Lista Processamento Polimérico PD

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1- Em uma extrusora, a rosca é um dos componentes mais importantes. Homogeneização e plastificação são funções da rosca, que através do cisalhamento o material é aquecido (80% da energia térmica para a transformação do polímero) para atingir o estado plástico, permitindo ser conformado na matriz da extrusora. Se a plastificação fosse feita apenas pelas mantas elétricas presentes nas extrusoras o tempo de fabricação da peça seria alto.
2- A extrusora deve possuir:
Funil - Precisa ser adequado ou específico como a função de alimentar tipos diferentes de matéria-prima, podendo estar nas formas de grânulos, pós, péletes, aparas ou uma combinação delas.
Canhão e rosca – precisam ser compridos o suficiente a fim de gerar pressão, plastificação e transmissão de calor.
Restrição – logo após a rosca para de gerar pressão, essa restrição pode ser a própria matriz e/ou uma grelha com ou sem telas filtrantes.
Parafuso (rosca) – adequadamente projetado para exercer a função de compressão, cisalhamento e homogeneização do polímero.
Resfriamento – na zona de alimentação para que não haja aderência da resina na superfície da rosca nesta zona, pois isso causaria o impedimento do fluxo normal e causaria variação na vazão extrusora.
Matriz e grelha – proporcionam alteração adequada na queda de pressão ao longo da rosca e cabeçote (que é todo conjunto a frente da rosca). As condições adequadas de distribuição de pressão garantem boa mistura/plastificação do polímero que está sendo transportado, pois produzem adequado cisalhamento, com perfis de velocidade balanceados. Os efeitos do cisalhamento adquiridos dentro da rosca são eliminados com a presença da grelha, sendo que este cisalhamento embute movimento espiralado a massa fundida. Perfis extrudados sem a presença de grelha, podem apresentar distorção ou empenamento.
3- Misturadores melhoram a plastificação para altas vazões - alta rotação da rosca.
Misturadores de cavidade - constituído por uma seção da rosca e do barril contendo cavidades. A medida que o polímero fundido percorre através do misturador ele é cortado e reorientado, gerando uma boa capacidade de mistura. Suas desvantagens são: Não são capazes de bombear para frente, ou seja consome pressão, reduz a saída da extrusora, alem de aumentar a temperatura do polímero, um problema sério para polímeros termicamente sensíveis; Alto custo; Difícil instalação e limpeza
Misturadores de pinos - geralmente os pinos são circulares, no entanto, outras formas podem ser usadas, bem como: quadrado, retangular, e em forma de diamante. Os pinos atingem um moderado nível de corte e reorientação levando assim a uma melhora moderada da mistura. Suas desvantagens são: restringem o fluxo e assim reduzindo então a produção da extrusora. Quanto mais pinos, mais a saída vai para baixo. Os cantos dos pinos geralmente são regiões de estagnação, sendo isso, portanto, uma outra desvantagem dos pinos.
Misturadores de aletas - Esses misturadores têm corte e reorientação frequentes, produzindo uma ação de mistura eficaz. Existe capacidade de bombeamento para frente, por haver orientação para frente das aletas. Sendo assim, uma boa mistura pode ser combinada com elevada capacidade de saída. Sua desvantagem é que o misturador possui ranhuras circulares, impossibilitando a total limpeza na seção de mistura.
Misturadores de profundidade variada - A profundidade do canal do misturador é variada para se obter melhor mistura. A profundidade do canal varia periodicamente em cada canal, de tal maneira que quando um canal decresce em profundidade, os outros aumentam e vice-versa. Desvantagem que não há um forte mecanismo de corte de fluxo e orientação, sendo assim a capacidade de mistura moderada.
4- 	
Barril - Pode ser fabricado com diversos tipos de aços. O desgaste, a corrosão, e as pressões de trabalho deve-se levar em conta. As pressões dentro do canhão são bem elevadas, e para suportar essas pressões, sem que ocorra deflexão, o diâmetro externo de um barril de extrusoras dever ser de aproximadamente 2,0 vezes o diâmetro da rosca, e no caso das injetoras, esse valor precisa ser aproximadamente de 2,5. Os materiais mais comuns para fabricação de barris, são ligas tipo Nitraloy 135M, que são nitretadas com íons (sistema gás) para gerar uma fina camada protetora contra corrosão. A dureza de um canhão precisa ser da ordem de 55 a 72 Rockwell C e ter resistência a tração da ordem de 360 a 600 MPa. Ligas mais resistentes a abrasão são as do tipo Xaloy 800, constituídas de 25 % ou mais de partículas dispersas de carbeto de tungstênio. O Xaloy X-1001 ou equivalente é um material muito usado, é uma matriz martensítica de aço branco, contendo boro e cromo.
