Parámetros de materiales y estructurales del tornillo y el cilindro de la máquina de extrusión de película soplada

El tornillo de un extrusor de película soplada es el componente central del sistema de extrusión, y su estructura afecta directamente la calidad de plastificación, la estabilidad de la extrusión y la uniformidad de la película. Un tornillo típico de extrusor de película soplada utiliza un diseño de un solo tornillo, dividido en tres zonas funcionales: la zona de alimentación, la zona de compresión y la zona de homogeneización. Estas tres zonas trabajan juntas para lograr la transferencia de sólidos, la plastificación por fusión y la salida de igualación de presión.

Zona de alimentación Ubicada en la parte frontal del tornillo, esta zona tiene un canal de tornillo relativamente profundo. Su función principal es transportar de manera estable los gránulos de plástico. El paso de tornillo en esta zona es relativamente grande para garantizar una entrada suave del material y prevenir el puenteo o el bloqueo.

Zona de compresión: La profundidad del canal del tornillo disminuye gradualmente, y los gránulos de plástico se funden gradualmente a través de la compresión mecánica y el calentamiento externo. Esta zona es crucial para la transición de fase sólido-líquido; la relación de compresión debe diseñarse para que coincida con las propiedades del material (por ejemplo, LDPE, HDPE, PP), típicamente entre 2.5:1 y 3.5:1.

Zona de Homogeneización Esta sección tiene la profundidad de canal de tornillo más baja y constante, responsable de homogeneizar la temperatura y la presión del fundido para asegurar una extrusión estable. Esta sección presenta una baja fuerza de cizallamiento, previniendo el sobrecalentamiento y la degradación, lo cual es crucial para la uniformidad del espesor de la película.

Las extrusoras de película soplada modernas de alto rendimiento suelen emplear un diseño de tornillo dividido (por ejemplo, tipo BM o Barr), añadiendo nervaduras al tornillo en la sección de compresión para aislar físicamente el lecho sólido del lecho fundido, mejorando así la eficiencia de plastificación y reduciendo las fluctuaciones de la temperatura del fundido. Algunas máquinas también están equipadas con elementos de mezclado (por ejemplo, pasadores o bloques de barrera) para mejorar la uniformidad de la mezcla del fundido, lo que es especialmente adecuado para la coextrusión multicapa o la adición de masterbatches. Además, para adaptarse a materiales biodegradables (por ejemplo, PBAT y PLA), algunos tornillos utilizan tecnología de pulverización de aleación de alta velocidad y diseños de anillos refrigerados por agua, mejorando la resistencia al desgaste y la precisión del control de la temperatura.

La relación longitud-diámetro (L/D) del tornillo suele estar entre 20:1 y 30:1. Una relación L/D más alta permite una plastificación más completa y da como resultado una superficie de película más lisa. El material suele ser de acero aleado de alta dureza y resistente a la corrosión, mecanizado de precisión y con tratamiento superficial, ofreciendo una vida útil 2-3 veces mayor que los tornillos nitrurados convencionales.

Los materiales utilizados para el tornillo y el cilindro se seleccionan principalmente en función de las materias primas que se procesan, el entorno operativo y los requisitos de vida útil. Los materiales comunes se pueden clasificar en tres tipos: acero aleado de alta calidad, materiales compuestos bimetálicos y aleaciones especiales de ingeniería. Entre estos, el acero aleado 38CrMoAlA es actualmente la opción más común en el mercado.

1. Material principal: Acero de aleación 38CrMoAlA (acero nitrurado)

Este es el material más utilizado para husillos y cilindros de máquinas de extrusión de película soplada, especialmente adecuado para procesar plásticos convencionales como PE, PP, LDPE, HDPE y LLDPE. Tras el tratamiento de nitruración, la dureza superficial de este material puede alcanzar HV950–1050, con una profundidad de capa nitrurada de 0.5–0.8 mm. Combina alta resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y buena tenacidad, lo que resulta en una larga vida útil y bajos costos de mantenimiento.

Ventajas: Alta rentabilidad, procesamiento estable, adecuado para la producción general de películas.

Aplicaciones típicas: Máquinas sopladoras de películas para supersacos, líneas de producción de películas para envasado de alimentos.

2. Materiales de alto rendimiento: estructura compuesta bimetálica (SACM645, SKD61, etc.). Para materias primas altamente abrasivas y corrosivas (como aquellas que contienen más de 30% de carbonato cálcico, fibra de vidrio, PVC, plásticos técnicos o materiales reciclados), los tornillos bimetálicos son la opción preferida. Su estructura consta de una capa exterior de aleación resistente al desgaste y una capa interior de matriz resistente, logrando una unión a nivel molecular mediante calcinación a alta temperatura. Su vida útil puede alcanzar entre 2 y 3 veces la del acero nitrurado común y, en casos extremos, hasta 35 veces.

Capas de aleación comunes: aleaciones a base de níquel, carburo de tungsteno, acero inoxidable 9Cr18Mov

Materiales Base: SACM645, SKD61, 8407-XW1 alemán y otros aceros templados y revenidos completamente endurecidos

Ventajas: Fuerte resistencia a la abrasión, apto para cargas, materiales reciclados, fluoroplásticos y otros materiales de difícil procesamiento

Coste: el precio inicial es aproximadamente un 401 TP3T más alto, pero resulta más económico a largo plazo

3. Materiales de procesamiento especial: aleaciones de ingeniería de alta dureza (utilizadas para materiales de alta gama como el PEEK)

Al procesar plásticos de ingeniería de alto rendimiento como el PEEK (polieteretercetona), se requieren materiales con una resistencia al calor, resistencia y resistencia a la fluencia extremadamente altas. Empresas como Zhejiang Huaye han desarrollado tornillos de la serie HPT y cilindros bimetálicos HK específicamente para PEEK, empleando procesos especiales de tratamiento térmico para cumplir con los requisitos de operación estable a largo plazo a altas temperaturas de 160-230 ℃.

Escenarios aplicables: Médico, aeroespacial, empaquetado electrónico de alta gama y otros campos con requisitos extremadamente estrictos de rendimiento de la película.