¿Por qué equipamos el tornillo y el cañón resistentes a la corrosión para la extrusora de WPC?
El tornillo de la extrusora WPC sirve como la transmisión del núcleo y el componente de plastificación del equipo. Continúa directamente el material fundido del compuesto de madera-plástico y soporta altas temperaturas y altas presiones. Su resistencia a la corrosión es crucial para garantizar la operación estable, la calidad del producto y la longevidad. Por lo tanto, los extrusores compuestos de madera de Yongte generalmente usan tornillos y barriles hechos de materiales resistentes al desgaste y resistentes a la corrosión.
1. La corrosividad inherente de los materiales compuestos de madera
Las materias primas del compuesto de plástico de madera (WPC) contienen una variedad de componentes que pueden corroer el tornillo, que es la razón central por la cual el tornillo debe ser resistente a la corrosión:
La fibra de madera (como la harina de madera, la harina de bambú y la harina de paja) contiene inherentemente una cierta cantidad de ácidos orgánicos (como el ácido acético, el ácido fórmico y los ácidos fenólicos producidos por la degradación de la lignina). Bajo las altas temperaturas del proceso de extrusión (típicamente 160-220 ° C), estos ácidos se activan y liberan, contactando directamente la superficie del tornillo. La exposición a largo plazo puede causar una corrosión lenta del sustrato metálico del tornillo, lo que resulta en picaduras y descamaciones de la superficie. Para mejorar la compatibilidad de la fibra de madera con la matriz de plástico, algunos procesos previamente tratan la fibra de madera (como el tratamiento con álcali o la modificación del agente de acoplamiento). Si el pretratamiento no se limpia a fondo, las sustancias alcalinas residuales (como el hidróxido de sodio) o los grupos polares en el agente de acoplamiento pueden reaccionar químicamente con el metal de tornillo, acelerando la corrosión.
Para cumplir con los requisitos de rendimiento para la resistencia a la intemperie, la resistencia al envejecimiento y el retraso de la llama, los materiales plásticos de madera a menudo incorporan varios aditivos, algunos de los cuales se sabe que son corrosivos:
Antioxidantes/estabilizadores de luz: algunos antioxidantes fenólicos y estabilizadores de luz de benzotriazol pueden descomponerse a altas temperaturas para producir sustancias ácidas, lo que puede corroer la superficie del tornillo.
Los retardantes de la llama: los retardantes de llama halogenados de uso común (como decabromodiphenil éter) pueden liberar cantidades trazas de gas haluro de hidrógeno durante el procesamiento de alta temperatura. El haluro de hidrógeno es altamente corrosivo y puede reaccionar con los componentes de la aleación del tornillo (como el cromo y el níquel), dañando la capa de pasivación en la superficie del tornillo.
Rellenos: algunos rellenos inorgánicos (como carbonato de calcio y talco) contienen impurezas trazas (como iones de cloruro e iones de sulfato). Bajo alta temperatura y presión, estas impurezas pueden crear un "entorno corrosivo", exacerbando las picaduras o la corrosión intergranular del tornillo.
La industria del WPC actualmente utiliza plásticos reciclados (como PE y PP). Estos materiales pueden contener tinta de impresión residual, adhesivos e impurezas metálicas (como los restos de cobre y hierro). Los solventes residuales en tintas (como ésteres y cetonas) pueden reaccionar químicamente con el metal en el tornillo a altas temperaturas. Estas impurezas metálicas pueden formar un "efecto de micro-batería" en el espacio entre el tornillo y el cañón, activando la corrosión electroquímica y el desgaste acelerador en la superficie del tornillo.
2. Las condiciones de extrusión exacerban el efecto sinérgico de la corrosión y el desgaste
Las condiciones de alta temperatura, alta presión y alta cizallamiento de la extrusión de madera-plástico no solo activan las propiedades corrosivas del material, sino que también amplifican los efectos dañinos de la corrosión en el tornillo, creando un círculo vicioso de "corrosión + desgaste":
Las temperaturas de extrusión de madera-plástica típicamente varían de 160-220 ° C. A estas temperaturas, la velocidad de reacción química entre los componentes ácidos y alcalinos en el material y el metal de tornillo (comúnmente aleación de 38crmoala) aumenta significativamente. Según la cinética química, la velocidad de reacción aumenta aproximadamente 2-3 veces por cada aumento de la temperatura de 10 ° C. Esto significa que en condiciones sostenidas de alta temperatura, la capa pasiva (como la capa de nitruro) en la superficie del tornillo se destruye más rápidamente, exponiendo el material base y la corroería rápidamente.
