DuPont Hytrel. Manual de extrusão. elastômero de poliéster

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1 DuPont Hytrel elastômero de poliéster Manual de extrusão * O logotipo oval da DuPont, DuPont, The miracles of science* e Hytrel* são marcas registradas ou marcas requeridas de E.I. du Pont de Nemours and Company ou suas subsidiárias.

2 Conteúdo Páginas 1. DuPont HYTREL elastômero de poliéster Aplicações de extrusão e escolha dos grades Propriedades do fundido Equipamento básico de extrusão Projeto geral da extrusora Cilindro da extrusora Perfil da Rosca Telas e porta telas Adaptador, cabeçote e matriz Instrumentação Manômetros Controladores de temperatura Termopares para o fundido Funcionamento da extrusora Manuseio geral das resinas Precauções de segurança Absorção de umidade e secagem Procedimento de partida, desligamento e purga Limpeza do equipamento Reciclagem de aparas Processos de extrusão Geral Perfis Extrusão livre de tubos Calibração a vácuo de tubos Extrusão de revestimento ("Cabeçote cruzado") Extrusão de filmes planos, chapas e recobrimento de tecidos Filme tubular Coextrusão Guia de solução de problemas para a extrusão do HYTREL Perfis típicos de temperatura do HYTREL

3 1. DuPont HYTREL elastômero de poliéster HYTREL é a marca registrada da DuPont para a sua família de elastômeros termoplásticos de engenharia. O HYTREL combina muitas das propriedades mais desejadas dos elastômeros e dos plásticos flexíveis de alto desempenho. O HYTREL apresenta: tenacidade e resiliência excepcionais; alta resistência ao creep, ao impacto e à fadiga; flexibilidade a baixas temperaturas; e uma boa retenção de propriedades a temperaturas elevadas. Além disso, resiste ao ataque de muitos produtos químicos, óleos e solventes industriais. Os grades de HYTREL são agrupados em quatro categorias: 2. Aplicações de extrusão e escolha dos grades 1. Grades padrão exibem propriedades versáteis de processamento, custo mais baixo e são adequados para muitas aplicações de extrusão; 2. Grades de alto desempenho proporcionam melhores propriedades mecânicas para aplicações mais rigorosas; 3. Grades especiais apresentam performance de processamento ou propriedades especiais para aplicações específicas; 4. Concentrados contêm teores relativamente elevados de aditivos específicos, para mistura com outros grades de HYTREL. As excelentes propriedades e performance de processamento do HYTREL o qualificam para muitas aplicações críticas. Propriedades como resistência mecânica, desempenho sob flexão, resistência a fluidos e a produtos químicos e uma ampla faixa de temperaturas de serviço levaram ao emprego do HYTREL em muitos produtos extrudados, incluindo mangueiras e tubulações, correias, perfis extrudados, proteções para cordas e cabos, chapas e filmes. A maioria dos grades de HYTREL é adequada aos processos de extrusão. A escolha dos grades mais adequados para uma determinada aplicação, em termos de propriedades e condições de aplicação, deve ser conduzida com base nos manuais de design e propriedades do HYTREL que podem ser obtidos junto ao seu representante DuPont. 3. Propriedades do fundido A capacidade de processar o HYTREL por uma técnica específica de extrusão depende em grande parte das propriedades do fundido, que são determinadas pelo grade escolhido de HYTREL e pelas condições de processamento. Algumas propriedades gerais do fundido devem ser consideradas na extrusão do HYTREL : Todos os grades possuem um ponto de fusão bem definido que se eleva (tornando-se mais definido) com o aumento da dureza e da cristalinidade. O desempenho dos diferentes grades de HYTREL para determinados processos de extrusão depende da formulação. Grades mais moles são mais adequados para a extrusão de perfis sólidos. Esses grades apresentam uma dureza Shore D de até 55D, em particular os grades com baixos índices de fluidez. Geralmente a extrusão de perfis utilizando dispositivos de calibração não é possível com o HYTREL, entretanto, pode-se obter resultados aceitáveis com grades mais duros. Grades mais duros são melhores para a extrusão com calibração a vácuo de tubos. Os grades com dureza Shore D igual ou superior a 47D proporcionam resultados excelentes com esse processo. A viscosidade do fundido depende principalmente da temperatura do mesmo e essa dependência torna-se maior com o aumento da dureza. A velocidade de cristalização eleva-se com o aumento da dureza; dessa forma, a diminuição da cristalinidade por resfriamento torna-se mais difícil com o aumento da dureza. A viscosidade do fundido como função da temperatura e do cisalhamento para os grades de extrusão do HYTREL é mostrada nas Figuras 1 e 2. 1

4 O HYTREL possui uma curva de viscosidade em função do cisalhamento relativamente plana, especialmente para baixas taxas de cisalhamento, típicas dos processos de extrusão. Isso significa que, por exemplo, roscas e matrizes de extrusão de alto cisalhamento não reduzem a viscosidade de fundido do HYTREL tanto quanto em outros polímeros, mas podem provocar aumento localizado de temperatura, o que não é desejável. Na Figura 2, observa-se que uma alteração significativa na viscosidade do fundido pode ocorrer a partir de uma pequena variação na temperatura do mesmo. Assim sendo, a temperatura do fundido pode ser reduzida para proporcionar maior resistência ao material e maior estabilidade ao produto extrudado. Isso também significa que um bom controle de temperatura do fundido é um fator importante para a extrusão bem-sucedida do HYTREL. Viscosidade Aparente, Pa.s G3548L 4275 BK 5612 BK 4068FG , FG 7246, 7248 G4074, G4078W G4774, G4778 G Taxa de Cisalhamento, s -1 GRADE DE HYTREL HYTREL G3548L HYTREL 4056 HYTREL 4068FG HYTREL G4074 HYTREL G4774, G4778 HYTREL G5544 HYTREL 5556 HYTREL 6356, 6358 HYTREL 6359FG HYTREL 7246, 7248 HYTREL 4275 BK HYTREL 5612 BK HYTREL 6108 TEMPERATURA DE PROCESSAMENTO, C Figura 1. Viscosidade do fundido na temperatura de processamento BK 5612 BK Viscosidade aparente, Pa.s GF , FG 7246, 7248 G3548L 2 G4074 G4078W G4774, G4778 G Temperatura do fundido, o C Figura 2. Viscosidade do fundido em função da temperatura a uma taxa de cisalhamento de 100 s -1 2

