(Microsoft PowerPoint Aula extrus 343o 1)

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EXTRUSÃO DE 
TERMOPlÁSTICOS
Fundação Santo André – FSA
Engenharia de Materiais – 60 semestre
Profa. Dra. Sandra A. Cruz
Extrusão Extrusora
-Um dos processos mais utilizados 
-Reator → Pó→ Extrusora→ pellets ou grânulos.
- Desde a antiguidade o princípio de extrusão já era 
utilizado.
Produtos plásticos feitos por extrusão
-Filmes plásticos
-Canos e tubos para transporte de água, gás, 
combustível, etc.
-Isolantes de fios e cabos elétricos
-Filamentos para fabricação de linhas de pesca, 
escova de dente, de cabelo, etc.
-Recobrimento de papel (filmes e folhas) para a 
fabricação de embalagens para alimentos 
(Tetrapack).
-Chapas de plástico para posterior termoformagem, 
etc.
Princípios Gerais e Componentes de uma 
extrusora monorosca
-Processo contínuo
-Material é alimentado na forma de grânulos (ou 
pó).
Função de uma extrusora:
1) Transformar o polímero em produto plástico
2) Plastificação (fusão) do polímero:
- resistências elétricas
- cisalhamento
3) Mistura e homogeneização
Exemplo: Blendas 
Composto 
4) Bombeamento do material sob pressão até a matriz.
5) Conformação do polímero pela sua passagem sob 
pressão através da matriz → PRODUTO
Princípios Gerais e Componentes de uma 
extrusora monorosca
Componentes de uma extrusora
Componentes de uma extrusora
1) Mancal de Apoio
- fixar a rosca mantendo-a centralizada
- para empurrar o material para frente é necessário 
criar uma pressão do fundido. A pressão criada 
empurra a rosca para trás tendendo a esmagá-la 
contra o rolamento. 
- a pressão de 2000 psi utilizada em um processo de 
extrusão (50 mm) causa uma força de recuo na 
rosca de 3 toneladas.
2) Barril / canhão / cilindro
� Diversos tipos de aço (85:50) – desgaste: abrasão e 
corrosão, pressão.
� Superfície interna (Nitretação ou bimetálico)
� Diâmetros internos típicos: 1; 1,5; 2; 2,5; 3,5; 4,5 e 6 in)
� Comprimento do cilindro (L): comprimento da rosca
� L/D: característica da extrusora
� Mais comuns de L/D = 24, 30, 32 e 36.
� Alto L/D- podem indicar boas capacidades de mistura 
e fusão de polímeros
� Relação L/D determina a superfície interna disponível 
para transmissão de calor para a fusão do material
Componentes de uma extrusora
Materiais mais comum para a fabricação do barril
•Liga aço 85:50 (mais comum)
•Ligas tipo Nitraloy 135 M – nitretação com íons –
formação de uma camada protetora contra corrosão e 
abrasão.
• Dureza de 55 a 72 Rockwell C
• Resistência a tração de 360 a 600MPa.
• Ligas de Xaloy 800 – constituídas de 25% ou mais 
partículas de carbeto de tungstênio.
• Ligas de Xaloy X-102
Recondicionamento do barril:
-Brunimento
As dimensões retiradas do barril devem ser introduzidas na 
rosca. 
Exemplo: Retirada de 1 mm do diâmetro interno do barril, 
colocar 1 mm no filete da rosca.
Altera a taxa de compressão:
RC = hi/hf
Exemplo:
→Antes: hi=24,5 e hf=7 (RC=3,5)
→Depois: hi = 25 e hf=7,5 (RC=3,3)
3) Motor e Caixa de engrenagens
- Motor elétrico (220, 380 e 440 V)
- ↑ velocidade da rosca ↑ vazão (normalmente)
- Alteração da velocidade da rosca (60 a 150 rpm)
� usar um motor de velocidade ajustável (CC).
� usar um motor de velocidade constante acoplado 
a um sistema mecânico de alteração de 
velocidade (antigo).
� usar um inversor de freqüência
Componentes de uma extrusora
4) Funil e Goela
Funil é onde ocorre a alimentação do material por 
gravidade.
Alimentação:
- por afogamento ou inundação (nível cte)
- contínua: o funil não permanece cheio mas existe um 
sistema de alimentação ou dosagem composto por calhas 
vibratórias, esteiras de transporte ou roscas sem fim que 
alimentam a extrusora à taxas constantes e programáveis 
(Ex: Dupla rosca)
Componentes de uma extrusora
Componentes de uma extrusora
Goela é um furo feito na parede do canhão que possibilita a 
passagem do material do funil para dentro do barril. O 
tamanho da goela deve ser a pelo menos o Ø interno do 
canhão. RESFRIAMENTO
5- Sistemas de aquecimento e resfriamento
�Resistências elétricas
�Montadas externamente ao 
barril-pode-se ter cobertura 
para minimizar a troca de calor 
para o ambiente.
