Extrusão. Extrusora. -Um dos processos mais utilizados -Reator Pó Extrusora pellets ou granulos.

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1 Extrusão Extrusora -Um dos processos mais utilizados -Reator Pó Extrusora pellets ou granulos. - Desde a antiguidade o princípio de extrusão já era utilizado.

2 Produtos plásticos feitos por extrusão -Filmes plásticos -Canos e tubos para transporte de água, gás, combustível, etc. -Isolantes de fios e cabos elétricos -Filamentos para fabricação de linhas de pesca, escova de dente, de cabelo, etc. -Recobrimento de papel (filmes e folhas) para a fabricação de embalagens para alimentos (Tetrapack). -Chapas de plástico para posterior termoformagem, etc.

3 Princípios Gerais e Componentes de uma extrusora monorosca -Processo contínuo -Material é alimentado na forma de granulos (ou pó). Função de uma extrusora: 1) Transformar o polímero em produto plástico 2) Plastificação (fusão) do polímero: - resistências elétricas - cisalhamento

4 3) Mistura e homogeneização Exemplo: Blendas Composto 4) Bombeamento do material sob pressão até a matriz. 5) Conformação do polímero pela sua passagem sob pressão através da matriz PRODUTO

5 Componentes de uma extrusora

6 Componentes de uma extrusora 1) Mancal de Apoio - fixar a rosca mantendo-a centralizada - para empurrar o material para frente é necessário criar uma pressão do fundido. A pressão criada empurra a rosca para trás tendendo a esmagá-la contra o rolamento. - a pressão de 2000 psi utilizada em um processo de extrusão (50 mm) causa uma força de recuo na rosca de 3 toneladas.

7 2) Barril / canhão / cilindro Diversos tipos de aço (85:50) desgaste: abrasão e corrosão, pressão. Superfície interna (Nitretação ou bimetálico) Diâmetros internos típicos: 1; 1,5; 2; 2,5; 3,5; 4,5 e 6 in) Comprimento do cilindro (L): comprimento da rosca L/D: característica da extrusora Mais comuns de L/D = 24, 30, 32 e 36 Altas L/D podem indicar boas capacidades de mistura e fusão de polímeros Relação L/D determina a superfície interna disponível para transmissão de calor para a fusão do material

8 Materiais mais comum para a fabricação do barril Liga aço 85:50 (mais comum) Ligas tipo Nitraloy 135 M nitretação com íons formação de uma camada protetora contra corrosão e abrasão. Dureza de 55 a 72 Rockwell C Resistência a tração de 360 a 600MPa. Ligas de Xaloy 800 constituídas de 25% ou mais partículas de carbeto de tungstênio. Ligas de Xaloy X-102

9 Recondicionamento do barril: -Brunimento As dimensões retiradas do barril devem ser introduzidas na rosca. Exemplo: Retirada de 1 mm do diâmetro interno do barril, colocar 1 mm no filete da rosca. Altera a taxa de compressão: Exemplo: RC = h i /h f Antes: hi=24,5 e hf=7 (RC=3,5) Depois: hi = 25 e hf=7,5 (RC=3,3)

10 3) Motor e Caixa de engrenagens - Motor elétrico (220, 380 e 440 V) - velocidade da rosca vazão - Alteração da velocidade da rosca (60 a 150 rpm) usar um motor de velocidade ajustável (CC). usar um motor de velocidade constante acoplado a um sistema mecânico de alteração de velocidade (antigo). usar um inversor de freqüência

11 4) Funil e Goela Funil é onde ocorre a alimentação do material por gravidade. Alimentação: - por afogamento ou inundação (nível cte) - continua: o funil não permanece cheio mas existe um sistema de alimentação ou dosagem composto por calhas vibratórias, esteiras de transporte ou roscas sem fim que alimentam a extrusora à taxas constantes e programáveis (Ex: Dupla rosca) Goela é um furo feito na parede do canhão que possibilita a passagem do material do funil para dentro do barril. O tamanho da goela deve ser a pelo menos o Ø interno do canhão. RESFRIAMENTO