5 4. Equipamento básico de extrusão Um secador instalado sobre o cilindro não é essencial, Projeto geral da extrusora A experiência demonstra que os melhores resultados com o HYTREL são obtidos em extrusoras com rosca simples. As extrusoras com dupla rosca geram efeitos de aquecimento provocados pelo cisalhamento excessivo, não sendo recomendadas. Máquinas com respiro não podem ser usadas para secar o HYTREL. A ênfase na escolha do equipamento deve estar na uniformidade e na qualidade do fundido produzido. O fornecimento constante de um fundido homogêneo com temperatura uniforme e a capacidade de manter a temperatura desejada do fundido ao longo de uma ampla faixa de velocidades da rosca, devem ser os objetivos para uma boa extrusão. Materiais de construção O HYTREL, no estado fundido, não é corrosivo para os metais. As roscas devem ter as suas superfícies endurecidas (nitretadas), mas não precisam ser construídas com ligas resistentes à corrosão, embora muitos cilindros e roscas de extrusoras sejam construídos com estes materiais para possibilitar o processamento de uma ampla gama de resinas. Acionamento de extrusoras Recomenda-se o acionamento por motores de corrente contínua, uma vez que proporcionam bom controle de velocidade e possibilidade de operação em uma ampla gama de velocidades. Esse tipo de acionamento normalmente proporciona o corte automático de corrente para impedir a ruptura da rosca como resultado de torque excessivo. Independente do tipo de acionamento empregado, é importante que algum tipo de dispositivo de proteção contra sobrecarga seja incorporado ao sistema de acionamento. Uma proteção adicional pode ser dada por meio de um disco de ruptura instalado na zona entre a rosca da extrusora e o conjunto de porta-telas / telas de filtro, ou por um transdutor de pressão com interruptor de alta pressão interligado ao acionamento da extrusora. Funil e zona de alimentação As zonas de alimentação superiores ou tangenciais, normalmente utilizadas em extrusoras convencionais com rosca simples, funcionam bem com o HYTREL. Recomenda-se o resfriamento da zona de alimentação com água para evitar o aquecimento excessivo da resina alimentada na rosca e proteger os mancais do acionamento. mas deve ser empregado, quando disponível, para proteger o polímero contra a absorção adicional da umidade. O secador também é recomendado para garantir que a resina seja enviada à extrusora com uma temperatura e com um teor de umidade constantes, o que pode ajudar a garantir as propriedades regulares de alimentação e do fundido. Um teor de umidade igual ou inferior a 0,10% é necessário para manter as tolerâncias de extrusão e para minimizar a degradação durante o processamento. Se o teor de umidade não é definido, devido ao uso de material moído, deve-se usar um desumidificador ou estufa de porte adequado. Para mais detalhes sobre a secagem, veja a seção Funcionamento da Extrusora. Cilindro da extrusora Os cilindros de extrusora adequados à operação com termoplásticos comuns, tais como nylon plastificado, PVC ou poliolefinas também são normalmente adequados para a extrusão de HYTREL. As relações de comprimento / diâmetro (L/D) de, no mínimo, 24:1 proporcionam melhor qualidade de fundido para a extrusão de precisão. As folgas existentes entre a rosca e a parede do cilindro devem ser pequenas para evitar o contrafluxo da resina fundida e a possível alteração na vazão da extrusora. Recomenda-se que folgas radiais < 0,1mm sejam mantidas para extrusoras com até 64mm de diâmetro. Essas folgas devem ser periodicamente verificadas e a reforma do cilindro ou da rosca deve ser executada quando necessário. Verificou-se que as extrusoras com zonas de alimentação intensamente resfriadas e cilindros com ranhuras axiais, para auxiliar a alimentação, podem provocar o cisalhamento excessivo do HYTREL durante o estágio de fusão / compressão, com o conseqüente aumento de temperatura e maior consumo de corrente elétrica pelo motor. Esse tipo de cilindro não é adequado para o processamento do HYTREL. Recomenda-se que o cilindro tenha, pelo menos, quatros zonas de controle de temperatura e que a temperatura de cada zona seja controlada por um termopar diferente e um instrumento de controle proporcional. Um resfriamento eficiente também deve ser proporcionado pela circulação de água ou por ventiladores, que são controlados de forma independente pelos controladores de temperatura de cada zona. 3

6 Perfil da rosca O elemento mais importante de uma extrusora é a rosca. Geralmente, pode-se obter bons resultados para o HYTREL utilizando-se roscas com 3 zonas de comprimento aproximadamente iguais para as zonas de alimentação, transição (compressão) e dosagem. A relação de comprimento / diâmetro deve ser de, no mínimo, 24:1 para uma boa uniformidade da resina extrudada (ou seja, variações mínimas de temperatura e de pressão). As taxas de compressão devem estar entre 2,5 e 3,5 para 1, conforme determina a divisão da profundidade do filete da zona de alimentação pela profundidade do filete da zona de dosagem ( relação de compressão aparente ). A profundidade do filete das seções de alimentação e de dosagem é importante; se o filete de alimentação for muito profundo e não for suficientemente longo, especialmente com roscas de grande diâmetro, pode haver falhas na alimentação e queda de produção com alguns tipos mais duros de HYTREL. Se o filete de dosagem for muito profundo, pode haver a distribuição não-uniforme da temperatura ao longo do fundido, enquanto que um filete de dosagem muito raso pode resultar no superaquecimento do fundido, devido ao cisalhamento. Uma rosca normal de 3 zonas, com transição gradual, para processamento do HYTREL é apresentada na Tabela 1. O uso de perfis complexos de rosca, incorporando zonas de elevado cisalhamento ou dispositivos misturadores, zonas de descompressão, etc., não são recomendados para o HYTREL. Esse tipo de rosca provoca o acúmulo excessivo de calor localizado devido à ação intensa do cisalhamento e, normalmente, dificultam a obtenção da temperatura desejada do fundido, bem como podem levar a alto torque do motor de acionamento. Entretanto, verificou-se que certos perfis de rosca tipo barreira funcionam satisfatoriamente com o HYTREL, especialmente na obtenção de propriedades constantes do fundido para operações críticas de extrusão (como a extrusão de tubos em alta velocidade). O resfriamento interno da rosca não é recomendado para o HYTREL, embora tenha-se verificado que o resfriamento limitado da rosca na zona de alimentação conseguiu eliminar problemas de alimentação irregular (queda na produção) nas extrusoras de grande porte. Telas e porta-telas Um porta-telas para um fluxo suave (por exemplo: com contrafuros em ambos os lados) é normalmente colocado entre a extremidade da rosca e o adaptador para conter o conjunto de telas. O conjunto de telas é usado para dois fins: remover quaisquer impurezas ou material não fundido do fluxo de resina fundida e também para assegurar suficiente contrapressão na extremidade da rosca, para auxiliar na formação de um fundido homogêneo e pressão constante de extrusão. O conjunto de telas deve ser formado por duas telas com malha 80, sustentadas por uma tela 40 a jusante, junto ao porta-telas. Para aplicações críticas, quando é necessária a limpeza total da resina, podem ser usadas telas mais finas (malha 120 ou 150). ZONA DE ALIMENTAÇÃO (20% a 33 1/3%) LF ZONA DE TRANSIÇÃO (25% min.) LT ZONA DE DOSAGEM (25% a 50%) LM D PITCH 1 h 2 Profundidade do filete da zona de alimentação (h 1 ) W Profundidade do filete da zona de dosagem (h 2 ) Largura do filete (W) Diâmetro (D) Passo (P) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 38,1 50,8 63,5 88, ,1 50,8 63,5 88, ,45 7,8 9,8 11,6 13,3 2,0 2,4 2,8 3,3 3,8 3,81 5,08 6,35 8,89 11,4 Tabela 1. Rosca de transição gradual 4

