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<p>Índice- TECNO. MODERNA DE EXTRUSÃO DE FILME TUBULAR PEBD/PEBDL/PEAD 1 Introdução - História Geral 1 Crescimento e Desenv. da Indústria de Extrusão dos Termoplásticos 4 Extrusão é um Processo Versátil 4 Desenvolvimento Histórico da Extrusora 8 Componentes da Extrusora 8 Sistema Redutor 9 Motor 9 Redutor de Velocidade 10 Rolamento 11 Sistema de Alimentação 12 Sistema Cilindro e Rosca 13 Rosca 13 Cilindro 15 Máquina de Moldagem c/ Cilindro de Plastificação c/ Degasagem 16 Sistema Matriz / Cabeçote 17 Cabeçote 17 Adaptador 17 Placa Quebra Fluxo 17 Filtragem do Fundido 18 Quando devemos Trocar as Telas 19 Trocadores de Telas 19 Matriz 20 Sistema de controle e Instrumentação 21 Controle de Temperatura 21 Pressão no Cabeçote 23 Corrente do Motor 24 Zonas Funcionais da Extrusão 25 Transporte do Sólido 25 Região de gravidade Induzida 25 Conceitos Básicos do Processo de Extrusão de Filmes Tubulares 26 Efeito do Processamento sobre as Propriedades das Resinas e Prod. Finais 27 1</p><p>Geometria da Bolha e formato do Balão 27 Achatamento do Balão 33 Enrugamento do Filme 34 Por Causa Genérica 34 Por causa da diferença da Rota 35 Do Rolo Puxador até a Bobinadeira 38 Espessura do Filme 39 Razão de Estiramento 40 Filme Soprado: Um estudo de caso 45 Linha de Neve 48 Altura da Linha de Neve 49 Temperatura da massa Fundida 50 Contrapressão 50 Dimensionamento do Anel de Resfriamento 51 Velocidade de puxamento 51 Razões Características da Bolha 52 Aparência do Filme 55 Check-List de Prevenção 57 Resina Aditivos e Materiais Reciclados 57 Motores da Extrusora 57 Resistências e Controles da Extrusora 57 Giratório, Matriz e anel de Ar 58 Torre e Linha 58 Ferramentas e ajustes 59 Para o operador 59 Defeitos nas Bobinas 60 Defeitos nos Filmes e Bobinas 61 Bloqueio 62 Tendências ao Rasgo 62 Problemas de Impressão - Tratamento 62 Variações na Espessura 65 Variações de Espessura DM 65 Pulsação da Extrusora 65 Pulsação Cíclica 66 2</p><p>Faixas de Espessura DT 67 Rotação da Matriz 67 Bubble sag 68 Algumas outras Causas de Faixas de Espessura incluem: 72 Preservando e melhorando a produção de Filmes 73 O que é uma Produção Satisfatória? 74 Parada Repentina da Máquina 75 Melhorando a Produção 76 Roscas para Separação do Fundido 76 Modificações da Torre 77 Diminuindo o Refugo 77 Cabeçote, Matriz e Anel de Ar - Acerto da Matriz e do Anel de Ar 77 Regulagem da Matriz e do anel de Ar 78 Procedimento p/ ajuste de uma Máquina de Corte e Solda em Linha 80 Procedimentos p/ ajuste do dispositivo p/ Tratamento por Descarga Corona 80 Procedimentos para troca de Telas 80 Resfriamento do Balão 81 Resfriamento na Bolha 81 Fatores que afetam a Pressão Estática 82 Resfriar a Bolha e estabilizar-la Aerodinamicamente 83 Como partir Corretamente a Extrusora 83 O Melhor Modo de partir uma Extrusora é por uma boa Parada 84 O maior problema em um equipamento parado é a Oxidação 84 Antes de reiniciar a Produção, Pré-Aqueça a Extrusora 84 Programe sua Produção iniciando pelos Filmes mais Grossos 84 Conheça as propriedades dos Polímeros e suas Aplicações 84 Procedimento para dar partida na Extrusora 85 Aquecimento da Extrusora 85 Preparação para começar o Trabalho 85 Início da Extrusão 85 Procedimento para Formar a Bolha 86 Como ajustar a Largura do Filme 86 Como ajustar a espessura do Filme 86 Cuidados nas Paradas e seus Resultados 87 3</p><p>Procedimento para parar a Extrusão 87 Parada por Período curto (menos de 15 minutos) 87 Paradas Intermediárias (15 a 30 minutos) 88 Parada por Períodos Prolongados (fim de semana ou Manutenção maior) 88 Como se Limpar a Extrusora? 