inferior del troquel.

Podemos utilizar un instrumento ultrasónico de medición de espesor en línea, con cuatro ubicaciones a 90° entre sí, y mostrar la variación de espesor en la pantalla. Alternativamente, se pueden usar equipos portátiles para medir el espesor en línea en varios lugares de la tubería. Una vez que tengamos conocimiento de la variación del espesor, podemos ajustarla alterando adecuadamente la temperatura del calentador segmentado, para controlar el espesor y ahorrar desperdicio, así como mejorar la calidad.

¿Qué es el HDPE de bajo hundimiento?

Las modernas resinas de "bajo hundimiento" permiten producir tuberías con diámetros mayores y paredes más gruesas que antes. Existe una necesidad de composiciones especiales de polietileno, que muestren un equilibrio mejorado entre comportamiento de bajo pandeo y procesabilidad, para soportar tuberías de presión de gran diámetro (hasta 1200 mm) con espesores de pared de 100 mm, que puedan extruirse con líneas existentes y ajustes estándar de cabezales de troquel. La composición también debe mostrar un buen equilibrio entre propiedades mecánicas y resistencia a la presión para cumplir con los requisitos de PE100. (Backman, M y Lind, C. 2001).

Debido al alto espesor de la pared y al lento proceso de enfriamiento gobernado por la conductividad térmica del PE, es de suma importancia que el HDPE en estado fundido posea suficiente resistencia a la fusión para evitar que el material se hunda hasta el fondo de la tubería.

Se han realizado intentos para lograr esto mediante un diseño molecular de HDPE que equilibre una alta resistencia al fundido con una buena procesabilidad y rendimiento.

Se sabe que el uso de hexeno como comonómero en la resina PE100 desarrollada específicamente para tuberías de gran diámetro proporciona los siguientes beneficios:

·Mejor resistencia al crecimiento lento de grietas;

·Mejor resistencia contra la rápida propagación de grietas;

·Resistencia superior al derretimiento (bajo pandeo).

BorSafe HE3490-ELS-H, PE100, es un material en el que la distribución del peso molecular se ha ajustado para aumentar la viscosidad a velocidades de corte bajas, lo que reduce el pandeo en los procesos de extrusión de tuberías, al tiempo que permite utilizar el mismo material para tuberías de menor diámetro. Es un material bimodal de polietileno MRS 10 de alta densidad especialmente diseñado para simplificar la producción de tuberías de HDPE de paredes gruesas y gran diámetro (más de 80 mm de espesor) a través de su excepcional resistencia al pandeo y su superior resistencia al fundido. Numerosas pruebas han demostrado un promedio de hasta un 7 % de ahorro de material y un mejor control dimensional en comparación con el PE100 estándar al producir tuberías con un espesor de pared superior a 80 mm, independientemente del diámetro exterior de la tubería. Por ejemplo, se realizaron pruebas para tuberías de 1200 mm x SDR 11 con material estándar de bajo pandeo y material de muy bajo pandeo. La prueba mostró claramente una distribución del espesor de la pared mucho mejor lograda con el material de pandeo extra bajo. (Abdullah Saber y Hussein Basha, 2021).

Además, al utilizar las herramientas correctas y el material de bajo pandeo, se puede mantener bajo el valor del sobrepeso, lo que conduce a una reducción de la materia prima y, en consecuencia, a una reducción de los costos de producción. Normalmente, todos los fabricantes de tubos deberían intentar trabajar con un 30% de la tolerancia de espesor. Esto se debe a dos motivos: tener un alto nivel de calidad pero, sobre todo, reducir los costes de producción. El objetivo es tener una sobreponderación del 3 al 3,5%.

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