7 Um bom aquecimento externo é essencial para a área do porta-telas da extrusora. Uma capacidade suficiente de aquecimento deve estar disponível para elevar rapidamente a temperatura dessa região, nas condições normais de processamento, para assegurar que qualquer polímero residual seja totalmente fundido antes da partida. Analogamente, como a área do porta-telas (fixação do cabeçote) é normalmente aquela onde uma grande quantidade de calor é perdida para o ar ambiente, a configuração das resistências desta zona é crítica. Adaptador, cabeçote e matriz Tanto o adaptador quanto o cabeçote devem ter um projeto que permita o fluxo suave da resina. Os canais de fluxo não devem conter mudanças bruscas na seção transversal, interrupções da superfície (provocadas pela montagem incorreta das peças ou danos, por exemplo), ou outros pontos mortos. As áreas de estagnação de fluxo (pontos de retenção) podem levar à degradação localizada do polímero e a correspondente liberação de partículas de resina degradada no fluxo de material fundido. Resistências devidamente dimensionadas devem ser instaladas no adaptador, uma vez que se trata de uma grande peça de metal. É especialmente importante controlar separadamente a temperatura do adaptador e do cabeçote, uma vez que diferem substancialmente no tamanho e no consumo de energia. A matriz, onde se prolonga além do cabeçote da extrusora, deve ter o seu próprio termopar e controlador de temperatura. Para os projetos de cabeçote e matriz destinados a processos específicos de extrusão, tais como a extrusão de tubos, consulte a descrição do respectivo processo na seção Processos de Extrusão (páginas 9-17), deste manual. Instrumentação A função de uma extrusora é produzir um termoplástico fundido com velocidade e temperatura constantes. Uma instrumentação sofisticada é pré-requisito para a produção com qualidade. Para monitorar o desempenho da extrusora é importante determinar a pressão e a temperatura do fundido, bem como proporcionar os métodos adequados de controle. Manômetros A pressão do fundido deve ser monitorada durante a extrusão, especialmente na partida. O registro e o monitoramento da pressão do fundido durante a partida indica se o escoamento do material está correto ou se uma situação de refluxo ou resfriamento está ocorrendo. Durante a produção, a variação da pressão também indica variações na vazão e na viscosidade do fundido. Para a medição precisa e respostas rápidas, recomenda-se um transdutor de diafragma com um indicador eletrônico. O local mais comum para a instalação do transdutor é imediatamente antes do porta-telas, pois esse é o ponto onde, provavelmente, a alta pressão é gerada. Entretanto, também é vantajoso instalar um segundo transdutor na área do cabeçote de extrusão para indicar a pressão de saída junto à matriz. Flutuações de longa ou curta duração podem influenciar a qualidade e a uniformidade do produto e, por esse motivo, pode ser vantajoso monitorar continuamente a pressão do fundido, conectando a saída do transdutor a um registrador gráfico. Controladores de temperatura Flutuações relativamente pequenas de temperatura na extrusora, especialmente na parte frontal e na matriz, podem influenciar muito a qualidade do material extrudado ao processar o HYTREL, pois a sua viscosidade depende substancialmente da temperatura. Dessa forma, o tipo de dispositivo empregado para o controle da temperatura é muito importante. Para manter o controle da temperatura ótima e um fundido termicamente homogêneo, o controlador deve ser do tipo proporcional ou do tipo de tensão variável. Um controlador do tipo liga-desliga não é recomendado para o processamento do HYTREL. Uma flutuação de temperatura de 3 o C não é incomum para esse tipo de controlador; uma variação dessa magnitude pode produzir flutuações excessivas na viscosidade, resultando em uma variabilidade dimensional inaceitável nos processos críticos de extrusão. A indicação de temperatura para os controladores é feita por meio de termopares corretamente posicionados em cada zona de temperatura do cilindro, adaptador, cabeçote e matriz. É importante que esses termopares estejam posicionados o mais próximo possível do fluxo do fundido para registrar, de forma precisa, a temperatura do metal que estiver envolvendo a resina fundida. Termopares para o fundido Os termopares que indicam a temperatura real do material fundido são recomendados para o processamento do HYTREL. Para proporcionar respostas rápidas, eles devem ser do tipo não-blindado e posicionados na placa do adaptador ou, preferencialmente, na matriz, ou então, o mais próximo possível dela. Recomenda-se o uso de pirômetro tipo agulha portátil para verificar a temperatura real do fundido antes da partida. A medição deve ser feita com a rotação normal da rosca, após a purga, e por um tempo suficiente para permitir a estabilização das temperaturas. 5

8 5. Funcionamento da extrusora Manuseio geral das resinas O HYTREL é normalmente fornecido em sacos selados, à prova de umidade de 25kg. Caixas com revestimento de barreira à umidade com 500kg também encontram-se disponíveis para grandes consumidores. Nas operações de extrusão, o mais elevado grau de limpeza possível deve ser observado na preparação, processamento e retrabalho do material, para evitar que partículas de poeira ou outras formas de contaminação ingressem na extrusora. Sistemas automáticos de transporte dos grãos, funis de alimentação selados, abertura cuidadosa dos sacos de resina virgem, bem como o manuseio cuidadoso do material moído contribuem de forma significativa para a limpeza e a qualidade global do produto acabado. Precauções de segurança Todas as práticas de segurança normalmente observadas para o manuseio e processamento de polímeros termoplásticos devem ser adotadas para o HYTREL. O polímero não é um material perigoso em condições normais de transporte e armazenagem. Durante o seu processamento, se as temperaturas e os tempos de permanência atingirem valores muito acima dos recomendados, o HYTREL pode se degradar e decompor com a formação de produtos gasosos. Normalmente, nas temperaturas normais de processamento e nas condições normais de produção, a decomposição dessas resinas é mínima. Entretanto, os riscos potenciais decorrentes dos produtos de decomposição gasosa incluem: Refluxo explosivo, incêndio e exposição a vapores tóxicos (principalmente o tetrahidrofurano). Como ocorre com todos os termoplásticos, as queimaduras resultantes do contato com o polímero fundido são um risco potencial durante o seu processamento. Antes de processar o HYTREL, consulte o manual: Precauções para o Manuseio e Processamento do HYTREL e observe as precauções lá recomendadas. Absorção de umidade e secagem Os grãos de HYTREL são fornecidos em embalagens à prova de umidade. Entretanto, quando expostos ao ar, os grãos absorvem umidade. Teores de umidade acima de 0,10% podem comprometer seriamente uma operação de extrusão, provocando grandes variações na pressão do fundido, variação na vazão da extrusora, 6 degradação da resina e, possivelmente, bolhas no material fundido à medida que este deixar a matriz. Nas temperaturas acima do ponto de fusão, um teor excessivo de umidade provoca a degradação hidrolítica do polímero. Essa degradação resulta em propriedades físicas deficientes, além de tornar o material quebradiço, especialmente a baixas temperaturas. Grade de HYTREL Alta Produtividade Alto Desempenho Especialidade G3548W G4074 G4078W G4774, G4778 G HS HTR4275BK HTR5612BK HTR6108 HTR8068 HTR8139LV HTR8171 HTR8206 Teor de Umidade de Equilíbrio (% após 24 horas) 5,0 2,1 3,0 2,5 1,5 0,6 0,7 0,6 0,5 0,5 0,3 0,3 0,3 3,0 0,7 0,3 0,4 0,2 1,9 0, Tabela 2. Teores de umidade de equilíbrio para o HYTREL Os teores de umidade de equilíbrio dependem do grade da resina e encontram-se na Tabela 2 (Método ASRM D570). A velocidade de absorção da umidade para um grade normal do HYTREL para extrusão (5556) encontrase na Figura 3. Ganho de umidade % em peso 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0,01 0,1 HYTREL % U.R. 50% U.R. 0,2 0,4 0, Tempo, h Figura 3. Absorção de umidade à temperatura ambiente HYTREL 5556

9 Secagem O HYTREL deve ser seco antes do processamento. É muito importante assegurar que a resina esteja seca durante o processamento para possibilitar a obtenção de peças de qualidade que proporcionam bom desempenho quando utilizadas. No caso de operações críticas de extrusão, como a calibrada a vácuo de tubos com pequenas tolerâncias, verificou-se que a vazão da extrusora pode apresentar pequenas oscilações em função dos diferentes teores de umidade e temperatura dos grãos no funil de alimentação. Por esse motivo, recomenda-se a secagem dos grãos de HYTREL em um desumidificador sob condições de temperatura fixa e tempo regulável. O tempo e a temperatura de secagem dependem do teor inicial de umidade no material, bem como o tipo de secador ou estufa utilizados. Não obstante, orientações gerais para a secagem do HYTREL, baseadas na experiência obtida em laboratórios e na indústria encontramse na Figura A. Máquina Limpa Para ligar uma extrusora limpa e vazia, regule os controladores de temperatura da matriz, cabeçote e das zonas de aquecimento da extrusora com as temperaturas de operação da resina a ser utilizada (consulte a página 24). Neste momento, as resistências e os controladores devem ser examinados. Quando todas as zonas atingirem as temperaturas de operação, deixe-as nessa temperatura por 30 a 60 minutos, antes de alimentar a resina. Abra a água de resfriamento da zona de alimentação. O resfriamento de toda a rosca não é recomendado, mas se houver resfriamento na zona de alimentação, isso pode ajudar na solução de alguns problemas de alimentação. Quando todas as zonas de aquecimento estiverem nas suas temperaturas de operação por minutos, acione a rosca com baixa rotação (5 a 10rpm) e comece a alimentação da resina pelo funil. Quando o material fundido começar a aparecer na matriz, ele deve ficar claro após alguns minutos e tanto a temperatura do fundido quanto a pressão do cabeçote devem variar. Recomenda-se utilizar um pirômetro tipo agulha portátil para monitorar a temperatura durante a partida. A referência sempre deve ser feita com o amperímetro e o manômetro da extrusora, se houver. Para máxima segurança do equipamento e do operador, o manômetro deve estar localizado entre o fim da rosca e o porta-telas. 140 B. Máquina Carregada Temperatura, C Máx. (maioria dos grades) Algumas vezes, a extrusora foi desligada quando carregada total ou parcialmente com HYTREL ou outro polímero. Neste caso, o ponto de fusão do material residual deve ser considerado durante a partida Figura 4. Recomendações para a secagem do HYTREL Tempo de secagem em função da temperatura Procedimentos de partida, desligamento e purga Partida Máx. (grades com baixo ponto de fusão) Tempo, h = secagem em estufa de ar circulante = secagem em desumidificador A técnica de partida é importante, pois envolve a segurança dos operadores e dos equipamentos. As técnicas de partida podem variar se o equipamento estiver limpo ou não. Tome cuidado ao ligar uma máquina carregada para evitar o refluxo na zona de alimentação, o superaquecimento localizado (que pode provocar a degradação do polímero) e pontos frios (pontos de resina não fundida que ocorrem, basicamente, no adaptador ou na extensão do cilindro). Certifique-se de que a matriz e o cabeçote atinjam a temperatura adequada antes da flange e do cilindro para permitir a expansão térmica do polímero, à medida que este fundir. Ajuste todos os controladores (exceto o da zona de alimentação, que pode ser mantido na sua temperatura normal de operação) com o C acima do ponto de fusão nominal para o grade a ser processado (consulte a página 24). Se o material residual no cilindro possuir um ponto de fusão que estiver substancialmente acima daquele apresentado pela nova resina, então os controladores devem ser ajustados para uma temperatura superior ao ponto de fusão do material existente na extrusora. 7