Para lograr una mezcla uniforme y extrusión continua de polvo de madera y plástico, el tornillo debe proporcionar suficiente presión (típicamente 10-30 MPa) y la fuerza de corte. Bajo alta presión, el material fundido que contiene componentes corrosivos se adhiere firmemente a la superficie del tornillo, acelerando la penetración del medio corrosivo en el metal. Simultáneamente, las fuerzas de cizallamiento altas raspe continuamente áreas débiles de la superficie del tornillo causadas por la corrosión, eliminando rápidamente la capa de óxido y el material exfoliado, exponiendo el sustrato fresco y exacerbando aún más el proceso de corrosión.
Si el proceso de extrusión experimenta alimentación inestable o velocidad de tornillo fluctuante, puede permanecer algo de material dentro del canal de tornillo. Este material retenido se degrada y carboniza a altas temperaturas, produciendo sustancias aún más corrosivas (como ácidos orgánicos y carburos de molécula pequeña). Estos pueden causar corrosión concentrada en áreas localizadas del tornillo, lo que resulta en defectos como surcos y pozos profundos, afectando seriamente la eficiencia de transmisión del tornillo y el rendimiento de plastificación.
3. La resistencia a la corrosión es fundamental para garantizar la vida del equipo y la calidad del producto.
La corrosión de los tornillos no solo acorta la vida útil del equipo y aumenta los costos de mantenimiento, sino que también afecta directamente la calidad de los productos WPC. Esto se refleja en:
Si la resistencia a la corrosión de un tornillo es insuficiente, la corrosión y el desgaste de la superficie generalmente reducirán la capacidad de transmisión después de 3-6 meses de uso, lo que requiere tiempo de inactividad y reemplazo de tornillos. El costo de fabricación de un solo tornillo de extrusora WPC (65-120 mm de diámetro) puede alcanzar decenas de miles de yuanes, y los reemplazos frecuentes aumentan significativamente los costos de mantenimiento del equipo. Los tornillos resistentes a la corrosión (como aquellos con nitruración, revestimiento de cromo o aleación de Hastelloy) pueden extender su vida útil a 1-2 años, reduciendo significativamente los costos de inactividad y reemplazo.
La corrosión de la superficie del tornillo altera la geometría del canal de tornillo (como la altura de vuelo y el tono), reduciendo el material que transmite la eficiencia y el tiempo de residencia desigual dentro del canal. Esto, a su vez, puede conducir a la salida de extrusión fluctuante y la plastificación desigual del material. Por ejemplo, la picadura en la superficie del tornillo aumenta la fricción entre el material y el tornillo, lo que puede provocar un sobrecalentamiento y degradación localizados, que afectan las propiedades mecánicas del producto final (como la resistencia a la tracción y la resistencia al impacto).
La corrosión en la superficie del tornillo puede producir restos metálicos o copos de óxido. Estas impurezas pueden mezclarse con el material WPC fundido, en última instancia, formando "impurezas" en el producto. Para los productos WPC con altos requisitos estéticos, como pisos al aire libre y paneles decorativos, estas impurezas pueden conducir directamente a la falla del producto. Para materiales decorativos interiores con requisitos exigentes, las impurezas de metales también pueden afectar el rendimiento ambiental del producto (por ejemplo, migración de metales pesados), violando potencialmente los estándares de la industria (como GB/T 24137-2021 "Paneles compuestos de madera").
En resumen, la resistencia a la corrosión de los tornillos de extrusora WPC es un requisito central para abordar los componentes corrosivos de los materiales WPC, resistir el daño por condiciones de alta temperatura y alta presión, y garantizar la operación estable del equipo y la calidad del producto. Por lo tanto, la industria generalmente mejora la resistencia a la corrosión del tornillo a través de la selección del material (como el acero de aleación resistente a la corrosión) y el tratamiento de la superficie (como la nitruración de gas y el recubrimiento de PVD) para garantizar el funcionamiento a largo plazo y estable del equipo.
