Análisis del mecanismo de plastificación en varias zonas de la extrusora de doble tornillo para productos de PVC

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Basado en el proceso de plastificación del material PVC en unextrusora de doble tornillo, el tornillo se divide en tres zonas: la zona de transporte de sólidos, la zona de fusión y la zona de transporte de masa fundida (extrusión).

I. Mecanismo de plastificaciónm en la zona de transporte de sólidos

En el barril, la zona por donde fluyen, precalientan y compactan el polímero sólido (PVC) y sus aditivos se define como zona de transporte de sólidos. En primer lugar, el flujo de partículas sólidas de polímero desde la tolva al barril se consigue por gravedad. A medida que el tornillo gira, las partículas se transportan hacia el cabezal de la matriz mientras las partículas en la tolva fluyen continuamente. En la zona de transporte de sólidos (zona Barril C1), las macromoléculas, moléculas pequeñas y otras partículas dentro del material de PVC se calientan gradualmente. Al mismo tiempo, el corte del tornillo y la fricción entre las partículas también aumentan el calor de las partículas, lo que les permite entrar en contacto, difundirse y penetrar completamente en un estado compactado.

En esta zona, debido a cambios en el paso del tornillo, ancho de vuelo, etc., las partículas de material de PVC se compactan densamente, formando un lecho sólido o tapón sólido que se desliza a lo largo del canal del tornillo. El movimiento del tapón sólido depende de la fricción entre la superficie del cilindro y el tapón sólido, mientras que la fricción entre el tornillo y el tapón sólido dificulta su movimiento. Por lo tanto, dentro del cilindro, las partículas de material de PVC no avanzan uniformemente en la misma dirección sino que giran, se deslizan, giran con el tornillo y forman puentes periódicamente. Se acumulan detrás del "puente", que luego se rompe, y el proceso se repite continuamente con la extrusión del material de PVC y el flujo de material dentro de la tolva.

En esta zona, la buena calidad de la extrusión y plastificación del PVC está indicada por la transición del PVC de un estado vítreo a un estado de alta elasticidad. Desde la perspectiva de la estructura del estado agregado, implica que entre el 50% y el 60% de las partículas de resina de PVC se descomponen en partículas primarias, con las superficies de varias partículas de aditivos en contacto y difusión total con estas partículas primarias.

Vale la pena señalar que para un funcionamiento estable, la altura del material sólido en la tolva siempre debe estar por encima de un cierto valor crítico. Por encima de este valor crítico, los cambios en la altura del material no afectarán el rendimiento del extrusor. Sin embargo, si la altura del material cae por debajo del valor crítico, se convierte en un factor importante de inestabilidad. Los cambios en la altura del material sólido provocan variaciones de presión en el fondo, lo que puede alterar las condiciones de funcionamiento del extrusor y provocar un deterioro en la calidad de extrusión y plastificación del PVC.

II. Mecanismo de plastificación en la zona de fusión

En el barril, el área donde coexisten el polímero sólido y la masa fundida se define como zona de fusión o zona de transición de fase. Esta zona corresponde a las zonas de calefacción C2 y C3. La zona de fusión es una parte crucial de la extrusora. Parámetros como los ajustes de temperatura (zona C2 del cilindro, zona C3, núcleo del tornillo), la velocidad del tornillo, el espacio entre los tornillos y el espacio entre el tornillo y el cilindro afectan significativamente la calidad de la extrusión de PVC. Cuando el material de PVC llega a la zona de fusión, debido a cambios en el paso del tornillo, el ancho del tramo, etc., las partículas de PVC se compactan densamente y ya han generado una presión considerable. Esta presión, combinada con el efecto suavizante del medio térmico circundante, transforma las partículas compactadas en un "lecho sólido" denso. Este lecho sólido es un estado mixto que consta en parte de PVC en un estado muy elástico, en parte en un estado vítreo y una pequeña cantidad en un estado de flujo viscoso. El lecho sólido toma la forma del canal de tornillo helicoidal y se desliza dentro de él. Debido a este movimiento relativo, se genera una distribución de velocidades dentro de la película fundida entre el lecho sólido y la superficie del cilindro. En consecuencia, la masa fundida de la película comienza a fluir hacia el tramo de empuje. Cuando se encuentra con el vuelo, el vuelo "raspa" el derretimiento del barril, recogiéndolo en el charco de derretimiento en la parte trasera del canal, delante del vuelo de empuje. A medida que el lecho sólido se mueve a lo largo del canal, se transporta cada vez más material fundido al baño de fusión. Por tanto, el tamaño del baño de fusión aumenta mientras que el tamaño del lecho sólido disminuye. El lecho sólido se destruye gradualmente y se transporta hacia adelante en un estado de flujo viscoso.

En esta zona, la buena calidad de la extrusión y plastificación del PVC está indicada por la transición del PVC de un estado muy elástico a un estado de flujo viscoso. Desde la perspectiva de la estructura del estado agregado, entre el 60% y el 70% de las partículas primarias de PVC se descomponen en partículas de primer orden, y varias moléculas aditivas entran en contacto con las partículas de PVC de primer orden, formando enlaces físicos y químicos.

Los factores que mejoran la calidad de la extrusión y plastificación del PVC en la zona de fusión incluyen:

(1) Aumento de la velocidad del tornillo;

(2) elevar la temperatura establecida del barril en la zona de fusión;

(3) Espacio apropiado entre el tornillo y el cilindro.

Para una formulación específica de producción de perfiles de PVC, debe existir un conjunto óptimo de temperaturas del barril para la zona de fusión.

III. Mecanismo de plastificación en la zona de transporte de masa fundida

En el barril, el área donde el polímero sólido se convierte completamente en masa fundida y la masa fundida se transporta a la fuerza al cabezal de la matriz se define como zona de transporte de masa fundida (zona de calentamiento del barril C4). En esta zona, las macromoléculas fundidas reaccionan y se homogeneizan con diversos aditivos bajo acción de cizallamiento. A medida que el fluido viscoso de PVC se extruye de forma continua y cuantitativa, se forma una presión de fusión, lo que garantiza la compacidad del producto de PVC formado final. En esta zona, la buena calidad de la extrusión y plastificación del PVC está indicada por el hecho de que las macromoléculas de PVC mantienen su estado de flujo viscoso. Desde la perspectiva de la estructura del estado agregado, es una estructura cristalina compuesta de partículas de PVC de primer orden junto con una pequeña cantidad de partículas primarias. Estas partículas primarias restantes pueden mejorar la resistencia y dureza del material final. Cuando el material que contiene tales cristales se extruye y enfría, las partículas primarias pueden obstaculizar el movimiento de las partículas de primer orden bajo una fuerza externa, lo que aumenta la resistencia. Además, debido a su gran superficie, las partículas primarias pueden absorber parte de la energía del impacto cuando se someten a un impacto, mejorando la tenacidad.

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