12 5- Sistemas de aquecimento e resfriamento Resistências elétricas Montadas externamente ao barril-pode-se ter cobertura para minimizar a troca de calor para o ambiente. Zonas de aquecimento. Vapor Semelhante ao aquecimento por fluidos É o método mais antigo e o menos usado Distribuição de calor é lenta Fluidos (óleo) Óleo aquecido circulando por camisas que envolvem cilindro ou em serpentinas na canaletas do cilindro que acomodam tubos de cobre Mais caro mas controle mais preciso. Usado em alguns equipamentos de grande porte Controle pode ser individual e a refrigeração é no tanque de óleo referente a cada zona e não no cilindro

13 6) Placa de Quebra Fluxo ou Crivo Disco de aço com orifícios de diâmetro de 3 a 5 mm sem pontos de estagnação Funções: - Aumentar a pressão de contra-fluxo - Homogeneizar a massa viscosa - Quebrar fluxo rotacional - Segurar as telas

14 Tela - consiste em uma malha metálica disponível em vários tamanhos de furos (ou mash) que agem como filtros para retirar do material fundido partículas de material não plastificado e outros tipos de impurezas. - em geral aumentam a contra-pressão dependendo do seu tamanho. - extrusoras mais modernas possuem sistemas de troca telas.

15 Trocador de telas Previne descontinuidade e garante troca rápida da tela

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17 7) Rosca de Extrusão PARAFUSO ARQUIMEDEANO Concebido por Arquimedes para transporte de matérias que teriam um escoamento entre os filetes do parafuso menor que o transporte desta matéria, usado até hoje para transporte de água

18 -É uma parte móvel -Velocidades típicas = rpm -Termoplásticos diferem em dureza, forma física, temperatura de fusão, viscosidade no estado fundido ou amolecido, coeficiente de atrito, calor específico e condutividade térmica, portanto roscas, para perfeito funcionamento também devem ser diferenciadas!!! -Projeto de rosca visa combinação particular de resina/processo -Normalmente são divididas em três zonas: - alimentação - compressão - dosagem ou controle de vazão

19 Mono rosca padrão alimentação compressão dosagem Zona de alimentação (responsável pelo transporte) O aquecimento é menor e em geral há resfriamento nesta região A altura do filete é maior sendo o material apenas transportado devido ao pequeno aquecimento Zona de compressão (responsável pela fusão) Redução gradual da altura do filete Extensão desta região depende do polímero Fusão: temperatura, pressão e cisalhamento Ar é expulso e polímero é entregue à zona de dosagem

20 Zona de dosagem ou controle de vazão (responsável pela finalização da homogeneização e pelo fluxo uniforme) Objetivo é homogeneizar o polímero no estado viscoso e entregá-lo à matriz com vazão e pressão constante Fundir eventuais partículas

21 Fluxo em uma rosca de Extrusão + = Fluxo de Arraste Fluxo de contrapressão Fluxo resultante

22 barril filete Normalmente não há vazamento mas pode ocorrer desgaste no maquinário Qtotal = Qd - Qp - Qe

23 Fusão na rosca Modelo de fusão entre filetes da rosca: turbilhonamento para otimizar distribuição dos pellets e garantir contato com paredes para fusão

24 Fusão na rosca

25 Fusão na rosca Variação na formação do fundido passo a passo da rosca

26 Desgaste -Rosca -Barril

27 Mono rosca padrão Comprimento da rosca: 20 D a 30 D Comprimento da zona de alimentação: 4 D a 8 D Comprimento da zona de dosagem: 6 D a 10 D Passo: 1 D (ângulo do filete ~17.66 o ) Largura real do filete: 0.1 D Altura do canal na zona de alimentação (h i ): 0.10 D a 0.15 D Altura do canal na zona de dosagem (h f ): 0.03 D a 0.06 D Taxa de compressão (RC): 2 a 4

28 Mono rosca com filete adicional Rosca padrão com filete adicional na zona de alimentação Para minimizar a flutuação de pressão causada pela descontinuidade do passo na zona de alimentação. Porém reduz a área de alimentação e aumenta o contato entre o polímero e a rosca, fazendo com que a taxa de transporte seja menor para a zona de compressão.

