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) 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.
2) Alimentação da rosca Roscas refrigeradas à água
3) Homogeneização e Plastificação Fusão Resistências elétricas Cisalhamento Rotação da Rosca???
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
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.
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
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)
C) Rosca com barreira e elementos de alto cisalhamento
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
PP com e sem lubrificante externo
Elementos de mistura Distributivos e dispersivos Boa Distribuição Má Boa Dispersão Má
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
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.
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.
Misturador de Dulmage (Dow Química) Misturador tipo abacaxi (Rapra)
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).
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.
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
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
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
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
Exige muita potência da máquina Pressão muito baixa Pressão muito alta Baixa produtividade
Influência da peseudoplasticidade do polímero na vazão
Vazão 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 1000 2000 3000 4000 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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.