88 Procedimento para Limpeza do Bocal da Matriz 88 Procedimento para Esvaziar o Cilindro (purga) 89 Soluções de Problemas 89 Linha da Matriz na Película 89 Riscos no Filme 89 Enrolamento 90 Configuração Irregular da Bobina 90 Defeitos Comuns e suas Causas 90 Excesso de Gel e Olho de Peixe 90 Bloqueio do Filme 91 Filme com pouca Claridade 91 Baixa Resistência Mecânica do Filme 91 Análises de Possíveis Defeitos Encontrados na Extrusão de Filmes Tubulares 91 Efeitos Físicos e Causas 93 Tratamento Superficial de Filmes 94 Tratamento Corona 102 Aplicações do Tratamento Corona 108 Características Operacionais do Tratamento Corona 117 SQC Densidade - Watt e teste Corona 126 Tratamento Superficial de Filmes Flexíveis por Plasma 130 Ar e água garantem eficiência no resfriamento de filmes tubulares 134 Bibliografia 138 Filmes PEAD - Problemas e Soluções 139 Fórmulas de Cálculo para Filmes e Sacos 144 Informações Básicas sobre Tratamento Corona 147 Filmes - PEBD e PEBDL - Problemas e Soluções 155 4</p><p>TECNOLOGIA MODERNA DE EXTRUSÃO DE FILME TUBULAR PEBD/PEBDL/PEAD O objetivo desta literatura técnica é descrever o processo de extrusão de filmes tubulares, discutirem os defeitos específicos que podem ocorrer, sugerir as prováveis causas e possíveis soluções. Entretanto, é oportuna uma revisão do processo da extrusão de filme tubular. Um operador pode tornar-se tão familiarizado com uma determinada linha de extrusão de filmes, que os problemas ocorridos são resolvidos intuitivamente, porém, no treinamento de novo pessoal ou no início de uma nova linha, podem ocorrer dificuldades. Alguns inerentes e meio esquecidos, "macetes" do processo (e existem muitos), podem não ter nenhuma consequência sob condições familiares, porém podem tornar-se a causa de defeitos desconhecidos, quando as condições são alteradas para acomodar um novo produto ou requisitos de processamento. A revisão do processo de extrusão de filme tubular ajudará você a lidar com estes problemas. Extrusão de filme o processo mais sofisticado e fascinante de transformação de plástico. Não sabemos por que ainda é muito pouco Vamos aprender um pouco mais. INTRODUÇÃO 1 HISTÓRIA GERAL Vendo a extrusão como um processo de manufatura para materiais estruturais, pode-se considerar que se originou no final do séc. XVIII, seu potencial completo passou a ser apreciado somente nos últimos 70 anos. Começando com o Inglês Joseph Bramah, que parece ter sido o inventor da primeira máquina de extrusão, o uso do processo durante a primeira metade do séc. XIX, parece ter se limitado a somente a produção de tubos de chumbo. uso da extrusão, de uma forma ou outra, na manufatura de espaguete, macarrões e outros alimentos, e nas indústrias de cerâmica e a manufatura de ladrilhos, provavelmente é uma arte muito antiga, porém a história destas técnicas é muito vaga. 1</p><p>O seguinte passo desta indústria começou por volta dos anos 1845-1850, quando os processos de extrusão começaram a ser usados na Inglaterra e na Alemanha para aplicar isolamento de borracha a condutores de cobre. O primeiro cabo submarino Submergido entre Dover (Inglaterra) e Calais (França) foi construído com êxito por volta de 1851. Nos USA, o primeiro uso da extrusão de arame isolado, parece dever-se a A.G. De Wolf, quem começou a trabalhar com a extrusora para este propósito em 1858, quando trabalhava para a A.G. Day Co. de Seymor, Conn. Durante os seguintes 25 anos, o processo cresceu rapidamente em importância, e as prensas operadas mecanicamente, de pronto substituíram os manuais que haviam sido usadas anteriormente. Muitos quilômetros de arames e cabos isolados foram produzidos, e assim se estabelecia firmemente o processo de extrusão para manufatura de cabos. As extrusoras usadas naquela época, das quais se desenrolou a indústria da extrusão até a sua forma atual, foram todas do tipo de pistão, operadas manualmente, mecanicamente ou hidraulicamente, neste processo a borrachas quente é pressionada por um pistão dentro de uma matriz em forma de cajá, através de qual se guiava o condutor de cobre. A borracha se extruia desde o orifício da matriz, e nesta forma cobria o condutor com uma capa isolante. Essas máquinas tinham uma desvantagem obvia; sua operação não era continua tendo que parar a intervalos regulares para resfriar ou trocar o cilindro. Foram inseridos vários avanços visando eliminar esta limitação, resultando finalmente na adoção do princípio de extrusão com rosca (parafuso sem fim). Não se deve supor que devido a isto, a extrusão com pistão foi abandonada. Tais máquinas foram usadas intensamente e ainda são para