Introducción
Parámetros de la Extrusora
Barriles con Ranuras/Barriles Lisos
Geometría del Tornillo
Filtros y Bombas de fundido
Dados
Coextrusión

Los principios de extrusión de espuma consisten en mezclar el agente de espumado químico con el polímero a ser extruido.

El calor generado para derretir el polímero descompone el agente de espumado químico resultando en la liberación de gas.

Este gas se reparte en el polímero fundido y se expande al salir del dado.

Fundamentalmente, todas las extrusoras comunes pueden ser usadas para espumado si cumplen los siguientes requisitos:

La temperatura de fusión debe ser suficientemente alta para garantizar un descomposición total del agente espumante.

La presión del fundido debe conservarse suficientemente alta para sostener el gas -generado por la descomposición del agente espumante- disuelto dentro del fundido de polímero hasta que la mezcla salga del dado de extrusión.

Si la temperatura de fusión es demasiado baja, la descomposición del agente espumante será incompleta, resultando en un proceso no rentable. Además, las partículas de agente espumante no descompuestas pueden generar a aglomerados, que pueden atascar el filtro de fusión o causar vacíos, estructuras de celdas indeseables, o una inadecuada apariencia superficial.

Un perfil de presión que no es suficientemente alto puede generar un “pre-espumado”. Hasta con un aumento de presión subsiguiente, el gas no puede ser “re-disipado,” y se genera una estructura celular irregular larga con celdas rotas y hundidas.

La espuma burda producida en esta manera genera agujeros en películas planas, mientras que en los perfiles y láminas se obtienen superficies ásperas (piel del tiburón); durante producción de película soplada, la burbuja de la película soplada puede colapsarse.

El uso de “degasificación” o extrusoras con venteo (usadas para PS y PMMA) es posible, pero se recomienda:

El agujero de venteo debe estar sellado o cerrado para impedir que se escape el gas generado por el agente espumante.

Use un tornillo de tres zonas o un tornillo degasificador, con una raíz no muy profunda, y hélices no muy altas en la zona de degasificación.

En la zona de devolatilización, está disponible un mayor volumen libre. Esto puede llevar a un descenso ligero en la presión, y por lo tanto a un potencial pre-espumado. Para ejes de tornillos más gruesos, este descenso en la presión puede ser compensado con una mayor velocidad del tornillo o con un incremento de presión en el dado.

Foamazol™ Agente de Espumado Químico, el sistema de agente de espumado desarrollado por Bergen International para extrusión, está formulado de tal forma que, cuando se usa apropiadamente, asegura la completa descomposición y una estructura de espuma muy fina y consistente, dentro de un rango de temperaturas bien definido.

Mientras que el agente espumante en masterbatch se derrite en una etapa temprana y llega antes a su temperatura de descomposición, el gas que resulta se disolverá en el fundido debido a alta presión que existe al principio, y puede ser bien distribuido en un período corto de tiempo.

Los masterbatches del agente espumante con un bajo punto de fusión pueden derretirse demasiado pronto en la pared del barril, y el gas que resulta puede fugarse parcial o completamente a través de la tolva.

En este caso, la temperatura de la zona de alimentación debe estar ajustada a un valor menor, para impedir la descomposición temprana del agente espumante.

Fundamentalmente, todos los tornillos comunes pueden ser usados para la extrusión de espuma, siempre y cuando no haya un descenso grande en la presión en la zona sencilla del tornillo, conllevando a un pre-espumado indeseable en el fundido. Los tornillos establecidos para procesamiento son los de tres zonas (alimentación, compresión, medición/mezclado). También se han obtenido buenos resultados con tornillos de degasificación (PS) , siempre y cuando guarde en mente las condiciones mencionadas arriba al inicio de este reporte.

Tornillos de Barrera
Algunos problemas nuevos se desarrollaron con la introducción de tornillos de barrera. Uno de ellos es un incremento en la tendencia a pre-espumar, causado por un descenso grande en la presión entre la hélice de barrera y el paso impulsor. Cuando se usan segmentos de barrera cortos, el descenso en la presión puede ser compensado con mayores velocidades del tornillo.

En la extrusión de espuma, por lo general no es necesario el uso de filtros de malla fina y cambiadores de filtros. Dada la estructura de espuma, las impurezas, geles, y aditivos aglomerados no están usualmente a la vista y no afectan el producto espumado.

