Contenido

La clasificación general de los distintos tipos de técnicas para extrusión de polímero son las siguientes:.

Extrusión:.

Extrusoras de parafuso único

As extrusoras mais comuns usam um único parafuso no cilindro. Este fuso comumente possui uma corda, mas também pode ter 2 e isso forma canais nos vãos entre as roscas e o centro do fuso, mantendo o mesmo diâmetro da parte externa da rosca ao longo de todo o comprimento do fuso no cano.

A divisão mais comum para extrusoras de rosca simples consiste em 4 zonas, desde a alimentação até a saída pela matriz do material.

Os fusos também podem ter elementos dispersivos e elementos distributivos dentro de algumas de suas zonas principais.

Distribuição: Certifique-se de que todos os materiais estejam em proporção igual na amostra

Dispersão: Garante que os componentes não se aglomerem, mas formem partículas do menor tamanho possível.

Considerando novamente a lei da viscosidade de Newton, fazendo um equilíbrio de momento para o parafuso separado do cano por uma distância H, com velocidades V (direção do arrasto) diferentes de zero e V = V = 0, em estado estacionário a pressão constante e sem gravidade, temos as seguintes relações para o fluxo de arrasto devido à ação do parafuso:

e U sendo a velocidade máxima na direção z, no fuso:.

Para a área da seção transversal do fluxo ωH:.

Levando em consideração a velocidade média em V:.

O fluxo total do polímero resulta da soma do fluxo de arrasto e do fluxo de pressão.

Para:.

O fluxo de arrasto na extrusora é derivado do cálculo do fluxo de arrasto entre duas placas paralelas em estado estacionário, levando em consideração que o fluxo primário é devido a uma espiral.

Porém, na realidade é necessário fazer correções nos dados teóricos obtidos por essas equações, pois se houver velocidades nas direções x e y, a viscosidade é afetada por um gradiente de temperatura que não é constante, pelos efeitos da gravidade e no caso dos compostos, pelo tamanho das partículas, em geral os seguintes parâmetros podem ser controlados:

Extrusoras de rosca dupla

As extrusoras de rosca dupla proporcionam empuxo muito maior e melhor tensão de cisalhamento do que a de rosca única, acelerações de material muito maiores, tensões de cisalhamento relativamente altas e mistura intensiva. Para alguns materiais este processo é demasiado agressivo, razão pela qual é inadequado. Existe a crença de que os concentrados de cores são feitos principalmente neste tipo de extrusora. Porém, a maioria dos pigmentos sofre degradação devido às condições muito agressivas do processo. Portanto, a maioria dos fabricantes de concentrados usa um cano longo de parafuso único.

Existem 2 tipos de parafusos duplos: os que engrenam e os que não engrenam, dos quais existem duas possibilidades, co-rotativos e contra-rotativos, dependendo das direções em que giram.

O fluxo gerado em uma rosca dupla engrenada e contra-rotativa gera um fluxo em formato de C que possui características de bombeamento positivo, reduzindo drasticamente a influência da viscosidade do material para seu transporte e gerando um bombeamento muito eficiente. As desvantagens deste processo são que os fusos são empurrados pelo material em direção às paredes do cilindro, o que evita altas velocidades do fuso; Existe também o problema da mistura ineficiente, quanto mais rápido o material é transportado, menos eficiente é a mistura.

Nas roscas que engrenam e são co-rotativas, o fluxo é mais dependente da viscosidade do material, embora muito menos do que nas extrusoras de rosca única. Neste tipo de disposição, os parafusos não são empurrados em direção à parede do cano, por isso são permitidas altas velocidades, e o material passa de um parafuso a outro, conseguindo um fluxo alternado que ajuda a obter uma mistura mais homogênea.

O polímero derrete por ação mecânica em combinação com o aumento de sua temperatura pelo aquecimento do barril. A ação mecânica inclui tensões de cisalhamento e arrasto, que empurram o polímero em direção ao bico e envolvem um aumento na pressão.