10 Quando os controladores atingirem essas temperaturas e forem mantidos nesse patamar de temperaturas por 20 a 30 minutos, aumente vagarosamente a rotação da rosca para 10rpm, até que o polímero fundido comece a fluir pela matriz. Nesse instante, é importante verificar se a pressão no cabeçote ou a corrente consumida são excessivas, o que pode indicar a presença de resina não fundida. Inicie a alimentação da nova resina pelo funil, verificando, mais uma vez, a ocorrência de pressões elevadas ou do consumo de corrente excessiva pelo motor. Mantenha a extrusora em baixa rotação enquanto é feita a purga com o novo material por até 30 minutos, ou até que um polímero fundido claro comece a sair pela matriz. Durante este processo, a rotação da rosca deve ser ocasionalmente aumentada até atingir a rotação normal de operação, ou acima dessa rotação por curtos períodos. Isso ajuda a liberar qualquer resina degradada ou não fundida das superfícies internas da extrusora. Quando for observado um fluxo de polímero fundido claro, todas as temperaturas devem ser ajustadas para os valores normais de operação e a purga lenta deve continuar até que as temperaturas voltem a se estabilizar. Neste ponto, a temperatura do fundido deve ser verificada, após ter ajustado a rotação da rosca para o seu valor desejado. Procedimentos de desligamento e purga Para breves períodos de desligamento, menores ou iguais a 30 minutos, nenhuma ação é necessária, além de uma curta purga com a nova resina após a partida. Se a extrusora for desligada por períodos mais longos, descarregue o cilindro e desligue os controladores de temperatura. Se a extrusora possuir um sistema de resfriamento do cilindro, ele pode ser usado para resfriar rapidamente a resina existente no seu interior, evitando a degradação do polímero. Durante a próxima partida, qualquer material presente na rosca deve ser purgado, não devendo ser utilizado. Deve-se considerar a exaustão dos gases que eventualmente podem ser gerados (veja as Precauções de Segurança ). A purga com polietileno ou outro polímero normalmente não é recomendada, exceto quando for necessário remover outras resinas utilizadas em processamentos anteriores ou antes da desmontagem do equipamento para limpeza (veja Limpeza do Equipamento ). Pode ser necessário um longo período após a partida para eliminar completamente quaisquer sinais de polietileno do HYTREL. Toda a purga deve ser feita com as temperaturas dos controladores acima do ponto de fusão da resina que estiver sendo extraída. Compostos especiais para purga (por exemplo: resinas acrílicas) podem ser usados para a purga da extrusora. Como esses materiais de ligações cruzadas não se fundem, apenas amolecem, é necessário retirar a matriz, o cilindro, as telas e o conjunto troca-telas antes da purga. Se isso não for feito, níveis inseguros de pressão e de corrente podem ser observados, podendo danificar o equipamento ou ferir os operadores. Limpeza do equipamento Recomenda-se a eventual desmontagem e limpeza da rosca da extrusora e dos componentes do adaptador, do cabeçote e da matriz. A freqüência ideal dessas desmontagens depende do número de partidas / desligamentos e da quantidade de mudanças de resinas diferentes. O procedimento de limpeza consiste na purga da extrusora com polietileno ou poliestireno, com a conseqüente remoção da matriz, adaptador e cabeçote. Com o cabeçote removido, a rosca e o cilindro podem, então, ser limpos usando um composto de purga acrílico. A remoção completa da rosca para uma limpeza total é necessária de tempos em tempos, pois esta é a única forma de assegurar que as partículas duras de polímeros degradados e de outros resíduos foram devidamente removidas das superfícies da rosca e do cilindro. Grandes quantidades de resina podem ser removidas da rosca e de outros componentes, raspando as suas superfícies enquanto ainda estão quentes. Após a raspagem, pode-se fazer a limpeza com uma escova de cerdas metálicas ou com tecidos especiais para limpeza. Uma escova giratória com cerdas metálicas presa a uma haste extensível acoplada a uma furadeira elétrica pode ser usada para limpar toda a parte interna do cilindro da extrusora. Resíduos difíceis podem ser removidos dos componentes do cabeçote e da matriz queimando-os com uma tocha de propano. Esse método, entretanto, não é recomendado pois pode haver a formação de gases tóxicos e inflamáveis. Um método melhor é a imersão das peças em um leito fluidizado quente que foi especialmente projetado para esse fim. Esse equipamento utiliza óxido de alumínio fluidizado com ar quente, no qual as peças são imersas por meio de uma gaiola de arame. Com uma extração de vapores adequada, esse método é rápido e completo e as peças ficam prontas para serem reinstaladas na extrusora. 8