Roscas –. A roscas precisam ser constituídas de materiais capazes de suportar o torque durante o processamento, e para que isso ocorra, o módulo elástico não deve ser elevado, pois pode ocorrer fratura frágil da rosca sob tensionamento. Com isso, é preciso utilizar materiais menos duros como aço 8550, por exemplo, formando então um gradiente que possa atingir alguns milímetros de profundidade. Dentre os diversos tipos de tratamento superficial, podemos citar a nitretação, a carbonetação, a niquelação e a cromeação. Por imprimir um gradiente de dureza desejável, a nitretação pelo sistema a gás é muito utilizado. Já as roscas para PVC devem receber tratamento superficial de níquel, resistente ao HCl e Cl2, pois outros elementos são atacados ocorrendo então a perda da rosca. Outros materiais para a produção de roscas incluem os aços tipo AISI 4140 ou AISI 4340, sem tratamento superficial. São recomendados aços diferentes para PVC, como o tipo AISI 316, mais caros e menos resistentes que os tipos AISI 4140, porém muito mais resistentes a corrosão química do PVC.
5- 
Policloreto de vinila (PVC) 
PVC rígido – por apresentar limitações durante o processamento (temperatura, cisalhamento, etc.), roscas para injetá-las precisam ser destacadas das demais utilizadas para os termoplásticos. O formato geral da rosca deve ser parecido com o da rosca convencional, mas as dimensões de h e comprimento L são ligeiramente diferentes. Roscas destinadas a processar PVC rígido precisam ser tratadas contra corrosão provocada pelos subprodutos de degradação do mesmo. 
O PVC é um material que degrada muito quando submetido a temperaturas superiores a 210⁰C, ou até mesmo a temperaturas menores, se a estabilização térmica não for adequada. O PVC pode ser processado a fim de obter produtos rígidos (PVC rígido) e também produtos flexíveis (PVC plastificado). O estado de fusão dos cristalitos de PVC é acima dos 230⁰C, porém nunca se deve trabalhar nessa temperatura. O material apresenta alta viscosidade (quando não há adição de plastificantes ou lubrificantes), e com isso o cisalhamento possui grande efeito sobre o PVC rígido, pois a energia interna para superar o atrito interno é transformado em calor. Em função dessas propriedades é que a rosca para extrusão do PVC, mesmo plastificado, precisa ter um comprimento entre 18 e 25 diâmetros. Em geral, as roscas simples são do tipo “quadrada”, isto é, (passo = diâmetro). O PVC rígido pode ser processado como um composto seco oriundo diretamente do misturador intensivo para o funil da extrusora. Nesse caso, o composto não vai sofrer plastificação e homogeneização e por isso precisa ser totalmente plastificado (gelificado) em uma única passagem pela extrusora e assim gerar um produto final que possua propriedades adequadas. Assim, roscas para esse tipo de trabalho devem ter L/D ~ 25:1 e razão de compressão RC entre 1,8:1 a 2,2:1, no máximo, dependendo do diâmetro da rosca. E para compostos que são peletizados em uma extrusora/misturador, para depois entrarem na extrusora que produz o produto fina, a rosca dessa última pode ter L/D menor que 22:1. A profundidade do canal (h) deve ser constantemente decrescente até o final e também é indicado passo constante. Não é preciso uma zona de controle de vazão com a dimensão (h) constante e nem
muito rasa, pois não ocorrem flutuações no fluxo, devido à alta viscosidade do PVC. Já para o plastificado, com elevadas porcentagens de plastificante, e, portanto, viscosidade mais baixa, uma zona de vazão com dimensão h constante melhora a estabilidade da vazão. 
São usadas extrusoras com rosca dupla, pela maioria dos produtores de tubos de PVC rígido, sendo L/D, nesse caso, 15:1. Em cada um dos estágios da rosca dupla, projeta-se a dimensão da profundidade h do canal e largura b do passo, com o objetivo de atender os requisitos de mistura e compressão, sem que ocorra muito cisalhamento. É dada preferência para roscas com movimento do tipo contra-rotacionais para PVC rígido.
Polietileno (PE) - 
As propriedades do polietileno fundido de uso geral permitem sua fácil processabilidade, principalmente LDPE. Tanto o LDPE quanto o HDPE, apresentam estreita faixa de fusão. Como nestes polímeros predominam forças secundárias fracas, elas perduram após a fusão cristalina, mantendo uma elevada densidade de energia coesiva, sendo adequado processar o HDPE, somente em temperaturas por volta de 220⁰C (faixa entre 190⁰C e 310⁰C) e o LDPE em torno de 180⁰C (faixa entre 160⁰C e 250⁰C), onde a viscosidade permite boa processabilidade e conformação. Em função dessas propriedades s rosca para o PE precisa apresentar as seguintes variações dimensionais.
a) L/D entre 16:1 e 30:1, dependendo do peso molecular médio, e consequentemente, o índice de fluidez, que são dependentes do grau de ramificações, aditivos, etc.
b) Razão de compressão, RC, entre 3,0:1 e 4,5:1, sendo que para o PE de alto peso molecular, a RC tem que ser baixa;
c) Passo da rosca constante;
d) Profundidade h constantemente decrescente até a zona de controle de vazão, aonde se recomenda passo constante e raso para evitar flutuações na vazão.lara
Um PE muito processado é o LLDPE que apresenta difícil processabilidade (devida a alta viscosidade sob cisalhamento). A rosca para este deve ter L/D de 24:1, RC entre 2,4:1 e 3,0:1. Para uma rosca de D = 63 mm os valores das profundidades dos canais podem ser hi = 12,1 mm; hf = 4,8 mm e passo com ângulo de 27⁰30’ no ápice da rosca; espessura do filete da rosca o mais fino possível, por volta de 8% da dimensão do passo.
