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Hinchamiento de la matriz
Es bien sabido que los chorros de líquido viscoelástico se expanden al salir de los tubos capilares. Este hinchamiento del extruido , en inglés "Die swell" o efecto Barus, al emerger de una boquilla es típico de los líquidos viscoelásticos no newtonianos. El hinchamiento de la matriz es un fenómeno común en la extrusión de polímeros. Generalmente se cree que el hinchamiento de la matriz es una característica importante de la elasticidad del fluido durante el flujo. Cuando un fluido viscoelástico sale de una boquilla, el diámetro del extruido suele ser mayor que el tamaño del canal. A esto se le llama hinchazón de matriz, hinchamiento extruido o efecto Barus. El grado de hinchamiento del extruido se expresa normalmente por la relación de hinchamiento de la matriz del diámetro del extruido frente al diámetro de la matriz. Una mejor comprensión de dicho comportamiento de flujo será beneficioso para la optimización de los parámetros de procesamiento y el diseño del equipo de extrusión, los cuales afectan la calidad del producto y el costo de producción.El grado de hinchamiento dependerá tanto de factores externos como de las características intrínsecas del polímero. Los primeros incluyen la geometría (relación y ángulo de contracción, longitud y diámetro de la matriz, así como su relación L / D) del sistema de extrusión (depósito, entrada y matriz) y las condiciones de funcionamiento del capilar (la velocidad de corte aplicada, la tensión y la temperatura) y el medio ambiente externo. El hinchamiento del extruido se puede usar para evaluar la viscoelasticidad del polímero tras la extrusión en estado fundido. A través de la caracterización reológica, el hinchamiento del extruido también puede correlacionarse con la estructura molecular del polímero (peso molecular y extensión de reticulación y ramificación de cadena larga).
D0 - D
Hinchamiento del dado = -------------
D0
donde D0, es el diámetro interior del dado y D es el diámetro exterior medio de la pieza extruida
Hinchamiento del dado retardado
Esta condición se define por una velocidad crítica que es la velocidad promedio del área, la velocidad de extrusión, a la salida de la tubería cuando el oleaje se retarda por primera vez. La relación de hinchamiento retardada y la distancia de retardo aumentan primero para valores poscríticos mayores de la velocidad de extrusión; entonces los aumentos terminan por inestabilidades o por suavización. La velocidad poscrítica máxima en la salida de la tubería siempre fue mayor que la velocidad de la onda de corte medida en el medidor de velocidad de la onda de corte. La velocidad promedio del área postcrítica en la posición de máximo oleaje antes de la terminación fue siempre menor que la velocidad de la onda de corte. Siempre hubo puntos en la región de hinchamiento donde la relación entre la velocidad local y la velocidad de la onda de corte, el número de Mach viscoelástico, era la unidad. El hinchamiento del chorro es un fenómeno no lineal que sugerimos termina finalmente por inestabilidad o cuando las variaciones de velocidad, vorticidad y campo de tensión se reducen a cero por la propagación hacia adentro de ondas de corte desde la superficie libre del chorro. Esta propagación se genera mediante datos "iniciales" discontinuos a lo largo de χ en los que los valores prescritos de velocidad en el límite cambian de no deslizamiento en la tubería a no cortante en el chorro. El hinchamiento de la matriz puede variar de un 10% a más del 100% de aumento en las dimensiones dependiendo de:
- Material
- Temperatura de fusión
- Velocidad de extrusión
- Geometría de matriz
El hinchamiento de la matriz es una función del flujo y las velocidades de corte. El hinchamiento de la matriz es causado por la naturaleza viscoelástica del polímero fundido. La relajación del estrés (disipación de tensiones) tiende a ser lenta en los materiales viscoelásticos. Las fuerzas de compresión que se necesitan para empujar el polímero fundido a través de los pequeños orificios de la matriz no se alivian por completo cuando el polímero sale de la matriz. Por lo tanto, el polímero se expande cuando sale del troquel en respuesta a la relajación de los esfuerzos de compresión residuales, volviendo así a una forma que el material tenía justo antes de entrar en la porción de tierra constrictiva del troquel. Esta recuperación de la forma aparece como una hinchazón del polímero después de la matriz. El hinchamiento de la matriz se puede reducir extendiendo la longitud del terreno de modo que el polímero tenga tiempo suficiente en las condiciones comprimidas para disipar las fuerzas de compresión. El aumento de la temperatura también reducirá la hinchazón de la matriz, ya que imparte la energía necesaria para desenredar las moléculas ".
