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EXTRUSO DETERMOPlSTICOS

Fundao Santo Andr FSA

Engenharia de Materiais 60

semestre

Profa. Dra. Sandra A. Cruz

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Extruso Extrusora

-Um dos processos mais utilizados-Reator P Extrusora pellets ou grnulos.

- Desde a antiguidade o princpio de extruso j erautilizado.

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Produtos plsticos feitos por extruso-Filmes plsticos

-Canos e tubos para transporte de gua, gs,combustvel, etc.

-Isolantes de fios e cabos eltricos

-Filamentos para fabricao de linhas de pesca,escova de dente, de cabelo, etc.

-Recobrimento de papel (filmes e folhas) para a

fabricao de embalagens para alimentos(Tetrapack).

-Chapas de plstico para posterior termoformagem,

etc.

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Princpios Gerais e Componentes de umaextrusora monorosca

-Processo contnuo

-Material alimentado na forma de grnulos (oup).

Funo de uma extrusora:

1) Transformar o polmero em produto plstico

2) Plastificao (fuso) do polmero:- resistncias eltricas

- cisalhamento

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3) Mistura e homogeneizao

Exemplo: Blendas

Composto

4) Bombeamento do material sob presso at a matriz.

5) Conformao do polmero pela sua passagem sobpresso atravs da matriz PRODUTO

Princpios Gerais e Componentes de umaextrusora monorosca

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Componentes de uma extrusora

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1) Mancal de Apoio

- fixar a rosca mantendo-a centralizada

- para empurrar o material para frente necessriocriar uma presso do fundido. A presso criadaempurra a rosca para trs tendendo a esmag-lacontra o rolamento.

- a presso de 2000 psi utilizada em um processo deextruso (50 mm) causa uma fora de recuo narosca de 3 toneladas.

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2) Barril / canho / cilindro Diversos tipos de ao (85:50) desgaste: abraso e

corroso, presso. Superfcie interna (Nitretao ou bimetlico) Dimetros internos tpicos: 1; 1,5; 2; 2,5; 3,5; 4,5 e 6 in) Comprimento do cilindro (L): comprimento da rosca L/D: caracterstica da extrusora

Mais comuns de L/D = 24, 30, 32 e 36. Alto L/D- podem indicar boas capacidades de mistura

e fuso de polmeros Relao L/D determina a superfcie interna disponvel

para transmisso de calor para a fuso do material


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Materiais mais comum para a fabricao do barril

Liga ao 85:50 (mais comum)

Ligas tipo Nitraloy 135 M nitretao com ons formao de uma camada protetora contra corroso eabraso.

Dureza de 55 a 72 Rockwell C

Resistncia a trao de 360 a 600MPa.

Ligas de Xaloy 800 constitudas de 25% ou maispartculas de carbeto de tungstnio.

Ligas de Xaloy X-102

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Recondicionamento do barril:

-Brunimento

As dimenses retiradas do barril devem ser introduzidas narosca.

Exemplo: Retirada de 1 mm do dimetro interno do barril,colocar 1 mm no filete da rosca.

Altera a taxa de compresso:

RC = hi/hf

Exemplo:

Antes: hi=24,5 e hf=7 (RC=3,5)

Depois: hi = 25 e hf=7,5 (RC=3,3)

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3) Motor e Caixa de engrenagens

- Motor eltrico (220, 380 e 440 V)

- velocidade da rosca vazo (normalmente)- Alterao da velocidade da rosca (60 a 150 rpm)

usar um motor de velocidade ajustvel (CC).

usar um motor de velocidade constante acopladoa um sistema mecnico de alterao develocidade (antigo).

usar um inversor de freqncia


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4) Funil e Goela

Funil onde ocorre a alimentao do material porgravidade.

Alimentao:

- por afogamento ou inundao (nvel cte)

- contnua: o funil no permanece cheio mas existe umsistema de alimentao ou dosagem composto por calhasvibratrias, esteiras de transporte ou roscas sem fim quealimentam a extrusora taxas constantes e programveis

(Ex: Dupla rosca)


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Goela um furo feito na parede do canho que possibilita apassagem do material do funil para dentro do barril. O

tamanho da goela deve ser a pelo menos o interno docanho. RESFRIAMENTO

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5- Sistemas de aquecimento e resfriamento

Resistncias eltricasMontadas externamente ao

barril-pode-se ter coberturapara minimizar a troca de calorpara o ambiente.Zonas de aquecimento.

VaporSemelhante ao aquecimentopor fluidos o mtodo mais antigo e omenos usadoDistribuio de calor lenta

Fluidos (leo) leo aquecido circulando por

camisas que envolvem cilindroou em serpentinas nacanaletas do cilindro queacomodam tubos de cobre Mais caro mas controle mais

preciso. Usado em algunsequipamentos de grande porte Controle pode ser individuale a refrigerao no tanquede leo referente a cada zonae no no cilindro


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Disco de ao com orifcios de dimetro de 3 a 5 mm sempontos de estagnao

Funes:

- Aumentar a presso de contra-fluxo- Homogeneizar a massa viscosa- Quebrar fluxo rotacional

- Segurar as telas

6) Placa de Quebra Fluxo ou Crivo


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Tela

- consiste em uma malha metlica disponvel em vriostamanhos de furos (ou mash) que agem como filtros pararetirar do material fundido partculas de material noplastificado e outros tipos de impurezas.

- em geral aumentam a contra-presso dependendo do seutamanho.

- extrusoras mais modernas possuem sistemas detroca telas.