processos que requerem pressões extremamente altas ou quando os materiais que serão extraídos não são adequados para se manejar com roscas (parafuso sem fim). Por exemplo, os materiais que se extraem em máquinas de pistão, assim como na cerâmica, o grafite, as ceras, refratários para eletrodos de soldagem e muitos outros produtos. Também devem recordar que um grande número das máquinas atuais de moldagem por injeção (injetoras), usa extrusoras de pistão como membros da injeção. A primeira patente de uma máquina de extrusão empregando um parafuso de Arquimedes foi apresentada por Gray em 1879, e Royle nos USA, também desenvolveu uma máquina de parafuso com as mesmas características. Shaw, na Inglaterra, produziu e vendeu máquinas de parafuso no ano de 1881 e Iddon, três anos mais tarde, projetou um sistema de dupla rosca, seguido dois anos depois por uma máquina de rosca (parafuso sem fim). Com uma cabeça em angulo reto, do mesmo fabricante. Na Alemanha, é igualmente bem conhecido fabricantes de equipamento plásticos e borracha. Paul Troester havia produzido e entregado mais de 500 destas máquinas. Em relação com estas primeiras extrusoras de parafuso, é interessante notar que em 1872, acreditou-se que a máquina inventada por A.G. De Wolfe, mencionada anteriormente, tinha uma velocidade de produção de recobrimento de cabos de uma milha (1,6 km) por hora. Vendo que o tamanho do cabo ao que se refere não é conhecido, notam-se destes que o sistema usado pelo inventor, era rápido e contínuo, portanto, provavelmente operado com rosca. Infelizmente não se conta com informações disponíveis, então o crédito da produção da máquina de parafuso, deve ser de A.G. De Wolfe. Ainda mais da borracha, o primeiro termoplástico verdadeiro no significado atual geralmente aceito da palavra, também se processava por extrusão: nitrato de celulose. Este material parece ter sido extraído pela vez entre os anos de 1875 a 1880, usando o processo úmido o processo frio amolecido com solvente, em uma prensa de pistão muito semelhante à operação que se usa hoje em dia. O nitrato de celulose foi o único material plástico que pode ser extrusado, disponível em quantidades comerciais, até os primeiros dias da guerra mundial, quando a caseína, um plástico proteínico derivado do leite, havia tomado uma grande importância industrial e foi extruido em barras e tubos para serem maquinados posteriormente. 2</p><p>A British Xilonite Company and Erinoid Ltda foram das primeiras firmas que usaram este método no Reino Unido. Nesta forma, por volta de 1845 à descoberta de novos polímeros sintéticos e a fundação da indústria atual dos plásticos, o processo de extrusão estava reduzido ao manejo da borracha, óleo, nitrato de celulose e caseína. Começaram, durante os anos 1920-1930, muitas resinas termoplásticas estavam sendo descobertas e examinadas desde o ponto de vista da extrusão. Portanto os 10 anos que começaram por volta de 1925, foi o princípio de um grande número de trocas importantes na indústria de extrusão. A extrusão em pequena escala do acetato de celulose, pelo processo frio amolecido com solvente igual ao método usado para o nitrato de celulose Foi atraindo a atenção de firmas tais como British Xilonite Company and Erinoid Ltda. No Reino Unido, quando a manufatura de produtos similares ao óleo flexível a partir de resinas de cloreto de polivinila (PVC), amolecidas com plastificantes Mipolam estava sendo investigada na Alemanha. Durante este mesmo período, e também na Alemanha estava-se experimentando uma nova resina poliestireno, devido as suas excelentes propriedades elétricas, e estavam fabricando tubos rígidos de resinas vinílicas não amolecidas, em uma escala experimental. É interessante notar que, não foram produzidos artigos de resina de PVC rígido sem plastificante até 1935, desde 1930, produziram satisfatoriamente artigos fabricados de polímero de cloreto de vinila e éster acrílico mesclados sem plastificantes Troluloid mais tarde Astralon. Durante a última parte deste período de 10 anos, a extrusão quente e seco do acetato de celulose, se converteu em uma possibilidade