A primeira fusão que ocorre no sistema ocorre na parede interna do barril, na forma de uma película fina, resultado do aumento da temperatura do material e posteriormente também por atrito. Quando esse filme cresce, ele se desprende da parede do cano pela rotação do fuso, em um movimento de vaivém e depois de varredura, formando um padrão semelhante a um redemoinho, ou girando sem perder o arrasto final. Isso continua até que todo o polímero esteja derretido.

Mesclar e arrastar:

Se o material aderir ao parafuso e deslizar na parede do cilindro, o arrasto será zero e o material girará com o parafuso.

Se, por outro lado, o material não desliza com a parede do cano e desliza com o parafuso, então o arrasto é máximo e ocorre o transporte do material.

Na realidade, o polímero sofre fricção tanto na parede do cilindro quanto no fuso; as forças de atrito determinam o arrasto que o polímero sofrerá.

Aviso: Alguns polímeros fundem exatamente na direção oposta devido às suas características moleculares, o que deu origem ao desenho de alguns parafusos específicos. Verifique as referências para mais informações.

A matriz (tradução literal do inglês, cabeçote e bocal em espanhol) no processo de extrusão é análoga ao molde no processo de moldagem por injeção, através da matriz o polímero flui para fora do barril de extrusão e graças a ela toma o perfil desejado. A matriz é considerada consumidora de pressão, pois na extremidade do parafuso a pressão é máxima, enquanto na saída da matriz a pressão é igual à pressão atmosférica.

A alta pressão que o polímero experimenta antes da matriz ajuda a tornar o processo estável e contínuo, porém, o design complexo das matrizes é responsável em grande parte por essa estabilidade.

O perfil da matriz costuma ser diferente do perfil desejado no produto final, isso se deve à memória apresentada pelos polímeros, às tensões residuais e à orientação do fluxo resultante do arrasto da rosca.

Existem matrizes para tubos, para chapas e perfis de geometrias complicadas, cada uma com características especiais de design que permitem ao polímero adquirir sua forma final, evitando ao máximo tensões residuais.

As matrizes extrusoras de polímero consideram a principal diferença entre materiais compostos por macromoléculas e aqueles de pequenas moléculas, como os metais. Os metais podem ser processados ​​com cantos e ângulos estreitos, enquanto os polímeros tendem a formar arestas menos vivas devido às suas características moleculares, por isso o desenho de uma geometria final com ângulos suaves ou formas parabólicas e hiperbólicas é mais eficiente.

As chapas ou perfis formados na saída da matriz começam a diminuir sua temperatura imediatamente, nesse momento pode ser que o extrusado seja puxado, com isso se consegue uma maior orientação longitudinal das moléculas, que ficam dispostas na direção em que a força de extensão é aplicada.

Na saída da matriz também se inicia a cristalização, que pode ser controlada de acordo com a extensão e taxa de resfriamento.

A cristalização pode aumentar por extensão graças aos rolos que puxam o material, esta força faz com que as moléculas se orientem na direção em que o material é forçado e esta orientação aumenta o grau de cristalização e portanto o grau de resistência do material. Esta técnica é normalmente usada na extrusão de folhas, filmes e tiras.

La coextrusión de láminas y películas es una de las aplicaciones más importantes de la extrusión de polímero, por medio de esta tecnología es posible extrudir una película con un color de fondo y otro de cara o como un sándwich en el cual un material se encuentra en la capa intermedia y otro u otros en las exteriores. Láminas multicapa han sido comercialmente utilizadas de entre 2 y 5 capas, aunque es posible utilizar más capas, las aplicaciones no han exigido este desarrollo con mayor amplitud.

La coextrusión de lámina puede llevarse a cabo por 2 técnicas,.

