1 Curso Superior de Tecnologia em Processos de Polimerização CEFET –BA OPU 502 Parte II – Extrusão Prof a. Iara Santos.

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1 1 Curso Superior de Tecnologia em Processos de Polimerização CEFET –BA OPU 502 Parte II – Extrusão Prof a. Iara Santos

2 2 Introdução Extração de Petróleo Refinaria ( Nafta, etc.) Petroquímica -1ª geração (eteno, propeno, butadieno, etc.) Produção de resinas – 2ª geração (PE, PP, PB, PS, Nylon, etc.) Indústrias de Transformação – 3ª geração (produtos acabados e semi-acabados, etc.) Cadeia produtiva

3 3 Introdução Processamento de polímeros – a principal função do processo é a transformação da matéria-prima em uma forma geométrica definida  molde ou matriz  por meio de resfriamento ou por reação química. Essência: “operação de dar forma”

4 4 Introdução Processos de transformação de polímeros: (termoplásticos, termofixos, elastômeros) EXTRUSÃO INJEÇÃO SOPRO CALANDRAGEM ROTOMOLDAGEM COMPRESSÃO TRANSFERÊNCIA TERMOFORMAGE M PULTRUSÃO SPRAY-UP HAND LAY-UP FILAMENT WINDING RIM ESPALMAGEM IMERSÃO

5 5 Introdução Variáveis de Controle Parâmetros operacionais Produto Final Material Equipamento Molde Matriz

6 6 Introdução 1. Materiais 2. Compostagem 3. Processamento 4. Acabamento PolímeroAditivos Mistura Moldage m Reciclado Fusão Homogen eização Solidificação Processo complementar Produto acabado Fluxograma básico de uma fábrica de transformação de polímeros

7 7 Introdução PROPRIEDADES IMPORTANTES NO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS PROPRIEDADES TÉRMICAS Condutividade térmica Calor específico Difusividade Entalpia Temperatura de fusão Temperatura de cristalização Expansão e contração térmica Dissipação viscosa PROPRIEDADES REOLÓGICAS Viscosidade (cisalhamento, elongação) Elasticidade Viscoelasticidade Taxa de cisalhamento Tensão de cisalhamento Diferença de tensões normais

8 8 Principais Análises Reômetro Haake Curvas de Torque (melt filtration), Curvas de Viscosidade, Blendagem para estudos de formulações, preparação de chapas, etc.

9 9 Conteúdo programático - Extrusão Processo de extrusão; Finalidade; Importância; Equipamento; Principais componentes da extrusora (silo, barril, rosca, cabeçote e matriz) Partes da rosca (zonas alimentação, compressão e dosagem) Tipos de roscas;

10 10 Processo de Extrusão É o mais importante método de transformação de poliolefinas; Consiste em forçar a passagem contínua do material através da extrusora; O processo da extrusão consiste na obtenção de produtos conformado devido a passagem forçada e contínua do material fundido através de um peça (matriz) que dá o formato desejado ao produto plástico.

11 11 Equipamento É constituído basicamente por um conjunto de rosca, cilindro e matriz; Funções da extrusora: o equipamento funciona mecanicamente como uma bomba que deve fornecer uma pressão uniforme e constante no polímero até alcançar a saída da matriz.

12 12 Finalidade Fundir e homogenizar o termoplástico e transportá-lo a uma taxa constante de fluxo, sob uma condição também constante de pressão, até a matriz. Obtenção de diversos artigos plásticos incluindo tubos, placas, chapas finas, filamentos, cabos, fibras, filmes biorientados, tubos, Parisons para garrafas etc

13 13 Principais componentes da extrusora Silo de alimentação ou funil; Cilindro ou barril (canhão) de aquecimento; Rosca ou parafuso; Cabeçote ou distribuidor do “ “melt”

14 14 Silo de alimentação Componente separado do equipamento, porém de alta importância para manter uniforme o fluxo de grânulos no interior da extrusora. Os termoplásticos são alimentados a frio no estado sólido granular ou em pó. O fluxo de polímero para a rosca pode ser regulado através de diversas tecnologias hoje disponíveis. (força gravitacional)