comercial. Até esta data, as extrusoras tanto para trabalho experimental como para produção, foram operadas tanto com pistão como com parafuso, com pouca diferença das primeiras máquinas, desenhadas para borracha e óleo, e patenteadas por Gray em 1879. O meio de aquecimento destas máquinas, invariavelmente era vapor, o qual teria limitações quando usado com os novos polímeros, e os parafusos eram demasiadamente curtos para permitir um aquecimento adequado. Desenharam ajustes na alimentação para o manuseio de tiras quentes de material, mas eram tão pouco convenientes para os novos materiais. Aí surgiram as primeiras extrusoras para óleo. A história do desenvolver de máquinas para extrusão de plásticos, também é algo vago. A capa de mistério que rodeia estes primeiros eventos é o resultado do segredo que rodeia parte do início da indústria da extrusão. Os operadores juravam manter o segredo e não permitiam visitantes. Sabe-se também que muitos fabricantes, por razões de competência desenharam e construíram seu próprio equipamento o qual raramente era patenteado. Uma das primeiras extrusoras de parafuso, disponível comercialmente, a qual havia sido especialmente desenhada para termoplásticos, parece que se deve também a Paul Troester, quem estava oferecendo dita máquina desde 1935 ou por essas datas. Ao mesmo tempo, Horst Heidrich de Berlim, produziu sua primeira extrusora para materiais plásticos, e uns anos depois, 1937-38, Francis Shaw na Inglaterra, também produziram uma máquina semelhante. Estas novas máquinas estavam equipadas com parafusos mais largos e estavam sendo aquecidas por óleo como meio de transferência, ou diretamente por meio de resistências elétricas. Em alguns casos estavam previstas para trabalhar com material frio ou morno. Em 1939, Paul Troester avançou mais um passo no desenvolvimento, oferecendo uma máquina equipada com aquecimento elétrico direto, esfriamento com ar, controle automático de temperatura, usando gabinete separado de controle, transmissão de velocidade variável usando engrenagens PIV, funda de barril endurecida ao nitrogênio e um parafuso com uma relação L/D de 10:1. Esta máquina pode ser considerada como verdadeira precursora das extrusoras atuais de um só parafuso. A década de 1930 é de particular interesse, porque se acredita que durante este período que o princípio do parafuso duplo estava sendo adaptado para a extrusão de termoplásticos por Roberto Colombo e Carlos Pasquetti na Itália, para converter-se nos precursores desta importante ramo atual da indústria de extrusão. 3</p><p>A partir destes inícios, o desenvolvimento das máquinas atuais teve lugar nas etapas lógicas e mais ou menos ordenadas. O desenvolvimento de novos polímeros e o melhoramento dos existentes vem sendo seguido em cada passo por um interesse crescente e suas possibilidades de extrusão. Isto requer um contínuo aumento no grau de perfeição da engenharia da construção das máquinas, e um maior conhecimento de seus princípios de operação. Similarmente, o aumento da competência na produção e venda de produtos extruidos. Acontece que os projetistas de extrusoras tratem de aumentar a velocidade de produção de seu equipamento, quando as firmas de extrusão vêm sendo impelidas a produzir uma categoria mais ampla de produtos de alta qualidade a custo menor. 2- CRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO DA INDÚSTRIA DE EXTRUSÃO DOS TERMOPLÁSTICOS De uma maneira geral, a indústria de extrusão dos termoplásticos, que pode considerar dividida em dois grandes grupos, a saber: os fabricantes de cabos e as firmas especializadas em extrusão. O primeiro grupo os fabricantes de cabo tem estado operando extrusoras na Europa, desde 1850, ou antes, comparativamente falando não foi assim até os últimos anos, que os fabricantes de cabos adotaram de uma forma considerável. Por outra parte, as firmas especialistas em extrusão, encontraram naturalmente novos materiais, e estão crescendo com a atual disponibilidade e tipos de novas resinas extrusáveis, e com o desenvolvimento de novas aplicações para elas. 3- EXTRUSÃO É UM PROCESSO VERSÁTIL Os produtos extrudados