Extrusão Princípios de Funcionamento

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1 1) Taxa de Compressão (RC) -Descrição da rosca de acordo com a taxa de compressão (baixa ou alta taxa de compressão). RC = h i / h f RC = 2 corresponde a baixa taxa de compressão RC = 4 corresponde a alta taxa de compressão Exemplo???

2 2) Alimentação da rosca - grânulos ou pó. - Granulometria parecida (uso de reciclado,cargas, masterbaches ou outros aditivos, blendas, etc)... - Problemas mais comuns: material parar na goela os grânulos podem ficar agarrados na rosca (goela) impedindo a entrada de material.

3 2) Alimentação da rosca Roscas refrigeradas à água

4 3) Homogeneização e Plastificação Fusão Resistências elétricas Cisalhamento Rotação da Rosca???

5 4) Mistura Função do processo de extrusão Refluxo 50% de material é empurrado para frente. Maior grau de mistura pode ser obtido aumentando a pressão no fim da rosca (perto do cabeçote): - Matriz com alta resistência ao fluxo - Aumento de telas - Roscas especiais Uso: - compostos e blendas

6 Roscas especiais (misturadores e cisalhadores intensivos): - ajudam o processo de homogeneização e plastificação - alterações na zona de controle de vazão: elementos de mistura. - elementos de mistura tem a função de bloquear o fluxo, aquecer ainda mais o material e aumentar o tempo de residência no barril.

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8 A) Rosca com elemento de cisalhamento intensivo tipo anel - Garante a fusão total da massa polimérica - Estabiliza o fluxo na zona de controle de vazão - Baixa produtividade

9 B) Rosca com filetes duplos roscas com barreira - Roscas que separam o líquido do sólido (Vantagem?) - Folga (escape) do filete secundário é maior para o líquido passar - Cisalhamento crescente sobre o sólido (h decrescente) e cisalhamento decrescente sobre o líquido (h crescente)

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11 C) Rosca com barreira e elementos de alto cisalhamento

12 Comparações entre roscas convencionais e roscas com barreira Vantagens: - Processo de fusão melhor e mais estável - Menores pressões - Maiores vazões - Menor temperatura no cilindro Desvantagens: -Custo - maior desgaste - Configuração limita o uso de alguns polímeros

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14 PP com e sem lubrificante externo

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16 Elementos de mistura Distributivos e dispersivos Boa Distribuição Má Boa Dispersão Má

17 A) Elementos Dispersivo - Capacidade de fragmentar um aditivos em pedaços pequenos - Homogeneização sob altas γ - Importante em extrusão de espessuras muito finas Ex: fibras e filmes. - Exemplos: barreira na forma de anel, elemento Maddock, elemento tipo Egan

18 Misturador dispersivo de Maddock -Todo o material tem que fluir pelo canal de saída, assim o material é forçado sobre a chaveta divisória, aumentando a mistura dispersiva. A desvantagem deste misturador é que ele aumenta a pressão na saída da rosca. Além disso, a geometria favorece pts de estagnação.

19 B) Elementos Distributivos - capacidade de distribuir um aditivo ou a massa polimérica - Normalmente são utilizados para a confecção de composto - Descontinuidade do perfil de canal da rosca - Exemplos: pinos, baixo relevo, abacaxi, dulmage, etc.

20 Misturador de Dulmage (Dow Química) Misturador tipo abacaxi (Rapra)

21 5) Bombeamento do fundido -Fluxo de Arraste - Vazão: Q = π. DN cosθ. hb 2 3 bh dp 12η dz Q = αn β. P η Q é a vazão (ml/s ou L/s), α e β são constantes que dependem da geometria da rosca, N é a velocidade de rotação da rosca (rpm), P é a pressão (psi).

22 6) Pressão no Cabeçote Dentro do cabeçote existe caminhos para que o material percorra até chegar a matriz. A rosca ao girar manda material para dentro do cabeçote e, como o cabeçote não pode inchar gera uma pressão no material.