¿Como evitar?
- Disminuya la velocidad de extrusión (velocidad del tornillo)
- Aumente la longitud del extremo del dado
- Aumente la tasa de reducción mejorando los factores de diseño
- Alguna vez, al aumentar la velocidad de extrusión, aparece un hinchamiento de la matriz retardado
Asesoramiento de nuestros técnicos
- Si el dado ya se ha construido, es necesario modificar la formulacion del material en modo que.. continúa
Notas:
- Los dados en tierra corta provocan un mayor oleaje
- Las matrices de tierra larga producen menos oleaje
- Una tasa de salida más alta conduce a la generación de calor viscoso (calor por fricción)
- Una mayor tasa de salida conduce a un mayor oleaje
El comportamiento de flujo de los polímeros fundidos es de gran importancia práctica en la fabricación y procesamiento de polímeros. Por lo tanto, es muy deseable el desarrollo de una descripción cuantitativa de los fenómenos de flujo basada en una serie de propiedades del material y parámetros del proceso. De la misma manera que el comportamiento mecánico de los polímeros sólidos se puede describir en términos de módulos (relaciones de tensión y deformación), el comportamiento de flujo de los polímeros fundidos se puede caracterizar por viscosidades (relaciones de tensión y velocidad de deformación). Para los líquidos comunes, la viscosidad es un material constante que solo depende de la temperatura y la presión, pero no de la velocidad de deformación y el tiempo. Para los líquidos poliméricos, la situación es mucho más complicada: las viscosidades y los coeficientes de tensión normales difieren con las condiciones de deformación. Debido a que los polímeros fundidos son viscoelásticos, su flujo va acompañado de efectos elásticos, por lo que parte de la energía ejercida sobre el sistema se almacena en forma de energía recuperable. Por esta razón, las viscosidades dependen del tiempo y de la velocidad: los polímeros fundidos son viscoelásticos.
Relación de hinchamiento del extruido o hinchamiento de la matriz
La mayoría de los polímeros fundidos, cuando se extruyen, expanden su diámetro una vez emergen en un entorno esencialmente desenfrenado. Especialmente en matrices cortas (en el caso extremo en matrices de "longitud cero") el componente de tracción del flujo inducido por la convergencia del flujo no puede relajarse antes de alcanzar la salida de la matriz. Este comportamiento de hinchamiento es consecuencia de las propiedades elásticas de un polímero fundido. En un experimento mental, presionemos una goma reticulada a través de un capilar. Cuando la goma salga del capilar, volverá a hincharse, intentando recuperar sus dimensiones originales, debido a su elasticidad. Un polímero fundido se hinchará casi como el caucho. Sin embargo, al salir de la matriz, no se volverán a alcanzar las dimensiones originales del depósito, debido a la relajación de la tensión, principalmente debido a la transición bobina-estiramiento-retroceso de las macromoléculas. En principio, el hinchamiento del extruido o el hinchamiento de la matriz depende del tiempo de relajación terminal y del tiempo de residencia en un capilar. Cuanto menor sea el tiempo de residencia en el capilar o mayor el tiempo de relajación, mayor será el hinchamiento de la matriz. Por consiguiente, el hinchamiento de la matriz aumenta al aumentar el caudal y disminuye al aumentar la longitud del capilar.