são caracterizados pelo grande comprimento, comparado com a sua secção transversal, e pela facilidade com que são fabricados continuamente. A sequência básica do processamento de um termoplástico é a seguinte: a) Plastificação da matéria-prima, (geralmente em forma granular, contendo ou não outros ingredientes através de calor e cisalhamento). b) Vazão controlada do produto fundido através de uma matriz que o molda na forma desejada. c) Solidificação do produto com tamanho e forma final. d) Bobinagem e/ou cortes finais. O processo de extrusão baseia-se fundamentalmente em um "parafuso de Arquimedes" (rosca plastificadora) que gira dentro de um cilindro aquecido (canhão), em relação ao qual mantém uma folga muito pequena. Este processo é comum a vários segmentos da terceira geração petroquímica, como: Extrusão de Filmes Extrusão de tubos Extrusão de filmes Extrusão de perfis Extrusão de ráfia Revestimento por extrusão Extrusão de monofilamentos Moldagem por sopro Extrusão de chapas Moldagem por injeção Extrusão de laminas Construção de fios e cabos Até a matriz ou este processo é semelhante a todos os tipos de transformação mencionados. A matriz é que dá forma, ou molda o termoplástico fundido no produto que se pretende obter. 4</p><p>Extrusão é um processo de transformação de termoplástico extremamente versátil, utiliza um equipamento denominado extrusora que é constituído de um cilindro aquecido dentro do qual gira uma rosca. Este conjunto plastifica a resina. Canhão e Rosca Medidor da Temperatura do Termopar material em fusão Alimentação Compressão Dosagem Camisa de resfriamento da Alimentação Placa perfurada Os grânulos do material termoplástico são alimentados através de um funil na extremidade da máquina e levados adiante, ao longo do cilindro, pela ação de rotação da rosca. À medida que os grânulos percorrem a distância entre a Fundido alimentação e a matriz, vai sendo gradualmente fundidos, devido ao contato com as paredes aquecidas do cilindro e a geração de calor pelo atrito (cisalhamento). A ação final da rosca é forçar o plástico fundido através de uma matriz, que determine de maneira aproximada a forma final do produto. O diâmetro externo da rosca é igual ao diâmetro interno do Material Fundido Leito Sólido cilindro (com uma folga de aproximadamente 1mm). Um sistema de aquecimento, geralmente por resistências elétricas e resfriamento por ar, composto, geralmente de quatro ou mais termopares instalados no corpo do cilindro, informa a temperatura do processo. A rosca é acionada por um conjunto motor caixa de redução. A resina já totalmente plastificada é forçada a passar por uma placa perfurada que sustenta um jogo de telas, cuja finalidade é filtrar os eventuais contaminantes da massa fundida e criar uma contrapressão no fluxo que se dirige à matriz. O dimensionamento do equipamento é padronizado pelo diâmetro interno do cilindro e varia, normalmente, por: Esquema de uma Rosca com Misturador Diâmetro da rosca Tipo de resina a ser processada Desenho da matriz Potência do motor Pinos de mistura 5</p><p>Figura 1 Extrusora Básica para Filmes 1. Dosador Gravimétrico 2. Motor Principal 3. Cilindro e Rosca 12 4. Cilindro Ranhurado 11 5. Troca Telas 6. Cabeçote 7. IBC 8. Anel de Ar 9. Calibrador de Largura 10. Medidor de Espessura 11. Saia 12. Dispositivo para medir e regular o ângulo 13. Regulagem e Centragem do Filme 14. Tratamento Corona 15. Rebobinador 10 16. Controle Central 1 6 2 4 3 8 5 6 7 9 15 Uma linha moderna de extrusão de filme da WINDMOLLER & HOLSCHER A história do desenvolvimento de filmes plásticos envolveu décadas de esforço no aprimoramento de máquinas e resinas. Tudo começou com o uso de celulose regenerada, e o grande impulso foi dado com a descoberta do polietileno e do processo de extrusão. O primeiro filme foi obtido a partir de um derivado de celulose (1), pelo processo de "solvente coating" do nitro celulose, desenvolvido em 1885, sendo flexível e transparente para o uso em fotografia. Em 1911, Brandenberg tentou desenvolver uma toalha que se limpa com facilidade fazendo uma aplicação de filme de alta viscosidade sobre