15 15 Barril É um cilindro feito em aço especial para suportar o movimento rotacional da rosca que fica no seu interior. O cilindro é dividido em ZA 3-12 seções constituído de cintas térmicas. O controle de temperatura é realizado nestas seções. Cada tipo de termoplástico possui um perfil de temperatura. Na superfície interna do cilindro, que é lisa, ocorre indução térmica do calor para manter o polímero no seu estado fundido a uma temperatura cte. É nesta região, que ocorre todo o trabalho mecânico que transporta e ajuda a fusão do polímero

16 16 Rosca É o coração do equipamento; Fabricado em aços especiais e possui tratamento de superfície à base de cromo duro para proteção a corrosão. D = 25 a 200 mm L = 20 a 40 D A relação L/D é uma característica típica da rosca, a qual define o tamanho do equipamento A produtividade do equipamento está associado a geometria da rosca.

17 17 Poliolefinas: L/D – 20 e 30 > L/D  > produtividade -> > homogeneização W mecânico exercido pela rosca no material é convertido em Energia calorífica suficiente para iniciar a plastificação do produto. P, T são componentes ativos do trabalho realizado por uma extrusora.

18 18 Partes da roscas 3 partes ou 3 zonas distintas em relação a passagem do polímero: Desenho da rosca pag 41 senai Zona de alimentação Zona de compressão Zona de dosagem ou plastificação

19 19 Zona de alimentação Figura livro pag 40 1/3 L total da rosca podendo variar a depender do fabricante e do polímero A geometria dos filetes  produtividade final Ocorre o transporte dos grãos para a zona de compressão, bem como o início do amolecimento do produto.

20 20 Zona de compressão Ocorre a compressão e a total fusão do polímero + P + T  homogeneização do material; L compressão  L total/4

21 21 Zona de dosagem Torna o fluxo do material fundido uniforme e regular, pois els sai muito turbulento na zona anterior, devido à compressão sofrida. O polímero chega ao final da extrusora com um fluxo laminar uniforme, que é distribuído igualmente ao redor do cabeçote, antes de chegar à matriz.

22 22 Zona de dosagem Nesta área ocorre o maior cisalhamento do polímero; OBS: alguns polímeros como o PVC, sendo extremamente sensíveis ao calor, não suportam o aquecimento resultante do elevado cisalhamento desta zona, por isso o parafuso para esse material não apresenta seção de dosagem.

23 23 Tipos de Roscas (pag 41) O conceito de rosca universal, portanto está em desuso; Diversos tipos de rosca com as mais =/s geometrias tem sido pesquisadas para cada termoplástico buscando otimizar o processo;

24 24 Regras gerais (fig 7.1- pag 158 reologia) 1.Polímeros mais estáveis ao calor podem utilizar canais rasos; 2.Polímeros mais viscosos podem utilizar canais mais profundos; 3.Canais rasos significam melhor mistura, mas maior geração de calor pelo atrito e, conseqüentemente, maiores temperaturas do fundido. 4.Canais profundos produzem maiores mudanças na vazão provocadas pelas alterações na pressão.

25 25 Cabeçote É simplesmente um condutor da massa polimérica fundida para a matriz. È feito em aço especial e possui uma cinta térmica para manter a t massa fundida constante antes de entrar na matriz.

26 26 Matriz É uma peça acoplada à extrusora, que dá o formato desejado ao produto plástico; Material: aço especial para suportar T e P; Geometria : cônico no caso de filmes, anel no caso de tubos, fieira no caso de fibras etc Extrusão filmes: Processo plano e tubular

27 27 Princípios básicos O polímero fundido deve ser conformado pela matriz a uma vazão Q e queda de pressão P constantes. A depender geometria, dimensões do parafuso, velocidade de rotação N, matriz e ppdades reológicas do polímero, haverá uma Q e P op ideal  ponto operação da extrusora