Principais problemas na coextrusão de chapas

Quando dois polímeros são extrudados na forma de uma folha ou filme de espessura muito pequena em relação à sua largura, frequentemente ocorre um problema de encapsulamento devido à diferença de viscosidades dos materiais envolvidos, o material com maior viscosidade tende a fluir menos rapidamente do que aquele com menor viscosidade e portanto este segundo material "encapsula o primeiro", em um caso prático não é completamente encapsulado, mas sim uma diferença importante nos calibres dos materiais é obtida no centro em relação às margens.

Os dados modernos possuem sistemas piezoelétricos ou outros sistemas mecânicos ligados a um computador que analisa diferenças de medidores online. Uma folha extrusada é ajustada na matriz para a mesma bitola, porém, o polímero tende a pressionar esta matriz e permitir um maior fluxo de material no centro em relação às bordas, isso devido à natureza viscoelástica das macromoléculas.

A coloração de perfis em extrusão, chapas e filmes tem um problema particular embora semelhante à coloração em moldagem por injeção, a beleza da peça, a identificação e as funções ópticas dependem deste processo, basicamente existem três formas de colorir um polímero em extrusão:

A escolha mais barata e eficiente é a utilização do concentrado de cor (em inglês Masterbatch), que é projetado com índice de fluidez e características de viscosidade de acordo com o polímero a ser processado. Com os concentrados de cores você pode mudar de uma cor para outra de forma rápida, fácil e limpa. Os pigmentos em pó apresentam maiores problemas de coloração que os concentrados de cor e estes mais que os pré-coloridos, porém os pré-coloridos são os mais caros e possuem um histórico térmico mais longo. Os problemas de processamento mais comuns em relação à cor de uma peça são: linhas de cor mais ou menos intensa, pigmento que se acumula na matriz, distribuição não homogênea do pigmento, bolhas, pontas de agulha, diminuição ou aumento excessivo da viscosidade, manchas pretas e casca de laranja.

As cores podem ser qualquer opaca e se o polímero for transparente são permitidas cores translúcidas. É importante que o fornecedor de concentrados de cores esteja atento à aplicação final da peça para utilizar pigmentos ou corantes que não migram para a superfície. Os corantes não devem ser usados ​​em poliolefinas porque eles migram. Esse erro é muito comum na indústria por serem baratos, mas essa economia diminui a qualidade da peça e pode gerar reclamação do cliente.

Na coextrusão podem ser utilizadas camadas de pigmentos opacos no meio e pigmentos translúcidos nas extremidades, ou também pode ser totalmente opaco ou totalmente translúcido. É comum utilizar uma camada interna de material reciclado nas chapas e a cor final é controlada nas extremidades do material, isso ajuda a reduzir custos mantendo uma aparência adequada. Em aplicações de contato com alimentos, alguns países permitem que pigmentos não aprovados para alimentos estejam em camadas internas (desde que não sejam metais pesados), desde que todos os materiais que entram em contato com alimentos sejam aprovados, uma diretriz para decidir quais pigmentos são aprovados ou não é a do FDA dos Estados Unidos.

As cores podem ser translúcidas, sólidas, pastéis, metálicas, peroladas, fosforescentes, fluorescentes, etc. Porém, polímeros como o ABS são mais difíceis de colorir que o polietileno, devido à sua alta temperatura de processo e cor amarelada.

O especialista em design de cores é uma pessoa com uma capacidade visual impressionante, seus olhos são treinados para reconhecer cores com diferenças mínimas, isso requer habilidade e experiência naturais, a teoria das cores também deve ser levada em consideração, os pigmentos são subtrativos e a luz é aditiva, além disso, se a cor alvo for um pedaço de metal, vidro, líquido, papel ou polímero diferente do polímero final, é possível que sob luz diferente a cor final da objetiva seja igual ou diferente, portanto deve-se decidir qual será a luz sob a qual as cores deverão ser observadas. Para quem não é especialista em identificação de cores, os colorímetros são muito úteis, embora seu grau de confiança não chegue a 100%.