11 Reciclagem de aparas A boa e incomum estabilidade térmica e a natureza totalmente termoplástica do HYTREL permitem a reutilização de aparas do processo de extrusão. O HYTREL pode ser moído e misturado com o polímero virgem em uma proporção de até 50%, aproximadamente, considerando que o polímero tenha sido devidamente processado. Em todas as ocasiões, deve-se assegurar que o polímero moído não degradou e que está isento de substâncias estranhas. Corte as aparas em pedaços que tenham aproximadamente o mesmo tamanho dos grãos originais. Use um moinho de aparas com facas afiadas e bem reguladas para produzir material moído limpo e fino. Seque todo o material moído e misture-o bem com o polímero virgem, para garantir uma qualidade uniforme. A verificação do índice de fluidez do fundido é uma forma prática de monitorar a qualidade do material moído em amostras representativas e é uma ferramenta útil de controle da qualidade, tanto para produtos acabados, quanto para material moído. O índice de fluidez do fundido, na verdade, mede o escoamento com restrição do polímero fundido. Quanto maior o índice, menor a viscosidade e, portanto, o peso molecular - sendo uma indicação da degradação do polímero. Como regra geral, não se deve reutilizar aparas cuja verificação do índice de fluidez apresente um valor que seja, aproximadamente, 50% maior do que o índice do material virgem. 6. Processos de extrusão Geral O HYTREL é usado satisfatoriamente em muitos processos diferentes de extrusão. Juntamente com as condições de processamento de cada um dos grades de Hytrel (veja a página 24), há alguns pontos gerais que se aplicam a todos os grades e à maioria dos processos de extrusão. A viscosidade de fundido do Hytrel extrudado depende da temperatura do fundido. As temperaturas de fundido um pouco acima do ponto de fusão proporcionam a maior viscosidade e, portanto, o manuseio mais fácil na maioria dos processos de extrusão. Normalmente, a temperatura real de fundido deve ser de 5 a 15 o C acima do ponto nominal de fusão, quando medida com um pirômetro de agulha posicionado no fluxo de material fundido, com a extrusora funcionando em rotação normal. O perfil de temperatura empregado para obter essa condição depende de cada extrusora e, portanto, do tipo da rosca e da sua capacidade de plastificação. Entretanto, é importante que as temperaturas das zonas do adaptador, cabeçote e da matriz estejam sempre ajustadas para um valor que, pelo menos, seja igual ao ponto de fusão nominal do grade de HYTREL que estiver sendo processado; caso contrário, pontos frios e partículas de material não fundido podem se acumular nas superfícies metálicas internas, resultando na liberação de borras de HYTREL frio ou degradado no fluxo do material fundido. Em condições extremas, um ponto frio pode levar a uma condição potencialmente perigosa da pressão de fundido. Devido à relação viscosidade / temperatura, é importante manter um bom controle de temperatura em cada zona. Isso não depende apenas de uma instrumentação devidamente mantida e calibrada, mas também de boas práticas operacionais. Por exemplo, uma grande flutuação na temperatura do ar ambiente, provocada pela abertura de uma porta, pode influenciar as temperaturas do cabeçote da extrusora e, conseqüentemente, a viscosidade do fundido. A atenção aos detalhes em outras partes do processo de extrusão pode ajudar a evitar problemas potenciais. Fatores tais como a variação da temperatura da água de resfriamento, variação na velocidade do arraste, vibrações mecânicas e flutuação na alimentação elétrica ou na pressão d água da fábrica podem provocar problemas que são indevidamente atribuídos ao material ou à extrusora. Perfis Perfis maciços e ocos podem ser extrudados de forma bem-sucedida com os grades de HYTREL, atendendo aos vários requisitos de complexidade e forma. Por extrusão livre Para formas simples, tais como perfis redondos maciços ou de correias em V, a técnica de extrusão livre é a melhor. Esta técnica emprega uma matriz simples que em muitos casos pode ser feita com uma chapa plana (normalmente de alumínio) que é fixada na frente do cabeçote da extrusora. Embora essas matrizes de chapa apresentem a desvantagem de acumular uma camada de polímero na parte posterior da chapa, que eventualmente se degrada e causa problemas durante longas operações de extrusão, elas são úteis para o desenvolvimento de protótipos e curtas produções (desde que sejam desmontadas e limpas após cada operação). 9

12 As matrizes de chapa devem apresentar uma espessura de 6 a 12mm, dependendo do tamanho do perfil e devem ser localmente reduzidas para 3 a 5mm no ponto onde o perfil possa ter uma seção que seja significativamente mais delgada do que o perfil principal. As dimensões reais do orifício da matriz devem ser aproximadamente o dobro das dimensões do perfil acabado, para proporcionar suficiente arraste do fundido durante o processo de extrusão. Esse arraste é necessário para produzir uma tração suficiente do material extrudado evitando a flexão do material e variações dimensionais. Normalmente, algumas alterações no orifício da matriz são necessárias após os testes iniciais, para se obter a distribuição necessária do material. Particularmente, é comum abrir ou chanfrar quaisquer cantos internos na parte posterior da abertura da matriz, cuidadosamente limando ou desbastando manualmente, para permitir um maior escoamento nessas áreas. Onde for necessário, pode-se desenvolver o projeto definitivo de matrizes mais simples a partir da forma do protótipo da matriz de chapa. Entretanto, observe que a mudança de um grade de HYTREL para outro, ou a mudança da temperatura do fundido ou da velocidade de extrusão, pode afetar a forma final do perfil. Embora a extrusão livre seja aceita para formas maciças simples, não é possível obter os perfis desejados utilizando-se essa técnica, quando formas ou perfis com seções mais complexas são necessários (por exemplo: canais em U ou perfis com nervuras). Nesses casos, pode ser possível instalar guias ou suportes no interior do banho d água para reter a forma do material extrudado até que este fique suficientemente solidificado. Embora essa técnica não seja a mais adequada, principalmente com os grades mais duros de HYTREL, onde a contração diferencial pode provocar o empenamento e a distorção de determinadas seções de um perfil. A extrusão calibrada a vácuo pode ser mais adequada para perfis mais complexos quando forem utilizados grades mais duros de HYTREL. Nota: Os melhores grades de HYTREL para extrusão livre são aqueles que apresentam menor dureza e maior viscosidade, especialmente quando são extrudados a temperaturas mais baixas. Por extrusão calibrada a vácuo Esta técnica que está bem definida para polímeros mais rígidos, como o PVC rígido, foi considerada como moderadamente adequada para os grades mais duros de HYTREL. Os grades mais moles apresentam muito atrito contra as superfícies da matriz de calibração e tendem a aderir às mesmas. Para os grades mais duros deve ser empregado um sistema de matriz de calibração úmida onde o material extrudado é lubrificado por uma película d água fornecida por uma série de pequenos orifícios (com diâmetro de 0,5 a 1,0mm) perfurados ao redor da entrada da matriz de calibração. A entrada deve ser arredondada (3 a 5mm) e toda a superfície interna deve ter acabamento jateado. Como opção, um revestimento de Teflon pode ser aplicado às superfícies de calibração para reduzir a tendência do perfil extrudado em aderir à matriz. O projeto da matriz da extrusora deve seguir os princípios descritos para a extrusão livre, embora menos arraste deva ser empregado. Novamente aqui as matrizes de chapa podem ser usadas para o desenvolvimento de protótipos e produções pequenas. Quando forem usadas matrizes usinadas com melhor acabamento, a espessura da matriz deve ser 5 a 10 vezes a espessura do perfil. Monofilamentos A extrusão de monofilamentos é feita diretamente, utilizando-se grades de HYTREL de média viscosidade. Equipamentos normalmente empregados para resinas tais como nylon e PBT também podem ser utilizados para o HYTREL. As temperaturas de processamento podem ser um pouco mais altas para a extrusão de monofilamentos do que para outros processos de extrusão. Normalmente, devem ser utilizadas temperaturas de fundido com 15 a 20 o C acima do ponto nominal de fusão do grade específico de HYTREL. A relação de arraste, medida pelo diâmetro da matriz em relação ao diâmetro do monofilamento que sai do primeiro banho de resfriamento d água, deve estar entre 4:1 e 10:1. A quantidade de orientação e as temperaturas para alongamento e recozimento devem ser determinadas para o grade específico de HYTREL que estiver sendo usado e pelas especificações das propriedades finais. Extrusão livre de tubos Tubos de pequeno porte podem ser produzidos em HYTREL através de extrusão livre. Este método é amplamente utilizado para a fabricação de tubos com até 6mm de diâmetro externo. Tamanhos maiores podem ser fabricados utilizando-se o método de formação por pressão diferencial (também denominado de formação a vácuo - veja Extrusão Calibrada a Vácuo de Tubos ). 10