23 Pressão no cabeçote Fluxo de pressão Dificulta o bombeamento de material da rosca para o cabeçote Pcabeçote > P na ponta da rosca Maior para menor P Empurrando o material para a matriz (P=0) REFLUXO

24 positivo Maior homogeneização Refluxo negativo vazão produtividade altas pressões Telas fina ou crivos com furos peq. viscosidade refluxo Viscosidade e geometria da rosca na ponta h refluxo folga entre rosca e barril refluxo

25 Extrusão processo contínuo: Q extrusora = Q matriz Q arraste Q refluxo = Q matriz Q arraste = αn Onde α é a constante de arraste da rosca e N é a rotação. α o passo da rosca o Ø da rosca a profundidade de canal o ângulo da hélice

26 Q Pontos de operação de uma extrusora: = αn P β η Ponto onde as equações tem solução Q Constante geométrica da rosca πdn cosθbh = 2 Q T = Q M 3 bh dp 12η dz Q = αn M = K P η P β = η M K P η M

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28 Exige muita potência da máquina Pressão muito baixa Pressão muito alta Baixa produtividade

29 Influência da peseudoplasticidade do polímero na vazão

30 Vazão Pressão no cabeçote 50 rpm 80 rpm matriz larga matriz estreit 1) Por que com o aumento da pressão no cabeçote ocorre uma diminuição na vazão da extrusora e um aumento na vazão da matriz? 2) Suponha que você esteja trabalhando com 50 rpm e com uma matriz estreita. Como você faria para conseguir um aumento de 60% na vazão do processo. Qual seria a P no cabeçote e a Q da extrusora? 3) O que ocorreria caso você utilizasse uma matriz larga? Quais seriam os valores de P e Q? Explique.

31 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão 1) Temperatura das resistências elétricas O calor fornecido para a plastificação advém da condução de calor (resistências elétrica - 40%) e atrito (cisalhamento 60%). Facilitar o processamento, aumentar a produtividade. Porém pode ocorrer risco de degradação.

32 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão 2) Velocidade de rotação da rosca Aumentando-se a velocidade de rotação da rosca, geralmente aumenta-se o cisalhamento, a temperatura, a fluidez e portanto, a produtividade ou em casos extremos pode-se degradar o polímero.

33 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão 3) Influência da geometria da rosca: a) Roscas com zona de compressão longas - tempo de residência - convivência sólido/líquido - fluxo desigual na região de compressão - cisalhamento baixo devido à baixa compressividade - baixo poder de mistura b) Roscas com zona de compressão curtas - cisalhamento devido à compressividade aq. localizado, principalmente para situações onde a viscosidade é alta.

34 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão c) Roscas cuja profundidade h é cte decrescente - Ideal para materiais sensíveis a temperatura. h (zona de dosagem) vazão, γ, T mistura h (zona de dosagem) P do sistema, Q d) L/D tempo de residência, γ, mistura.

35 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão 3) Pressão no cabeçote O aumento na pressão do cabeçote causa um aumento no retorno do material para a zona de controle de vazão (filetes rasos) aumentando o cisalhamento. maior homogeneização Crivos com poucos ou pequenos furos Maior quantidade ou telas mais estreitas

36 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão D) Características do polímero e dimensionamento de matrizes Exemplo: Considere um linha de extrusão de tubos e canos Ao sair da matriz o tubo passa por um sistema de calibração ao mesmo tempo em que é resfriado em uma banheira com água, sendo posteriormente puxado.

37 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão D) Características do polímero e dimensionamento de matrizes Ao sair da matriz o tubo passa por um sistema de calibração ao mesmo tempo em que é resfriado em uma banheira com água, sendo posteriormente puxado.

38 Variáveis básicas que afetam o processo de extrusão Possíveis alterações: - Centragem do dispositivo - Inchamento do extrudado - Estiramento: o que pode levar a um aumento na resistência mecânica, porém a um aumento das tensões internas. - Contração térmica: cada material possui um valor típico de contração. Além disso o resfriamento pode alterar esses valores.

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