Si se emplean filtros para el fundido, es importante usar mallas que sean bastante burdas. Esto puede ayudar a impedir una caída de presión después del paquete de filtros, que posiblemente pueden resultar en un pre-espumado.

El uso de bombas de fundido puede mejorar el proceso de extrusión de las siguientes maneras:

• El flujo de la masa se estabiliza

• Puede incrementarse la presión dentro del barril

• Menos material de trabajo-intensivo debe ser transportado en el barril

Para la extrusión de espuma, es muy importante poner un sensor de presión donde el fundido entra en la bomba de fundido. La señal de presión de este sensor se usa para controlar la velocidad del tornillo, asegurando un flujo de fundido uniforme al final del extrusor.

Si la presión se fija a un valor demasiado bajo, puede ocurrir pre-espumado. En este caso, es necesario incrementar el nivel de presión.

A través de experimentos se ha demostrado que las siguientes presiones pueden emplearse como una guía del mínimo valor requerido para la extrusión de productos espumados aceptables.

Dados planos
Los dados planos son usados para la producción de películas delgadas (con un paquete de rollos de calandrado para enfriamiento), o películas más gruesas tales como láminas (con una calandra). Cuando se usan dados de ranura con una barra restrictora (para una mejor dispersión de la mezcla), la barra restrictora no debe estar demasiado cerrada. Si esto sucede, puede ocurrir una caída de presión justo después de ésta, y puede generarse un pre-espumado.  

Idealmente, puede detectarse una pequeña área en el fundido justo a la salida del dado que está libre de burbujas de espuma. Justo después de esto, puede verse la expansión del gas. Esto se conoce como un “halo”. Cuando puede observarse un “halo”, se puede estar seguro de que no hay espumado o expansión ocurriendo en el dado o dentro del equipo.

Durante el proceso de refrigeración del fundido de espuma, comúnmente pueden encontrarse los siguientes problemas:

•  El tiempo para formación de espuma no es suficiente – la distancia entre el dado y el rodillo de refrigeración puede ser demasiado corta.
  
•  La estructura de espuma está arrugada – la distancia entre los rollos del sistema de enfriamiento puede ser demasiado corta.
   
•  Cuando se produce una película más delgada, las burbujas de espuma se estiran significativamente y como resultado la densidad de la película de espuma puede aumentar - la velocidad de halado puede ser demasiado alta. Sin embargo, para algunos procesos esta orientación es deseable, e.g. Cintas decorativas o cintas de empaque.

Cuando se ajusta la distancia del agujero en el dado de ranura, debe considerarse la reducción en peso. Para un 30% de reducción de peso, el agujero debe estar reducido aproximadamente 30% comparado con una tela compacta del mismo calibre (para compensar por la expansión de la espuma).

Dado de Perfil, Boquilla Tubular

Comparadas con la sección transversal de un dado de ranura, las secciones transversales de los dados de perfiles generalmente no pueden ser cambiadas o ajustadas. Cuando se diseña y maquina el dado, debe considerarse el producto de espuma deseado.  

Generalmente, es mejor diseñar los dados con longitudes de descarga cortas para mantener alta la presión de fusión justo arriba del labio del dado. Esto también es válido para la producción de película soplada espumada. Además debe notarse que las características de presión de un dado determinado pueden afectarse por muchos factores, tales como tipo de resina, viscosidad, temperatura, reducción de densidad deseada, tasa de salida y sección transversal real del producto.

Muchos productos de espuma co-extruídos están producidos con una capa interior espumada, y capas sólidas exteriores sin espumar. En este caso, es muy importante el material correcto. Para la capa exterior, es recomendable usar material más blando, mientras que para la capa espumada interior se recomienda usar un material algo más duro. Este tipo de estructura se sugiere debido al hecho de que un fundido espumable tiene mejores características de flujo (menor viscosidad aparente) que un fundido sólido de la misma resina. Si las capas difieren en viscosidad, puede generarse una estructura espumada inadecuada.

A través de pruebas se ha demostrado que las capas sólidas pueden utilizar resina con 2 a 3 veces mayor índice de fluidez que la capa de espuma, para dar una buena estructura a esta última.