13 Uma configuração típica para extrusão livre encontrase na Figura 5. O processo consiste na extrusão de um tubo de resina, puxando-o através de água fria. Um ou mais anéis metálicos de elevada precisão podem ser instalados sob a superfície da água para auxiliar na manutenção da forma do tubo. O processo não é caro, pois uma ampla gama de dimensões podem ser obtidas a partir de uma combinação de matriz e macho, variando-se apenas a dimensão da(s) placa(s) formadora(s), a rotação da rosca, a velocidade de arraste e a pressão de ar interna (se for empregada). Para evitar a deformação do tubo durante a extrusão livre, algumas vezes é necessário alimentar ar com pres- são ajustada através do macho para funcionar como um suporte interno. Uma válvula de controle muito sensível ou um pressostato deve ser empregado para minimizar as pequenas variações de pressão que podem resultar em alterações no diâmetro da tubulação. A escolha dos diâmetros da matriz e do macho da extrusora para uma determinada dimensão de tubo depende da intensidade do arraste aplicado. Para a maioria dos grades de HYTREL, pode-se obter resultados satisfatórios quando a matriz e o macho são escolhidos com diâmetros aproximadamente iguais ao dobro dos diâmetros externo e interno do tubo, respectivamente. PARAFUSOS DE REGULAGEM DA MATRIZ BANHO DE RESFRIAMENTO PUXADOR BOBINADEIRA DE TUBOS EXTRUSORA ALIMENTAÇÃO DE AR CONTROLADO ANÉIS FORMADORES (opcional) Figura 5. Extrusão livre de tubos Calibração a vácuo de tubos O método de extrusão livre não é geralmente empregado para tubos de HYTREL com diâmetros iguais ou superiores a 6mm, uma vez que a circunferência é difícil de ser controlada. O procedimento mais popular para a formação de tubos maiores é a técnica da formação a vácuo ou por pressão diferencial. Uma configuração típica é mostrada na Figura 6. Este método não requer pressão interna de gás para sustentar o tubo, permitindo que o tubo seja cortado em qualquer comprimento, sem a interrupção do processo. Um método de calibração é feito utilizando-se um conjunto de placas de alumínio ou de latão, cada uma contendo um orifício com diâmetro bastante preciso. Porém o sistema preferido consiste em uma matriz de calibração tubular geralmente feita de latão com orifícios periféricos perfurados na parede do tubo para permitir que o vácuo existente atue no tubo extrudado. A parte interna deve ser jateada e conter ranhuras rasas ou raias para diminuir o atrito superficial do tubo extrudado. Tanto a matriz de placas quanto o calibrador tubular são normalmente construídos com um tamanho entre 3 e 15% maior para compensar a contração do material extrudado. MATRIZ DE CALIBRAÇÃO VÁLVULA DE SANGRIA TANQUE DE VÁCUO BANHO DE RESFRIAMENTO água aerada EXTRUSORA DRENAGEM tanque de acumulação bomba UNIDADE DE CALIBRAÇÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL Figura 6. Extrusão de tubos com calibração por pressão diferencial PUXADOR BOBINADEIRA 11

14 Uma matriz que apresenta bons resultados com todos os grades de HYTREL com dureza até 40D encontra-se na Figura 7. TANQUE DE VÁCUO ENTRADA D'ÁGUA CANAL D'ÁGUA A combinação correta de matriz e macho deve ser escolhida como segue. 1. A matriz da extrusora deve ter entre 2 e 2,5 vezes o diâmetro externo do tubo, para tubos com até 20mm de diâmetro, para serem processadas com velocidades moderadas (até 25m/min.). Quando são produzidos tubos com diâmetros maiores ou quando tubos com diâmetros menores são extrudados a alta velocidade (mais de 25m/min.), a matriz da extrusora deve ter entre 1,5 e 2 vezes o diâmetro externo do tubo. SAÍDA DO TUBO FENDA ANELAR PARA SAÍDA DA ÁGUA PLACA FRONTAL 2. O pino da extrusora deve ser escolhido de tal forma que seja maior do que o diâmetro interno do tubo aplicando-se um fator de, aproximadamente, 90% do utilizado para determinar o diâmetro da matriz. Por exemplo, para extrudar um tubo com 8mm de diâmetro externo e 6mm de diâmetro interno, com uma velocidade de linha de 30m/min.: Diâmetro da matriz da extrusora = 8 x 2,0 = 16mm E o pino da extrusora = 6 x 1,8 = 11mm Figura 7. Matriz de calibração tubular FLANGE PARA FIXAÇÃO AO TANQUE DE VÁCUO Deve haver uma lubrificação adequada entre o polímero extrudado e a superfície metálica do calibrador. Normalmente, isso pode ser feito com uma delgada película de água através dos furos existentes na frente da matriz tubular ou através de um dispositivo com anel d água na entrada da matriz. Normalmente, as matrizes de calibração devem ser de 3 a 5% maiores para os tubos que são extrudados com velocidades moderadas (até 25m/min), enquanto que os tubos com pequenos diâmetros (inferiores a 12mm) que são extrudados em altas velocidades requerem uma matriz de calibração 10 a 15% maior. Em geral, os grades de HYTREL com dureza 35 e 40 Shore D não podem ser satisfatoriamente processados utilizando-se o método de formação por pressão diferencial, tanto com a matriz de placas quanto com a matriz tubular. A sua natureza muito emborrachada e a sua menor velocidade de cristalização fazem com que o polímero fique preso à matriz de calibração. Entretanto, em certos casos, é possível extrudar tubos com grandes diâmetros e paredes finas utilizando-se esses grades e uma matriz de calibração com um vácuo muito fraco. A escolha do pino e da matriz de acordo com esses parâmetros resulta em uma relação de arraste de, aproximadamente, 4 para 1 (a relação de arraste é definida como sendo a relação entre a seção transversal do material extrudado à medida que sai da matriz da extrusora e a seção transversal do tubo acabado). Relações de arraste entre 3 para 1 e 4 para 1 foram consideradas ótimas para a extrusão de tubos de HYTREL, utilizando-se a técnica de formação a vácuo. Em todas as operações de formação a vácuo, deve haver uma provisão para o ajuste fino do vácuo para precisamente controlar e manter o diâmetro externo do tubo extrudado. Vácuo com mm Hg foi usado satisfatoriamente para manter um controle dimensional preciso dos tubos de pequeno diâmetro feitos com HYTREL. Outros fatores que merecem atenção especial são: Perfil adequado da rosca para proporcionar uma produção constante e uma variação mínima na temperatura do fundido. Isso é especialmente importante para a extrusão de tubos a alta velocidade e quando for necessário manter dimensões exatas por grandes comprimentos. A alimentação da água de lubrificação com pressão constante para a matriz de calibração, preferencialmente a partir de um tanque de alimentação colocado a, pelo menos, 1,5m acima da matriz. 12

15 Temperatura constante da água no banho a vácuo, utilizando um trocador de calor e um controlador de temperatura em um sistema de circulação fechada, ou com provisão para uma descarga adequada e reposição de água fresca em um sistema aberto. C A Temperatura e teor de umidade uniformes para a alimentação do material. Obtêm-se melhores resultados utilizando-se um sistema de secagem no funil de alimentação ou um secador com transferência automática para um funil fechado. Extrusão de revestimento ( Cabeçote cruzado ) A maioria dos grades de HYTREL é usada para recobrir vários tipos de produtos, incluindo mangueiras, cordas, cabos e fios. O equipamento básico necessário inclui uma extrusora equipada com um cabeçote cruzado, um sistema desbobinador com um freio ou dispositivo tensionador, um banho de água de resfriamento, um sistema puxador com velocidade variável e uma bobinadeira. A disposição do cabeçote cruzado e da matriz podem ser de dois tipos: Cabeçote cruzado com matriz de pressão (envolvente), ou Cabeçote cruzado com matriz de tubo (manga). A extrusão com matriz de pressão envolve o material extrudado, ficando em contato com o núcleo (por exemplo: mangueira, fio, etc.) no interior do cabeçote, resultando em alguma pressão que é aplicada ao material fundido, forçando-o a penetrar em quaisquer interstícios do material do núcleo. Essa técnica é preferida quando é necessária uma boa adesão ou um diâmetro externo suave e regular aplicado sobre um material irregular ou áspero do núcleo. A Figura 8 mostra uma matriz de pressão normal. D C A = Matriz B = Macho C = Fundido B B Figura 8. Cabeçote para revestimento com matriz de pressão A D = Material do núcleo (mangueira, fio, etc.) E = Comprimento da parte cilíndrica interna da matriz F = Distância entre o macho e a matriz A extrusão com matriz de tubo (manga) é ilustrada na Figura 9. Nesta técnica, o HYTREL é extrudado na forma de um tubo e é puxado para encontrar a superfície do material do núcleo. Isso é normalmente feito com o auxílio do vácuo que é aplicado no interior do torpedo e atua através da abertura do macho (pino). A relação de arraste (RA) ideal encontra-se na faixa de 5 a 20:1 e os diâmetros da matriz e do macho podem ser calculados a partir da relação de arraste escolhida, como segue: RA = DD 2 - DM 2 DC 2 - DW 2 Onde: DD = Diâmetro da matriz DM = Diâmetro do macho DC = Diâmetro do núcleo recoberto (corda, cabo etc.) DW = Diâmetro do núcleo sem cobertura F E O diâmetro da matriz deve ser aproximadamente 5% maior do que o diâmetro de cobertura desejado. O comprimento da parte cilíndrica interna da matriz (E) deve ser igual ao diâmetro final do revestimento, mas consideravelmente menor para revestimentos muito delgados (menos de 0,5mm). C D B B A E A folga entre o núcleo a ser recoberto e a parte interna do torpedo ou macho deve estar entre 1 e 5% do diâmetro do núcleo (dependendo do material e da regularidade da superfície do núcleo). C A A distância entre a ponta do macho e a entrada da matriz (F) deve ser regulável, mas é normalmente ajustada para que seja igual ou maior à espessura do revestimento a ser aplicado. A = Matriz D = Material do núcleo (mangueira, fio, etc.) B = Macho E = Comprimento da parte cilíndrica interna da matriz C = Fundido Figura 9. Cabeçote para revestimento com matriz de tubo 13