Poliestireno (PS) –
O PS cristal recebe esse nome por ser muito transparente, no entanto, esse poliestireno é amorfo. O PS fundido possui características como:
Não possuir ponto de fusão por ser amorfo, alto grau de pseudoplasticidade (n varia de 0,25 a 0,4), amolece facilmente com aplicação de baixos torques da rosca, possui calor específico no estado amolecido (200⁰C) duas vezes maior que na temperatura ambiente e possui baixo encolhimento com facilidade de ser orientado sob cisalhamento causando o seu acentuado comportamento pseudoplástico.
Assim, devido a essas características é fácil processar o PS empregando tipos simples de roscas. A rosca pode possuir L/D desde 12:1 até 24:1; RC na faixa de 4, 5:1 para processos sob baixa rotação, e em torno de 3, 0:1 para elevadas rotações. É aconselhável valores de h constantes na última zona, sendo indicados valores bem pequenos para PS de baixa viscosidade e valores de h normais (8 – 10% do D) para viscosidades altas do polímero no estado plástico ou amolecido. É recomendável que a primeira zona da rosca tenha de 8 a 10 passos, a segunda de 4 a 6 e a zona de controle de vazão de 4 a 6 passos.
Polipropileno (PP) - 
O PP no estado fundido tem propriedades semelhantes às do HDP, e por isso a rosca destes podem ser semelhantes. As roscas são constituídas por: zona de alimentação, primeira e segunda zona de compressão e zona de dosagem. Quanto maior o comprimento da rosca, maior vai ser a produção estimada. Com uma cristalinidade que varia entre 30% e 60%, o PP funde em torno de 165⁰C. O PP atáctico na temperatura ambiente tem aspecto de uma cera de carnaúba, é pegajoso e não tem aplicação convencional.
Poliamidas (Náilon) - 
O náilon de uso geral apresenta propriedades significantes como:
a) Polímero de média cristalinidade;
b) Temperatura de fusão elevada, por volta de 240⁰C;
c) Tem estreita faixa de fusão;
d) Oxida-se facilmente com a presença de ar quente;
e) Encolhe bastante por ser cristalino;
f) É sensível à umidade por possuir pontes de hidrogênio, sendo onde a água de liga estruturalmente.
g) Não pode ser processado úmido, devendo ser re-umedecido após processamento para readquirir propriedades mecânicas necessárias;
Devido a essas propriedades, o náilon precisa de roscas para extrusão com tais características: RC por volta de 3,0:1 a 4,5:1 dependendo da fluidez, cargas, fibras, ect.; L/D compreendido na faixa de 12:1 a 25:1 sendo o mais comumente usada com 18:1; a zona de compressão necessita ser o mais curta possível, podendo em alguns casos, ser utilizada, uma zona com 0,5 passo apenas, ou seja, o polímero é comprimido totalmente nessa zona, na mesma razão de compressão da rosca, e as outras zonas, possuem geralmente valores de h constantes. A última zona, deve ter principalmente, h constante e bem raso, na ordem de 5% de D, com o objetivo de evitar flutuações, tendo em vista a baixa viscosidade do náilon, já mencionado acima.
Polietileno teraftalo (PET) –
O PET é um material que se funde a 275⁰C liberando materiais voláteis durante o processo de extrusão, principalmente o PET reciclado, a rosca deste material pode ser constituída com degasagem. O PET é um pseudoplástico na faixa de velocidade de extrusão (n aproximadamente 0,5), e possui no estado fundido uma viscosidade muito baixa, sendo assim, indicado para esse material uma rosca com barreira e também com um cisalhador intensivo antes da zona de controle de vazão. A rosca para PET deve ser constituída por: zona de alimentação, com 5 passos; zona de compressão com 7 passos; zona de descompressão com 3 passos; zona de fusão, rosca com barreira, filete primário com 10 passos; zona de alto cisalhamento, onde pode ser usado um elemento de Maddock; zona de controle de vazão com 8 passos (dependente do perfil extrudado; e da necessidade de controle preciso da vazão, podem ser 4 passos). 
Para processar PET de forma convencional, as roscas geralmente possuem L/D = 24 e não precisam de degasagem. 
Bibliografia:
Manrich, S 2005, Processamento de Termoplásticos: Rosca Única, Extrusão & Matrizes, Injeção & Moldes, Artliber Editora, São Paulo.
Apostila sobre Extrusão (Processamento de Materiais Poliméricos)