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La clasificación general de los distintos tipos de técnicas para extrusión de polímero son las siguientes:.

Extrusión:.

Extrusoras de parafuso único

As extrusoras mais comuns usam um único parafuso no cilindro. Este fuso comumente possui uma corda, mas também pode ter 2 e isso forma canais nos vãos entre as roscas e o centro do fuso, mantendo o mesmo diâmetro da parte externa da rosca ao longo de todo o comprimento do fuso no cano.

A divisão mais comum para extrusoras de rosca simples consiste em 4 zonas, desde a alimentação até a saída pela matriz do material.

Os fusos também podem ter elementos dispersivos e elementos distributivos dentro de algumas de suas zonas principais.

Distribuição: Certifique-se de que todos os materiais estejam em proporção igual na amostra

Dispersão: Garante que os componentes não se aglomerem, mas formem partículas do menor tamanho possível.

Considerando novamente a lei da viscosidade de Newton, fazendo um equilíbrio de momento para o parafuso separado do cano por uma distância H, com velocidades V (direção do arrasto) diferentes de zero e V = V = 0, em estado estacionário a pressão constante e sem gravidade, temos as seguintes relações para o fluxo de arrasto devido à ação do parafuso:

e U sendo a velocidade máxima na direção z, no fuso:.

Para a área da seção transversal do fluxo ωH:.

Levando em consideração a velocidade média em V:.

O fluxo total do polímero resulta da soma do fluxo de arrasto e do fluxo de pressão.

Para:.

O fluxo de arrasto na extrusora é derivado do cálculo do fluxo de arrasto entre duas placas paralelas em estado estacionário, levando em consideração que o fluxo primário é devido a uma espiral.

Porém, na realidade é necessário fazer correções nos dados teóricos obtidos por essas equações, pois se houver velocidades nas direções x e y, a viscosidade é afetada por um gradiente de temperatura que não é constante, pelos efeitos da gravidade e no caso dos compostos, pelo tamanho das partículas, em geral os seguintes parâmetros podem ser controlados:

Extrusoras de rosca dupla

As extrusoras de rosca dupla proporcionam empuxo muito maior e melhor tensão de cisalhamento do que a de rosca única, acelerações de material muito maiores, tensões de cisalhamento relativamente altas e mistura intensiva. Para alguns materiais este processo é demasiado agressivo, razão pela qual é inadequado. Existe a crença de que os concentrados de cores são feitos principalmente neste tipo de extrusora. Porém, a maioria dos pigmentos sofre degradação devido às condições muito agressivas do processo. Portanto, a maioria dos fabricantes de concentrados usa um cano longo de parafuso único.

Existem 2 tipos de parafusos duplos: os que engrenam e os que não engrenam, dos quais existem duas possibilidades, co-rotativos e contra-rotativos, dependendo das direções em que giram.

O fluxo gerado em uma rosca dupla engrenada e contra-rotativa gera um fluxo em formato de C que possui características de bombeamento positivo, reduzindo drasticamente a influência da viscosidade do material para seu transporte e gerando um bombeamento muito eficiente. As desvantagens deste processo são que os fusos são empurrados pelo material em direção às paredes do cilindro, o que evita altas velocidades do fuso; Existe também o problema da mistura ineficiente, quanto mais rápido o material é transportado, menos eficiente é a mistura.

Nas roscas que engrenam e são co-rotativas, o fluxo é mais dependente da viscosidade do material, embora muito menos do que nas extrusoras de rosca única. Neste tipo de disposição, os parafusos não são empurrados em direção à parede do cano, por isso são permitidas altas velocidades, e o material passa de um parafuso a outro, conseguindo um fluxo alternado que ajuda a obter uma mistura mais homogênea.

O polímero derrete por ação mecânica em combinação com o aumento de sua temperatura pelo aquecimento do barril. A ação mecânica inclui tensões de cisalhamento e arrasto, que empurram o polímero em direção ao bico e envolvem um aumento na pressão.