16 As vantagens da extrusão com matriz de tubo são o melhor controle da espessura da parede do revestimento e a facilidade de remover o revestimento do núcleo (por exemplo: aplicações de revestimento de fios). Alguns outros pontos que podem ser importantes para a extrusão de HYTREL com cabeçote cruzado: Se um material condutor térmico estiver sendo recoberto (por exemplo: condutor elétrico, mangueira de aço trançado etc.), pode ser necessário pré-aquecer o núcleo utilizando uma chama ou um túnel de ar quente antes de ingressar no cabeçote cruzado. Isso ajuda a evitar o rápido resfriamento do fundido quando este entrar em contato com o núcleo metálico, que pode resultar em uma penetração insuficiente do material do núcleo. Da mesma forma, núcleos fibrosos (por exemplo: cordas têxteis ou tecidos trançados) podem precisar ser secas, passando-as por um túnel de ar quente ou armazenando-as em uma área quente antes de revestí-las, para evitar o aparecimento de bolhas de umidade através da capa de HYTREL. Para a extrusão a alta velocidade, especialmente quando são usados recobrimentos com paredes delgadas, pode ser necessário elevar as temperaturas do cabeçote e da matriz e, possivelmente, também do cilindro da extrusora para atingir uma velocidade de escoamento suficiente com uma pressão de fundido aceitável. Temperaturas de fundido com 40 o C acima do ponto nominal de fusão da maioria dos grades de HYTREL podem ser seguramente empregadas para reduzir a viscosidade do fundido, verificando se o desenho do adaptador, cabeçote e demais peças não aumentam a temperatura de quaisquer pontos de retenção, onde pode ocorrer a degradação térmica. Embora a temperatura da água no banho de resfriamento geralmente não seja crítica (normalmente utilizamos de 10 a 20 o C), pode haver casos onde um resfriamento gradual do revestimento de HYTREL com água quente (por exemplo: 60 o C) pode ser vantajoso. Algumas vezes é o que ocorre com a proteção de fibras óticas ou condutores elétricos com pequenos diâmetros, onde a rápida cristalização provocada pela água fria pode resultar em tensões indesejadas quando do resfriamento do HYTREL. Extrusão de filmes planos, chapas e recobrimento de tecidos Filmes planos No processo de extrusão de filmes planos, o HYTREL fundido é extrudado através de uma matriz plana passando para um rolo metálico polido - normalmente conhecido como calandra resfriada - que serve para resfriar o material fundido. Da calandra resfriada, o filme passa por uma série de outros rolos destinados a guiá-lo e mantê-lo livre de rugas no bobinamento. A Figura 10 apresenta uma linha típica de extrusão plana. Este processo proporciona um alto grau de controle sobre as propriedades do filme, especialmente claridade óptica. A espessura do filme é controlada pela relação entre a vazão da extrusora e a velocidade superficial da calandra refrigerada. Os filmes de HYTREL produzidos por este processo de extrusão podem apresentar espessuras tão finas quanto 0,013mm. EXTRUSORA MATRIZ PLANA ROLOS EMBORRACHADOS PUXADORES ROLO PUXADOR EXTRAÇÃO DE APARA TANGENTE À CALANDRA RESFRIADA CORTADOR ROLOS LIVRES BAILARINO SUPERIOR ROLOS LIVRES CALANDRA RESFRIADA RESFRIAMENTO COM ÁGUA (INDIVIDUAL) BOBINADEIRA GIRATÓRIA AUTOMÁTICA Figura 10. Configuração típica para extrusão de filmes planos 14

17 A calandra resfriada é internamente refrigerada por água gelada ou por uma mistura de água / glicol. Com o HYTREL, água quente ou óleo quente podem ser usados para controlar a temperatura em algumas aplicações (veja a discussão sobre os efeitos da temperatura nas propriedades dos filmes). O controle de tensão deve ser preciso e muito suave com os grades mais flexíveis do HYTREL para produzir filmes sem rugas e com boa conformação da bobina (planicidade da bobina). Jatos de ar podem ser usados para prender as extremidades do material fundido à calandra resfriada, minimizando a formação de dobras e vincos. Deve-se tomar cuidado para que os jatos de ar não atinjam os lábios da matriz, pois isso pode provocar o resfriamento desigual da matriz e uma uniformidade dimensional deficiente no filme. As condições de processamento como a temperatura do fundido, a temperatura da calandra resfriada, a distância entre a matriz e a calandra e a velocidade de extrusão influenciam as propriedades dos filmes, mas a temperatura da calandra e a distância entre esta e a matriz têm os maiores efeitos. As seguintes condições gerais mostram como cada uma delas afeta as propriedades dos filmes. O quanto cada propriedade é afetada depende do grade de HYTREL que estiver sendo usado. Aumento da temperatura do fundido: Aumento da transparência Aumento do brilho Diminuição da opacidade Diminuição do módulo e resistência no limite de escoamento (tração) Aumento da temperatura de resfriamento: Aumento do módulo e resistência no limite de escoamento (tração) Aumento da opacidade Diminuição do brilho Diminuição da transparência Aumento da distância entre matriz e calandra resfriada: Aumento da opacidade Diminuição do brilho e da transparência Aumento do módulo e resistência no limite de escoamento (tração) Aumento da velocidade de extrusão: Diminuição opacidade Aumento da transparência e do brilho Para obter a máxima claridade do filme, é necessário que a calandra resfriada tenha uma temperatura abaixo de 0 o C. Um filme com módulo e opacidade elevados pode ser obtido aumentando-se a temperatura da calandra resfriada. Para evitar a adesão de material, as temperaturas da calandra não devem exceder 50 o C para os grades moles do HYTREL (grades com dureza 35D e 40D), 80 o C para resinas com dureza 47D a 63D ou 100 o C para grades com dureza igual ou superior a 72D. Chapas O termo chapa normalmente descreve materiais com espessura igual ou superior a 0,25 mm. A extrusão de chapas de HYTREL com espessuras de aproximadamente 0,5 mm pode ser executada no mesmo equipamento utilizado para a extrusão de filmes planos, dependendo do ângulo da matriz e da capacidade de se obter uma adesão leve e controlada do material na calandra resfriada. A extrusão de chapas com maior espessura é feita utilizando-se um sistema de calandra com três cilindros de acabamento, como mostra a Figura 11. São empregados tanto sistemas mecânicos quanto pneumáticos para tensionar a bobina. Como nos demais processos de extrusão, o projeto da matriz e o controle das temperaturas são os pontos críticos. A abertura dos lábios da matriz deve ser de 10 a 20% maior do que a chapa mais espessa a ser produzida; uma chapa mais delgada pode ser feita com a mesma abertura da matriz, aumentando-se a velocidade dos rolos. A temperatura do fundido deve ser mantida a mais baixa possível, consistente com a produção uniforme da extrusora. A distância entre a matriz e a calandra resfriada deve ser a menor permitida pela geometria do equipamento. A reserva de material fundido entre os cilindros puxadores também deve ser mantida a menor possível para minimizar a degradação por oxidação; entretanto, se houver pouco material, a sua falta pode provocar variações dimensionais na chapa produzida. As temperaturas dos cilindros devem ser controladas individualmente. As temperaturas normais para a extrusão de chapas de HYTREL são as seguintes: Grade de HYTREL (Dureza Shore D) 35D e 40D 47D a 82D Temperatura da Calandra, o C 15 a a 70 A temperatura do cilindro superior é limitada pela temperatura na qual a chapa adere ao mesmo e, normalmente, é mantida a mais baixa possível. 15