29 Mono rosca de passo variável Rosca de passo variável (aumentando ou reduzindo o passo) A diminuição do passo provoca a compressão lateral do material no canal da rosca levando à redução ou eliminação da zona de compressão A redução do passo não é de alta performance. É designada para exercer o mínimo de cisalhamento, não para produção. O L/D é, em geral, por volta de 10 Exemplo: Uso para borracha.

30 Roscas modificadas A rosca Zero-Meter Screw é mais apropriada para unidade de plastificação de uma máquina de molde por injeção pois reduz o calor gerado pelo atrito pelo aprofundamento do canal da rosca na zona de dosagem A rosca Zero-Feed, Zero-Meter consiste de uma única zona de compressão, que permite a compressão gradual do material.

31 Estudo de Caso Poliamida (PA-66) X Polietileno (LDPE) -Tmbaixa( C) - Tm larga - Zona de alimentação curtaevita a fusão prematura. - zona de compressão longa para permitir a fusão de material de MM -Tmalta( C) - Tm estreita - Zona de alimentação longapermite aumentar a energia térmica fornecida para elevar a T do polímero sem fusão. - zona de compressão curta fusão rápido.

32 Roscas de uso geral - A troca de rosca quando se troca de polímero só é justificada para longas corridas. -Rosca de configuração multifuncional, cujo projeto deve abranger a configuração ideal para os vários tipos de polímeros. -Pode-se melhor o desempenho através de ajustes nas condições de processamento.

33 Considere um rosca de uso geral com zona de alimentação maior que a ideal para o PE porém menor que o ideal para a PA, o mesmo ocorreria para a zona de compressão. Perfil de aquecimento para a PA usando uma rosca para PA Perfil de aquecimento para a PA usando uma rosca de uso geral Temperatura de aquecimento nas zonas Perfil de aquecimento para a PE usando uma rosca para PE Perfil de aquecimento para a PA usando uma rosca de uso geral Distância Matriz

34 8) Matriz e Cabeçote Cabeçote é o conjunto de peças acopladas à extremidade do cilindro. Matriz é a extremidade final do cabeçote que tem como função dar forma à massa polimérica

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38 Cabeçote/Matriz

39 9) Degasagem - Alguns produtos plásticos liberam gases quando aquecidos Resfriamento não controlado, degradação, peça com defeitos São equipados com um ou mais orifícios (3/4 L) no cilindro a partir do qual os voláteis, por diferença de pressão ou vácuo podem ser extraídos. Os orifícios podem ser utilizados também para a adição de componentes como aditivos, cargas, componentes reativos, etc

40 Extrusora com degasagem

41 Extrusora com degasagem Extrusoras com degasagem são usadas para extrair voláteis de polímeros de uma maneira continua. São equipadas de um ou mais orifícios pelos quais os voláteis podem escapar. Duas importantes condições para o polímero sob a saída de degasagem são pressão zero e o material estar completamente fundido. Algumas das aplicações são: Remoção de oligômeros ou monômeros da produção de polímeros (PS, HDPE, PP, etc.) Remoção de produtos de reação de polimerização por condensação (água, metanol, etc ) Remoção de solventes usados em polimerização por suspensão em emulsão Remoção de água dos polímeros hidrofílicos (ABS, PMMA, PA, PC, SAN, CA, PU, PPO, Polisulfonas, etc.) Compostos com cargas minerais umidade

42 Componentes de uma extrusora 6) Quebra fluxo 2) Cilindro 4) Funil e goela 1) Mancal 7) Rosca ) Cabeçote matriz 5) Sistemas de aquecimento 3) Motor e caixa de engrenagens