Extrusão – Princípios de Funcionamento

Apresentação em tema: "Extrusão – Princípios de Funcionamento"— Transcrição da apresentação:

1 Extrusão – Princípios de Funcionamento
1) Taxa de Compressão (RC) Descrição da rosca de acordo com a taxa de compressão (baixa ou alta taxa de compressão). RC = (profundidade do canal abaixo do funil de alimentação/profundidade do canal próximo à ponteira da rosca) RC = 2 – corresponde a baixa taxa de compressão RC = 4 – corresponde a alta taxa de compressão

2 Exemplo: Uma rosca cuja profundidade do canal na zona de alimentação seja de 24 mm e próximo a ponteira de 8 mm, terá uma RC igual a 3. Isto significa que se a rosca tomar 120 mL de material na zona abaixo do canal, esta quantidade de material será comprimida em 40 mL na zona de controle de dosagem. 2) Alimentação da rosca grânulos ou pó. Granulometria parecida (uso de reciclado,cargas, masterbaches ou outros aditivos, blendas, etc)..

3 Roscas refrigeradas à água
Problema mais comum na alimentação: Material parar na goela, devido a um aumento na temperatura devido a falta de resfriamento ou demora para dar partida na máquina e conseqüente aglomeração dos grânulos. Os grânulos podem se agarrar na rosca logo abaixo ou pouco a frente da goela. Quando isso ocorre o material patina na rosca e impede que mais material seja alimentado. A solução é a utilização de um tarugo feito do mesmo polímero que se esta processando. Roscas refrigeradas à água

4 3) Homogeneização e Plastificação
Resistências elétricas Fusão as cadeias do polímero Cisalhamento polímero e as partes metálicas da extrusora Mistura Vide Aula

5 4) Bombeamento do fundido
Fluxo de Arraste Vazão: Q é a vazão (mL/s ou L/s),  e  são constantes que dependem da geometria da rosca, N é a velocidade de rotação da rosca (rpm), P é a pressão (psi).

6 5) Mistura O processo de extrusão tem a capacidade de misturar Apenas 50% do material fundido é transportado para frente e o refluxo ajuda na mistura. Exemplo: -dispersão de pigmentos -blendas 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

7 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.

8 Rosca com elemento de mistura tipo anel
garante a fusão total da massa polimérica estabiliza o fluxo na zona de controle de vazão Rosca com filetes duplos Roscas que separam o líquido do sólido (Vantagem?) Folga 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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10 Dispersivos (capacidade de fragmentar um aditivos em pedaços pequenos)
Elementos de mistura Distributivos (capacidade de distribuir um aditivo ou a massa polimérica) Distribuição Dispersão Boa Má Boa Má

11 A) Elementos de Mistura Dispersivos (capacidade de fragmentar um aditivos em pedaços pequenos)
Homogeneização sob altas  Importante em extrusão de espessuras muito finas Ex: fibras e filmes. Filete divisor de Maillefer - Barra o material mal disperso, em seguida o material entra em um filete com área de passagem muito pequena sujeita o material a um cisalhamento muito elevado, este alto cisalhamento ajudará a dispersar possíveis pontos de heterogeneidade na massa fundida.

12 Misturador dispersivo de Maddock
A folga entre o filete que separa os 2 canais e o barril permite fluxo. 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.

13 B) Elementos de Mistura Distributivos (capacidade de distribuir um aditivo ou a massa polimérica)
Normalmente são utilizados para a confecção de composto Mais usuais Descontinuidade do perfil de canal da rosca Misturador distributivo de pinos - Os pinos causam distúrbio no perfil de velocidades e ajudam na mistura.

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

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

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

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

18 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 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.

19 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. 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.

20 3) Influência da geometria da rosca:
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.

21 c) Roscas cuja profundidade h é cte decrescente
Ideal para materiais sensíveis a temperatura. h (zona de dosagem)   vazão,  ,  T   mistura  h (zona de dosagem)   P do sistema,  Q d)  L/D   tempo de residência,  , mistura.

22 Crivos com poucos ou pequenos furos
3) Pressão no cabeçote O aumento na pressão do cabeçote causa um aumento no retorno do material para a zona de dosagem (filetes rasos) aumentando o cisalhamento. maior homogeneização Crivos com poucos ou pequenos furos Maior quantidade ou telas mais estreitas

23 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.

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25 Possíveis alterações:
- Centragem do dispositivo: causa de má qualidade do produto. Inchamento do extrudado: recuperação da deformação elástica após o material passar pela matriz de extrusão. Estiramento: o que pode levar a um aumento na resistência mecânica, porém a um aumento das tensões internas.  vel. puxamento maior > vel saída na matriz  temp. de transição vítrea. - Contração térmica: cada material possui um valor típico de contração. Além disso o resfriamento pode alterar esses valores.