�Zonas de aquecimento.
�Vapor
�Semelhante ao aquecimento 
por fluidos
�É o método mais antigo e o 
menos usado
�Distribuição de calor é lenta
�Fluidos (óleo)
� Óleo aquecido circulando por 
camisas que envolvem cilindro 
ou em serpentinas na 
canaletas do cilindro que 
acomodam tubos de cobre
� Mais caro mas controle mais 
preciso. Usado em alguns 
equipamentos de grande porte
� Controle pode ser individual 
e a refrigeração é no tanque 
de óleo referente a cada zona 
e não no cilindro
Componentes de uma extrusora
� Disco de aço com orifícios de diâmetro de 3 a 5 mm sem 
pontos de estagnação
� Funções:
- Aumentar a pressão de contra-fluxo
- Homogeneizar a massa viscosa
- Quebrar fluxo rotacional
- Segurar as telas
6) Placa de Quebra Fluxo ou Crivo
Componentes de uma extrusora
Tela
- consiste em uma malha metálica disponível em vários 
tamanhos de furos (ou mash) que agem como filtros para 
retirar do material fundido partículas de material não 
plastificado e outros tipos de impurezas.
- em geral aumentam a contra-pressão dependendo do seu 
tamanho.
- extrusoras mais modernas possuem sistemas de 
troca telas.
Trocador de telas
Previne “descontinuidade” e garante troca rápida da tela
Troca tela contínuo
7) Rosca de Extrusão
PARAFUSO 
ARQUIMEDEANO
Concebido por 
Arquimedes para 
transporte de 
matérias que teriam 
um escoamento 
entre os filetes do 
parafuso menor 
que o transporte 
desta matéria, 
usado até hoje para 
transporte de água
Componentes de uma extrusora
Monorosca de Extrusão
- Parte móvel
- Velocidades típicas entre 30 e 150 rpm.
- Função: transportar e plastificar o material.
Baixa condutividade térmica e alta 
viscosidade
Sem danos ao polímeros
- Deve ser projetada para: máxima eficiência, Q cte, 
durabilidade, plastificação e homogeneização adequadas.
Projetos específicos
Z. Wei Polymer Extrusion 23
alimentação compressão dosagem
Monorosca de Extrusão - padrão
� Zona de alimentação (responsável pelo transporte)
� O aquecimento é menor e em geral há resfriamento nesta 
região
� A altura do filete é maior sendo o material apenas 
transportado devido ao pequeno aquecimento
� Zona de compressão (responsável pela fusão)
� Redução gradual da altura do filete
� Extensão desta região depende do polímero
� Fusão: temperatura, pressão e cisalhamento 
� Ar é expulso e polímero é entregue à zona de dosagem
� Zona de dosagem ou controle de vazão (responsável pela 
finalização da homogeneização e pelo fluxo uniforme)
� Objetivo é homogeneizar o polímero no estado viscoso e 
entregá-lo à matriz com vazão e pressão constante
� Fundir eventuais partículas 
7) Rosca de Extrusão
A) Teoria de fluxo para a monorosca
+ =
Fluxo de Arraste Fluxo de contra-
pressão
Fluxo resultante
Modelo de fusão entre filetes da rosca: turbilhonamento 
para otimizar distribuição dos pellets e garantir contato 
com paredes para fusão
7) Rosca de Extrusão
barril
filete
Normalmente não há 
vazamento mas pode 
ocorrer desgaste no 
maquinário
Qtotal = Qd - Qp - Qe
7) Rosca de Extrusão
arraste pressão escape
7) Rosca de Extrusão
∫=
h
VdybQ
0
Vazão:
x
z
y
b – largura do canal da rosca
h – profundidade do canal
pressãocontraarraste QQQ −−=
dz
dPbhhbVQ b
η122
3
−=
dz
dPbhbhDNQ
η
θpi
122
cos 3
−=
7) Rosca de Extrusão
B) Parâmetros que afetam a geração de pressão e o 
perfil de velocidades ao longo do cilindro e rosca
Dependência do perfil de pressão:
- Matriz e crivo
- Forma de alimentação- Atrito rosca material e paredes do cilindro (região do funil)
- Temperatura e viscosidade do fundido
QA < QB < QC < QD
7) Rosca de Extrusão
C) Homogeneização e plastificação nos canais da rosca
Convivência fase sólida / fase líquida:
Taxa de cisalhamento/ T das zonas, gradiente de P e tipo de 
polímero
7) Rosca de Extrusão
Formação ???
