Hay tres factores principales relacionados con las resinas que se procesarán que influyen significativamente en el diseño de un tornillo y el material que debe usarse en su fabricación: grado de cristalinidad, viscosidad y aditivos en la resina.
El grado de cristalinidad de una resina ayuda a determinar las propiedades físicas resultantes de una parte moldeada y son importantes para el diseñador de piezas. Igualmente importante para el procesador de plásticos es el hecho de que la cristalinidad también influye en la forma en que la resina cambia de un sólido a derretirse.
Las diferencias en las características de fusión entre las resinas altamente cristalinas y menos cristalinas (o amorfas) incluyen su resistencia a la deformación a medida que se aplica el calor, su sensibilidad a la conductividad térmica y su sensibilidad al cizallamiento, independientemente de la fuente.
1. Punto de fusión : una de las diferencias entre los dos tipos de resina (cristalino y amorfo) es su resistencia a la deformación a medida que aumenta su temperatura. Ambas resinas se suavizan un poco a la temperatura de transición de vidrio, pero la resina amorfa continúa suavizándose gradualmente hasta que alcanza un estado fluido. Las resinas amorfas no tienen un punto de fusión definido.
En contraste, las resinas más altamente cristalinas permanecen en un estado relativamente sólido hasta que la temperatura alcanza su punto de fusión. A la temperatura del punto de fusión, las resinas cristalinas cambian rápidamente para derretirse. (Ver Figura 1)
2. Conductividad térmica : todos los plásticos son malos conductores de calor. Las resinas amorfas son especialmente lentas para absorber el calor y aumenta la temperatura. Las resinas amorfas tienden a degradarse o quemarse (en lugar de derretirse más rápidamente) cuando se exponen rápidamente a temperaturas más altas. (Ver Figura 2)
3. Sensibilidad al corte : como consecuencia de las dos diferencias en las características de fusión discutidas anteriormente, se puede entender por qué las resinas amorfas se consideran más sensibles al corte. Las altas tasas de corte dan como resultado temperaturas de resina rápidamente aumentadas que las resinas amorfas no toleran bien.Es bien sabido que las temperaturas de fusión excesivas en algunas resinas pueden causar tensiones residuales moldeadas que rayan de la apariencia parcial o reducen la resistencia mecánica de las piezas. A partir de estas consideraciones, se puede concluir que las resinas amorfas deben cambiarse gradualmente de sólido a derretido. Los tornillos con zonas de transición más largas y profundidades de canal más profundas con relaciones de compresión más bajas ayudan a proteger las resinas amorfas de la quema o degradante y ayudan a garantizar propiedades físicas óptimas en las partes completadas.
En contraste, las resinas cristalinas más altas pueden procesarse de manera más efectiva por tornillos con zonas de transición más cortas, profundidades de canal más poco profundas y relaciones de compresión más altas.
La viscosidad, o la resistencia de una masa fundida al flujo, se mide mediante un reómetro capilar (o plastómetro de extrusión) y se expresa como el índice de fusión de una resina. Un valor de alto índice de fusión (MI) corresponde a una baja viscosidad de fusión y viceversa. Una resina MI fraccional se refiere a una resina con un MI de menos de uno. El MI también es una medida de peso molecular, pero debido a que el MI es más fácil de determinar, a menudo se usa en lugar de la especificación de peso molecular. Un MI inferior indica un peso molecular más alto y viceversa. Las resinas de alto peso molecular (IM bajo) son más viscosos y se procesan de manera diferente a las resinas medianas o altas de IM. Las resinas de MI altas son algo más difíciles de derretir. Cuanto mayor sea el índice de fusión, más poco profundas son las profundidades del canal del tornillo. Las resinas más viscosas requieren profundidades de canal más profundas.
Los aditivos a las resinas termoplásticas influyen en el diseño del tornillo y los materiales desde los que se hace el tornillo y, además, llevan la selección de materiales de revestimiento de cilindros. Algunos aditivos influyen solo en la geometría del tornillo, mientras que otros aditivos afectan la geometría y los materiales que se utilizarán para hacer el tornillo o el revestimiento de barril. Los materiales de refuerzo pueden afectar las tres consideraciones. Los aditivos pueden agruparse en categorías en función de su impacto en el diseño de tornillos y la selección de material de tornillo y barril.
1. Aditivos que afectan la geometría del tornillo
Todos los refuerzos y rellenos afectan la geometría del tornillo. Incluyen fibras hechas de vidrio, carbono, grafito y otros materiales como carbonato de calcio, sílice, esferas de vidrio, mica, talco, metales en polvo, cerámica, baringe (sulfato de bario). Sulfato de calcio anhidro y negro de carbono. Muchos otros materiales inorgánicos se utilizan para rellenos.
Estos aditivos aumentan la viscosidad de la fusión y requieren tornillos con profundidades de canal más profundas y relaciones de compresión algo más bajas. Este cambio de diseño es especialmente importante con el uso de fibras para evitar su rotura y disminuir su efectividad.
2. Aditivos que afectan el material de tornillo y barril
Los materiales especiales de tornillo (y los revestimientos de barril) generalmente se seleccionan para ayudar a minimizar el desgaste abrasivo o corrosivo. Todos los refuerzos y rellenos abrasivos requieren que los tornillos se hagan de aceros especiales resistentes al desgaste o se hayan topado con un recubrimiento resistente a la abrasión.
Los aditivos más abrasivos incluyen fibras de vidrio, carbonato de calcio, polvos de cerámica y metal, y algunos colorantes, como los revestimientos de barril premium de dióxido de titanio, que contienen carburos de vanadio y tungsteno (y otros) para proteger esos componentes contra el desgaste excesivo.
Otros aditivos son corrosivos y requieren tornillos hechos con aleaciones resistentes a la corrosión o recubrimientos especiales. Los retardantes de llama y los agentes de acoplamiento pueden desarrollar una variedad de ácidos corrosivos a altas temperaturas. Los revestimientos de barril hechos de materiales relativamente sin hierro y aleaciones de níquel son necesarios para evitar un desgaste corrosivo grave.
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