18 Recobrimento de tecidos O recobrimento de tecidos com HYTREL pode ser feito em uma linha de extrusão com três ou quatro cilindros que em princípio é semelhante à linha de extrusão de chapas apresentada na Figura 11. O tecido é introduzido sobre o HYTREL extrudado, entre os cilindros superior e intermediário. Uma configuração mais comum é a linha de recobrimento padrão da Figura 12. Neste processo, o fundido é extrudado através de uma matriz plana sobre o tecido ou outro substrato entre a calandra resfriada e os cilindros de compressão. O fundido entra em contato com o substrato pouco antes de encontrar a calandra resfriada que o solidifica ou resfria. O material fundido normalmente estende-se um pouco além das extremidades do substrato, entrando em contato tanto com a calandra refrigerada quanto com os cilindros de compressão. Para evitar qualquer possibilidade de adesão nesses cilindros, o seu revestimento com Teflon FEP tem apresentado bons resultados. Uma calandra resfriada com 300 a 600mm de diâmetro é normalmente utilizada na linha de recobrimento. A sua temperatura é normalmente mantida entre 20 e 40 o C. A estabilidade do fundido antes de entrar em contato com a calandra resfriada depende em grande parte do projeto correto da matriz de extrusão bem como da temperatura do fundido, a distância entre a matriz e a calandra e da velocidade da linha. Como ocorre na extrusão de filmes planos, o controle minucioso da tensão na bobinadeira é muito importante para minimizar a formação de rugas e assegurar uma boa conformação à bobina. Uma operação de recobrimento bem sucedida depende de muitos fatores, sem esquecer da habilidade e da experiência do operador da linha. MATRIZ ROLOS PUXADORES CORTADOR BOBINADEIRA EXTRUSORA INDIVIDUALMENTE AQUECIDAS OU RESFRIADAS ROLO DE APARA ROLOS TENSIONADORES Figura 11. Extrusão de chapas CILINDRO DE COMPRESSÃO CILINDRO DE ENCOSTO LAMINADOR DA DESBOBINADEIRA ROLOS CORTADORES RESFRIADOS CALANDRA RESFRIADA TENSIONADOR DESBOBINADEIRA AUTOMÁTICA GIRATÓRIA CILINDRO FLUTUANTE PRÉ- AQUECIMENTO LAMINADORA PLATAFORMA REBOBINADEIRA AUTOMÁTICA GIRATÓRIA Figura 12. Linha de recobrimento típica. O substrato é alimentado a partir da desbobinadeira automática giratória à esquerda. Após o pré-aquecimento, ele recebe o material extrudado na estação laminadora (ao centro). Após o resfriamento, o produto acabado é rebobinado à direita. 16

19 Filme tubular O HYTREL pode ser processado em extrusoras convencionais de filme tubular, como mostra a Figura 13. A elevada resistência do fundido dos grades de moldagem por sopro do HYTREL facilita o seu manuseio e a possibilidade de obter filmes com até 250 microns, utilizando-se razões de sopro de até 3:1. Outros grades de HYTREL, especialmente os de menor dureza (35D e 40D), também podem ser usados para obter filmes com espessuras de 150 microns, com razões de sopro de aproximadamente 2,8:1. Entretanto, agentes anti-blocantes como o Kenamide B 1 ou o Crodamide SR 2 (ou produtos semelhantes) podem ser necessários para evitar a adesão entre as paredes do filme e entre o filme e os cilindros. CILINDROS DE ARRASTE SAIA BOBINADEIRA Compatibilidade das duas resinas em termos de fusão ou soldabilidade. Proximidade dos pontos de fusão ou das temperaturas normais de processamento. Similaridade das características de fluxo no interior da matriz, de contração e da velocidade dos efeitos de cristalização após sair da matriz. Desenho da matriz de coextrusão. A experiência demonstrou que o HYTREL é extremamente compatível com os mais rígidos e flexíveis dos compostos de PVC e que os equipamentos normalmente usados para coextrudar o PVC rígido e flexível apresentaram bons resultados com o HYTREL. Os grades de HYTREL com pontos de fusão mais baixos geralmente proporcionaram os melhores resultados. BALÃO EXTRUSORA Figura 13. Extrusão de filme tubular BARRAS DO SANFONADOR ROLETES DE GUIA MACHO ANEL DE RESFRIAMENTO ENTRADA DE AR SEÇÃO REGULÁVEL DA MATRIZ MATRIZ VÁLVULA ALIMENTAÇÃO DE AR Outros polímeros que foram coextrudados de forma bem-sucedida com o HYTREL incluem a borracha sintética Alcryn, a resina termoplástica de poliéster Rynite PET e o PBT. As resinas que normalmente não são consideradas como compatíveis ainda podem ser coextrudadas desde que uma camada intermediária adequada ou de adesivo seja usada para proporcionar a adesão entre os outros materiais. Comprovou-se que o uso de uma matriz com coletores múltiplos, onde os diferentes materiais fundidos ingressam na matriz separadamente e se unem pouco antes do seu orifício final, proporciona a maior liberdade em termos de escolha de polímeros. Essas matrizes normalmente geram menor distorção na interface dos materiais e melhor controle da espessura individual da camada, especialmente quando são usados polímeros com grandes diferenças nas propriedades de fluxo. Coextrusão A coextrusão do HYTREL com outros tipos de resinas foi bem avaliada para outras aplicações, como mangueiras e tubos, perfis, chapas e filmes. Nesta técnica, o HYTREL é levado junto à segunda resina em uma única matriz, onde os dois materiais são fundidos, formando camadas distintas e bem aderidas em um único produto extrudado. 1 Produto da Humko Sheffield Chemical Division, Caixa Postal 398, Memphis, Tennessee, E.U.A. 2 Produto da Croda Universal Limited, North Humberside, DN14 9AA, Inglaterra. Através da coextrusão, o produto acabado pode combinar as vantagens de dois ou mais polímeros de forma econômica. O processamento bem-sucedido do HYTREL na coextrusão depende dos seguintes fatores: 17

20 7. Guia de solução de problemas para a extrusão do HYTREL Problema Causas prováveis Soluções sugeridas Bolhas 1. Degradação da resina devido às altas temperaturas ou longos tempos de residência após a parada da extrusora 1. a. b. c. d. e. g. Reduzir as temperaturas Aumentar a velocidade de extrusão Verificar a estagnação (pontos mortos) na extrusora ou matriz Verificar a operação de resistências, controladores, termopares Usar uma extrusora menor para diminuir o tempo de residência Usar a rosca adequada Deixar a extrusora funcionando por vários minutos após a partida 2. Retenção de ar 2. a. b. c. d. Aumentar a temperatura na parte traseira do cilindro Usar a rosca adequada Aumentar a contrapressão Verificar os controladores 3. Umidade na resina 3. Se a resina estiver úmida, seque-a antes de extrudá-la Bolhas (na superfície) ao ser aplicado sobre substratos 1. O substrato contém substâncias voláteis (água, óleo etc.) (por exemplo.: ao ser aplicado sobre materiais têxteis) 1. a. Pré-aquecer ou secar o substrato b. Limpar o substrato c. Aumentar a velocidade de extrusão d. Diminuir a distância entre matriz e a calandra e. Aplicar vácuo através do macho Contaminação 1. Manuseio incorreto da resina 2. Limpeza incorreta da extrusora 3. Má qualidade do material moído 4. Conjunto de telas incorreto 1. Manter a resina limpa 2. Limpar a extrusora, remover todos os vestigios das outras resinas ou HYTREL degradado 3. Usar apenas material moído limpo e seco 4. Colocar o conjunto correto de telas Contração excessiva (revestimento de fios e outras operações com cabeçote cruzado) 1. Excesso de orientação durante o arraste 1. a. Reduzir a relação de arraste b. Reduzir a velocidade de resfriamento (aumentando a distância entre matriz e puxador / usar resfriamento com água quente) c. Pré-aquecer o material do fio / núcleo d. Elevar a temperatura do fundido e da matriz 18