A primeira fusão que ocorre no sistema ocorre na parede interna do barril, na forma de uma película fina, resultado do aumento da temperatura do material e posteriormente também por atrito. Quando esse filme cresce, ele se desprende da parede do cano pela rotação do fuso, em um movimento de vaivém e depois de varredura, formando um padrão semelhante a um redemoinho, ou girando sem perder o arrasto final. Isso continua até que todo o polímero esteja derretido.

Mesclar e arrastar:

Se o material aderir ao parafuso e deslizar na parede do cilindro, o arrasto será zero e o material girará com o parafuso.

Se, por outro lado, o material não desliza com a parede do cano e desliza com o parafuso, então o arrasto é máximo e ocorre o transporte do material.

Na realidade, o polímero sofre fricção tanto na parede do cilindro quanto no fuso; as forças de atrito determinam o arrasto que o polímero sofrerá.

Aviso: Alguns polímeros fundem exatamente na direção oposta devido às suas características moleculares, o que deu origem ao desenho de alguns parafusos específicos. Verifique as referências para mais informações.

A matriz (tradução literal do inglês, cabeçote e bocal em espanhol) no processo de extrusão é análoga ao molde no processo de moldagem por injeção, através da matriz o polímero flui para fora do barril de extrusão e graças a ela toma o perfil desejado. A matriz é considerada consumidora de pressão, pois na extremidade do parafuso a pressão é máxima, enquanto na saída da matriz a pressão é igual à pressão atmosférica.

A alta pressão que o polímero experimenta antes da matriz ajuda a tornar o processo estável e contínuo, porém, o design complexo das matrizes é responsável em grande parte por essa estabilidade.

O perfil da matriz costuma ser diferente do perfil desejado no produto final, isso se deve à memória apresentada pelos polímeros, às tensões residuais e à orientação do fluxo resultante do arrasto da rosca.

Existem matrizes para tubos, para chapas e perfis de geometrias complicadas, cada uma com características especiais de design que permitem ao polímero adquirir sua forma final, evitando ao máximo tensões residuais.

As matrizes extrusoras de polímero consideram a principal diferença entre materiais compostos por macromoléculas e aqueles de pequenas moléculas, como os metais. Os metais podem ser processados ​​com cantos e ângulos estreitos, enquanto os polímeros tendem a formar arestas menos vivas devido às suas características moleculares, por isso o desenho de uma geometria final com ângulos suaves ou formas parabólicas e hiperbólicas é mais eficiente.

As chapas ou perfis formados na saída da matriz começam a diminuir sua temperatura imediatamente, nesse momento pode ser que o extrusado seja puxado, com isso se consegue uma maior orientação longitudinal das moléculas, que ficam dispostas na direção em que a força de extensão é aplicada.

Na saída da matriz também se inicia a cristalização, que pode ser controlada de acordo com a extensão e taxa de resfriamento.

A cristalização pode aumentar por extensão graças aos rolos que puxam o material, esta força faz com que as moléculas se orientem na direção em que o material é forçado e esta orientação aumenta o grau de cristalização e portanto o grau de resistência do material. Esta técnica é normalmente usada na extrusão de folhas, filmes e tiras.

La coextrusión de láminas y películas es una de las aplicaciones más importantes de la extrusión de polímero, por medio de esta tecnología es posible extrudir una película con un color de fondo y otro de cara o como un sándwich en el cual un material se encuentra en la capa intermedia y otro u otros en las exteriores. Láminas multicapa han sido comercialmente utilizadas de entre 2 y 5 capas, aunque es posible utilizar más capas, las aplicaciones no han exigido este desarrollo con mayor amplitud.

La coextrusión de lámina puede llevarse a cabo por 2 técnicas,.