7) Rosca de Extrusão
Variação na formação do “fundido” 
passo a passo da rosca
7) Rosca de Extrusão
7) Rosca de Extrusão
7) Rosca de Extrusão
� Zonas de compressão longas:
- ↑ tempo de residência
- ↑ convivência sólido/líquido
- ↓ cisalhamento 
- ↓ poder de mistura
�Zonas de compressão curtas:
- ↑ cisalhamento (+ e -)
- Ideal: materiais de baixa viscosidade e Tm brusco
7) Rosca de Extrusão
� Profundidade (h)
↓ h ↓ Q ↑ γ ↑ T → ↑ mistura
�Razão de compressão (RC)
↓ RC ↑ aprisionamento de ar 
↑ RC ↑ atrito
�L/D (comprimento/diâmetro)
↑ L/D ↑ tempo de residência ↑ mistura 
7) Rosca de Extrusão
Eficiência da plastificação→ diferentes tipos de roscas:
- Tipo de polímero
- Formato da matéria-prima
- Densidade aparente
- Aditivos presentes
↑ N
↑ Q ↓ Eficiência de plastificação
↑ γ ↑ T ↓η
7) Rosca de Extrusão
Para ↑ EP e ao mesmo tempo ↑ Q → roscas com 
misturadores e cisalhadores intensivos
Garantem a qualidade 
do extrudado dentro do 
limite superior de 
produditividade
Ajudam a aumentar a 
eficiência de fusão
Z. Wei Polymer Extrusion 40
Mono rosca padrão
Comprimento da rosca: 20 D a 30 D
Comprimento da zona de alimentação: 4 D a 8 D
Comprimento da zona de dosagem: 6 D a 10 D
Passo: 1 D (ângulo do filete ~17.66o)
Largura real do filete: 0.1 D
Altura do canal na zona de alimentação (hi): 0.10 D a 0.15 D
Altura do canal na zona de dosagem (hf): 0.03 D a 0.06 D
Taxa de compressão (RC): 2 a 4
8) Matriz e Cabeçote
� Cabeçote é o ferramental que fica após a rosca.
� Matriz é a extremidade final do cabeçote que tem como 
função dar forma à massa polimérica 
Componentes de uma extrusora
Cabeçote/Matriz
8) Matriz e Cabeçote
Transporte no cabeçote da matriz
Ocorre por diferença de pressão
Elevação de pressão:
- Geometria da rosca - Rotação e Temperatura
- Coeficiente de atrito - Canais estritos
- Propriedades reológicas - Grelhas e telas
8) Matriz e Cabeçote
↓ Orifício ↑ pressão → vazão cte
8) Matriz e Cabeçote
8) Matriz e Cabeçote
a) Transporte no cabeçote da extrusora
dz
dPbhbhDNQ
η
θpi
122
cos 3
−=
η
βα PNQ −=
Constante geométrica da rosca
η
M
M
PKQ ∆=
ηη
βα MMT PKPNQQ ∆=−==
8) Matriz e Cabeçote
ηη
βα MMT PKPNQQ ∆=−==
9) Degasagem
- Alguns produtos plásticos liberam gases quando 
aquecidos
São equipados com um ou mais
orifícios (3/4 L) no cilindro a partir do 
qual os voláteis, por diferença de 
pressão ou vácuo podem ser 
extraídos.
� Os orifícios podem ser utilizados
também para a adição de 
componentes como aditivos, cargas, 
componentes reativos, etc
Componentes de uma extrusora
Z. Wei Polymer Extrusion 52
Extrusora com degasagem
Z. Wei Polymer Extrusion 53
Extrusora com degasagem
� Extrusoras com degasagem são usadas para
extrair voláteis de polímeros de uma maneira continua. 
São equipadas de um ou mais orifícios pelos quais os
voláteis podem escapar.
� Duas importantes condições para o polímero sob 
a saída de degasagem são “pressão zero” e o 
material estar completamente fundido.
� Aplicações:
Componentes de uma extrusora
1) Mancal
2) Cilindro
3) Motor e caixa 
de engrenagens
4) Funil e 
goela
5) Sistemas de 
aquecimento
6) Quebra 
fluxo
7) Rosca
8) Cabeçote 
e matriz