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Trocador de telas

Previne descontinuidade e garante troca rpida da tela

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Troca tela contnuo

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7) Rosca de Extruso

PARAFUSOARQUIMEDEANO

Concebido porArquimedes paratransporte dematrias que teriamum escoamentoentre os filetes doparafuso menorque o transportedesta matria,usado at hoje paratransporte de gua


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Monorosca de Extruso

- Parte mvel- Velocidades tpicas entre 30 e 150 rpm.

- Funo: transportar e plastificar o material.

Baixa condutividade trmica e altaviscosidade

Sem danos ao polmeros

- Deve ser projetada para: mxima eficincia, Q cte,durabilidade, plastificao e homogeneizao adequadas.

Projetos especficos

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Zona de compresso (responsvel pela fuso) Reduo gradual da altura do filete Extenso desta regio depende do polmero Fuso: temperatura, presso e cisalhamento Ar expulso e polmero entregue zona de dosagem

Zona de dosagem ou controle de vazo (responsvel pelafinalizao da homogeneizao e pelo fluxo uniforme) Objetivo homogeneizar o polmero no estado viscoso e

entreg-lo matriz com vazo e presso constante Fundir eventuais partculas

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7) Rosca de Extruso

A) Teoria de fluxo para a monorosca

+ =

Fluxo de Arraste Fluxo de contra-presso

Fluxo resultante

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Modelo de fuso entre filetes da rosca: turbilhonamentopara otimizar distribuio dos pelletse garantir contatocom paredes para fuso

7) Rosca de Extruso

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barril

filete

Normalmente no h

vazamento mas podeocorrer desgaste nomaquinrio

Qtotal = Qd - Qp - Qe

7) Rosca de Extruso

arraste presso escape

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7) Rosca de Extruso

=h

VdybQ0

Vazo:

x

z

y

b largura do canal da rosca

h profundidade do canal

pressocontraarraste QQQ =

dz

dPbhhbVQ b

122

3

=dz

dPbhbhDNQ

122

cos 3=

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7) Rosca de Extruso

B) Parmetros que afetam a gerao de presso e operfil de velocidades ao longo do cilindro e rosca

Dependncia do perfil de presso:- Matriz e crivo

- Forma de alimentao

- Atrito rosca material e paredes do cilindro (regio do funil)

- Temperatura e viscosidade do fundido

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QA < QB < QC < QD

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7) Rosca de Extruso

C) Homogeneizao e plastificao nos canais da rosca

Convivncia fase slida / fase lquida:

Taxa de cisalhamento/ T das zonas, gradiente de P e tipo de

polmero

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7) Rosca de Extruso

Formao ???

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7) Rosca de Extruso

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Variao na formao do fundidopasso a passo da rosca

7) Rosca de Extruso

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7) Rosca de Extruso

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7) Rosca de Extruso

Zonas de compresso longas:- tempo de residncia

- convivncia slido/lquido

- cisalhamento

- poder de mistura

Zonas de compresso curtas:- cisalhamento (+ e -)

- Ideal: materiais de baixa viscosidade e Tm brusco

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7) Rosca de Extruso

Profundidade (h) h Q T mistura

Razo de compresso (RC)

RC aprisionamento de ar

RC atritoL/D (comprimento/dimetro)

L/D tempo de residncia mistura

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7) Rosca de Extruso

Eficincia da plastificao

diferentes tipos de roscas:- Tipo de polmero

- Formato da matria-prima

- Densidade aparente

- Aditivos presentes

N Q Eficincia de plastificao

T

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7) Rosca de Extruso

Para EP e ao mesmo tempo Q roscas commisturadores e cisalhadores intensivos

Garantem a qualidadedo extrudado dentro dolimite superior deproduditividade

Ajudam a aumentar aeficincia de fuso

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Z. Wei Polymer Extrusion 40

Mono rosca padro

Comprimento da rosca: 20 D a 30 DComprimento da zona de alimentao: 4 D a 8 DComprimento da zona de dosagem: 6 D a 10 D

Passo: 1 D (ngulo do filete ~17.66o)Largura real do filete: 0.1 DAltura do canal na zona de alimentao (hi): 0.10 D a 0.15 DAltura do canal na zona de dosagem (hf): 0.03 D a 0.06 D

Taxa de compresso (RC): 2 a 4

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8) Matriz e Cabeote Cabeote o ferramental que fica aps a rosca. Matriz a extremidade final do cabeote que tem como

funo dar forma massa polimrica


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Cabeote/Matriz

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8) Matriz e Cabeote

Orifcio presso vazo cte

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8) Matriz e Cabeote

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8) Matriz e Cabeote

a) Transporte no cabeote da extrusora

dz

dPbhbhDNQ

122

cos 3=

P

NQ =

Constante geomtrica da rosca

MM

PKQ

=

MMTP

KP

NQQ

===

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8) Matriz e Cabeote

MMT

PK

PNQQ

===

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9) Degasagem

- Alguns produtos plsticos liberam gases quandoaquecidos

So equipados com um ou maisorifcios (3/4 L) no cilindro a partir doqual os volteis, por diferena depresso ou vcuo podem ser

extrados. Os orifcios podem ser utilizados

tambm para a adio decomponentes como aditivos, cargas,

componentes reativos, etc


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Extrusora com degasagem

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Extrusora com degasagem

Extrusoras com degasagem so usadas paraextrair volteis de polmeros de uma maneira continua.So equipadas de um ou mais orifcios pelos quais osvolteis podem escapar.

Duas importantes condies para o polmero soba sada de degasagem so presso zero e omaterial estar completamente fundido.

Aplicaes:

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1) Mancal

2) Cilindro

3) Motor e caixa

de engrenagens

4) Funil egoela

5) Sistemas de

aquecimento

6) Quebrafluxo

7) Rosca

8) Cabeote

e matriz

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