Principais problemas na coextrusão de chapas

Quando dois polímeros são extrudados na forma de uma folha ou filme de espessura muito pequena em relação à sua largura, frequentemente ocorre um problema de encapsulamento devido à diferença de viscosidades dos materiais envolvidos, o material com maior viscosidade tende a fluir menos rapidamente do que aquele com menor viscosidade e portanto este segundo material "encapsula o primeiro", em um caso prático não é completamente encapsulado, mas sim uma diferença importante nos calibres dos materiais é obtida no centro em relação às margens.

Os dados modernos possuem sistemas piezoelétricos ou outros sistemas mecânicos ligados a um computador que analisa diferenças de medidores online. Uma folha extrusada é ajustada na matriz para a mesma bitola, porém, o polímero tende a pressionar esta matriz e permitir um maior fluxo de material no centro em relação às bordas, isso devido à natureza viscoelástica das macromoléculas.

A coloração de perfis em extrusão, chapas e filmes tem um problema particular embora semelhante à coloração em moldagem por injeção, a beleza da peça, a identificação e as funções ópticas dependem deste processo, basicamente existem três formas de colorir um polímero em extrusão:

A escolha mais barata e eficiente é a utilização do concentrado de cor (em inglês Masterbatch), que é projetado com índice de fluidez e características de viscosidade de acordo com o polímero a ser processado. Com os concentrados de cores você pode mudar de uma cor para outra de forma rápida, fácil e limpa. Os pigmentos em pó apresentam maiores problemas de coloração que os concentrados de cor e estes mais que os pré-coloridos, porém os pré-coloridos são os mais caros e possuem um histórico térmico mais longo. Os problemas de processamento mais comuns em relação à cor de uma peça são: linhas de cor mais ou menos intensa, pigmento que se acumula na matriz, distribuição não homogênea do pigmento, bolhas, pontas de agulha, diminuição ou aumento excessivo da viscosidade, manchas pretas e casca de laranja.

As cores podem ser qualquer opaca e se o polímero for transparente são permitidas cores translúcidas. É importante que o fornecedor de concentrados de cores esteja atento à aplicação final da peça para utilizar pigmentos ou corantes que não migram para a superfície. Os corantes não devem ser usados ​​em poliolefinas porque eles migram. Esse erro é muito comum na indústria por serem baratos, mas essa economia diminui a qualidade da peça e pode gerar reclamação do cliente.

Na coextrusão podem ser utilizadas camadas de pigmentos opacos no meio e pigmentos translúcidos nas extremidades, ou também pode ser totalmente opaco ou totalmente translúcido. É comum utilizar uma camada interna de material reciclado nas chapas e a cor final é controlada nas extremidades do material, isso ajuda a reduzir custos mantendo uma aparência adequada. Em aplicações de contato com alimentos, alguns países permitem que pigmentos não aprovados para alimentos estejam em camadas internas (desde que não sejam metais pesados), desde que todos os materiais que entram em contato com alimentos sejam aprovados, uma diretriz para decidir quais pigmentos são aprovados ou não é a do FDA dos Estados Unidos.

As cores podem ser translúcidas, sólidas, pastéis, metálicas, peroladas, fosforescentes, fluorescentes, etc. Porém, polímeros como o ABS são mais difíceis de colorir que o polietileno, devido à sua alta temperatura de processo e cor amarelada.

O especialista em design de cores é uma pessoa com uma capacidade visual impressionante, seus olhos são treinados para reconhecer cores com diferenças mínimas, isso requer habilidade e experiência naturais, a teoria das cores também deve ser levada em consideração, os pigmentos são subtrativos e a luz é aditiva, além disso, se a cor alvo for um pedaço de metal, vidro, líquido, papel ou polímero diferente do polímero final, é possível que sob luz diferente a cor final da objetiva seja igual ou diferente, portanto deve-se decidir qual será a luz sob a qual as cores deverão ser observadas. Para quem não é especialista em identificação de cores, os colorímetros são muito úteis, embora seu grau de confiança não chegue a 100%.