Desgaste de los tornillos: causas, consecuencias y soluciones

Causas del desgaste de los tornillos

En la extrusora, las piezas móviles relativas son el tornillo y el barril, y también hay un fluido que fluye a través de los canales que puede causar un desgaste adicional. Hay muchos factores que pueden causar el desgaste del barril y del tornillo:

• Arranque en frío del tornillo
• Procesamiento incorrecto del material (por ejemplo, polímeros corrosivos para un tornillo no adecuado para polímeros corrosivos)
• Calentamiento desigual del cilindro
• Alineación incorrecta del tornillo y el cilindro
• No rectitud del tornillo
• Aditivos abrasivos en la fórmula polimérica
• Tornillo y/o material del cilindro incorrectos
• Corrosión debido a la degradación de polímeros o aditivos

Todos estos factores están relacionados con tres fenómenos principales de desgaste: abrasivo, corrosivo y adhesivo.
El desgaste abrasivo está causado por las partículas duras (por ejemplo, fibra de vidrio, carbonato de calcio, retardantes de llama) con las que se unen los polímeros. El deslizamiento del polímero en el canal del tornillo a altas presiones y temperaturas provoca fenómenos abrasivos por las partículas duras que se arrastran e impactan en las superficies metálicas del tornillo y el cilindro. La cantidad de desgaste abrasivo también depende de la dureza de las partículas, su forma y tamaño. Este tipo de desgaste puede reducirse endureciendo la superficie del tornillo y el cilindro (por ejemplo, nitrurado, cromado).
El desgaste corrosivo se debe a los aditivos corrosivos y a las partículas de polímero degradadas que atacan químicamente a los componentes de la extrusora. La mayor parte del desgaste corrosivo suele ocurrir en la zona de medición, donde las temperaturas son más altas y el material permanece durante más tiempo, lo que aumenta la posibilidad de degradación del producto. Los efectos de este desgaste se pueden reducir utilizando los mismos tratamientos de superficie que disminuyen el desgaste abrasivo.
 El desgaste adhesivo puede estar causado por el contacto metal-metal entre el cilindro y el tornillo que, mientras gira, puede causar un contacto momentáneo entre la cresta de la rosca y la superficie del cilindro, de la que se origina una especie de soldadura pequeña, que se elimina inmediatamente por la rotación del tornillo. Este fenómeno de desgaste se puede reducir de forma eficaz o incluso eliminar mediante la alineación correcta del tornillo en el cilindro y haciendo que el tornillo y el cilindro estén lo más rectos posible.

La primera evidencia de desgaste del tornillo

La primera consecuencia del desgaste que se puede observar es la reducción del caudal máximo que puede procesar la extrusora. El tornillo, que está diseñado para girar dentro del barril, tiene un diámetro de rosca ligeramente menor que el diámetro del barril para permitir la rotación libre del tornillo. Por diseño, el espacio entre la cresta de la rosca y la superficie del barril es pequeño y se llena de polímero fundido que actúa como lubricante. Los polímeros no abrasivos y la alineación correcta del tornillo dentro del barril pueden garantizar el funcionamiento continuo de la extrusora durante un máximo de diez años sin apenas desgaste. Cuando se procesan polímeros abrasivos, la alineación no es correcta o se producen algunos de los otros factores de desgaste mencionados anteriormente, los fenómenos de desgaste tienen consecuencias especialmente en la rosca del tornillo, principalmente desgastando la cresta de la rosca y aumentando así la separación entre la rosca y la superficie del cilindro. A medida que aumenta la separación, disminuye el rendimiento de la extrusora, es decir, aumentan las temperaturas de los polímeros en la salida de la extrusora, aumentan las inestabilidades del proceso y disminuyen los caudales.

"La degradación provoca una pérdida irreversible de las propiedades mecánicas y ópticas del polímero extruido".

Los primeros signos de desgaste progresivo se manifiestan a medida que disminuye el caudal del material procesado por la extrusora. Cuando se alcanza un alto desgaste, hay una fuga excesiva de material por encima de la rosca y, por lo tanto, se reduce el caudal de salida total de la extrusora.
En el caso de un tornillo desgastado, es necesario aumentar la velocidad de rotación para mantener el caudal y la presión de descarga originales. La cantidad máxima de desgaste aceptable es la que hace que el proceso de extrusión sea económicamente viable. El desgaste puede ocurrir en todas las partes del tornillo, pero suele ser mayor donde las presiones implicadas son mayores y, por lo tanto, en las zonas de transición y dosificación.
 
Otra consecuencia del desgaste de la rosca del tornillo es el aumento de las temperaturas de los polímeros. El aumento de la temperatura primero rompe los enlaces débiles entre las macromoléculas, pero luego también rompe los enlaces covalentes que llevan a la degradación química del polímero. La degradación térmica, que se produce por encima de la temperatura de fusión, puede producirse ya sea porque las temperaturas alcanzadas son demasiado altas o porque el polímero se mantiene a altas temperaturas durante demasiado tiempo. La degradación provoca una pérdida irreversible de las propiedades mecánicas y ópticas del polímero extruido. La ruptura de enlaces covalentes lleva a la formación de especies volátiles porque las moléculas pequeñas se forman a partir de la ruptura de macromoléculas que están en estado gaseoso. Otra consecuencia de la degradación térmica es el amarillamiento del polímero fundido y, por lo tanto, del producto acabado; en el peor de los casos, es posible que también se formen residuos de carbono.

Soluciones a medida para el desgaste de los tornillos

Los tornillos Bausano están diseñados específicamente para las necesidades de producción de cada cliente y, por lo tanto, están perfectamente adaptados a las características del polímero que se va a procesar. En particular, los tornillos Bausano están recubiertos con un metal duro (p. ej., estelita) que evita el desgaste de los mismos. A continuación, se aplica el mismo recubrimiento al barril. De este modo, la vida útil del tornillo aumenta significativamente, eliminando todos los problemas relacionados con la compatibilidad parcial entre el tornillo y el material a procesar.