o tecido. O produto fracassou, mas Brandenberg criou um equipamento para produzir filmes contínuos O produto foi nomeado "celofane" sendo: "Celo" celulose e a palavra francesa "diafane" que significa transparente. A aplicação comercial do celofane foi para embalar presentes finos, como perfumes. Em 1927 a Dupont Desenvolveu um filme de celofane com baixa permeabilidade ao vapor d'água e selado quente. O filme de celofane é usado até hoje para envolver "cupim", carne de churrasco, para assar por inteiro a peça. Na Europa é apreciado como visto na foto acima, por ser uma embalagem 100% biodegradável. E nós brasileiros, pagaríamos mais caro pelo celofane por ele ser biodegradável? 6</p><p>Até 1950, o celofane reinou absoluto no ramo de filme, só encontrou um concorrente com o desenvolvimento do PEBD. (ver tabela 1). Durante a 2° grande guerra mundial o exército americano solicitou às empresas que desenvolvessem um filme plástico que fosse impermeável a água, preservando assim as armas da oxidação e para transportar roupas dos soldados de um lugar para outro, mantendo-as secas. A foto acima mostra aplicações atuais do filme de celofane na Europa. Outra necessidade era a proteção das armas da ação da poeira do deserto que ocasionavam o engripamento das mesmas, sendo que, após cada deslocamento fazia-se necessário a desmontagem e a lubrificação. Os filmes de PEBD também eram usados em radares (frequentemente plastificado com polyisobutileno). Foi ofertado pelo governo Americano um premio de US$ 10.000,00 para quem apresentasse uma alternativa para esses problemas, foi aí que nasceu o filme de polietileno de baixa densidade. Tabela Estimativa de Vendas de Filmes Plásticos para Embalagens (mm lbs) nos USA. 1958 1962 1967 Celofane 415 410 385 PEBD 183 380 775 PP 15 50 PS 1 7 12 PRC 110 19 70 Estimativa da MODERN PACKAGING ENCYCLOPEDIA 1960 ~ 1967 Estes filmes (35mil de espessura eram produzidos pela empresa VISKING CORPORATION, a qual já produzia filmes de celulose e desenvolveu, por solicitação do governo americano, um filme impermeável). Após centenas de tentativas chegou-se ao 7</p><p>Na Europa, os filmes de Polietilenos, eram usados durante a guerra para embalar drogas anti- malária para as tropas do OESTE. Este filme era produzido por calandragem. Outra aplicação foi como balão metereológico. Com o final da guerra as empresas tiveram que buscar mercados alternativos para os filmes, vindo a alavancar o consumo diversificando as aplicações, sendo o de toalhas e embalagens para manteiga os mais usados por fazendeiros. 4 DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA EXTRUSORA As extrusoras eram usadas desde 1845 (3) para recobrir, fios e cabos; era uma máquina de bombeamento sem aquecimento nem resfriamento. uso para termoplásticos data de 1936 a 1940, em 1941 a empresa americana BAKELITE Co., construiu uma extrusora para PVC com aquecimento a óleo e L/D 15:1. Comprimento da rosca desta extrusora era 15x maior que o seu diâmetro. As grandes inovações vieram nos anos 50 com a evolução do uso de filmes PEBD.As primeiras matrizes eram tipo "SPIDER", e em 1955 a DAVIS STANDARD criou o cabeçote espiral. Em 1956 originou-se a matriz rotatória pela VISKING Em 1950 anel resfriado Em 1960 anel duplo lábio Em 1950 filme impresso (pouca aderência) Desenvolveu-se o 1° Tratamento foi chama Desenvolveu-se o 2° Tratamento foi corona 5 COMPONENTES DA EXTRUSORA O propósito da extrusora é alimentar a matriz com material homogêneo a pressão e temperatura constante. Esta definição enfatiza três responsabilidades primarias que a extrusora deve desempenhar quando fornecer material fundido, para a matriz de conformação. (1°) Ela deve homogeneizar, ou misturar satisfatoriamente o material. (2°) O material que entra na matriz deve ter variação de temperatura mínima, respeitando o tempo e a posição em que o fundido flui. (3°) A variação da pressão do fundido deve ser mínima com o tempo. É importante que o projeto e a operação de um sistema de extrusão considerem todos os três objetivos citados anteriormente para produzir um produto de Extrusoras são geralmente referenciadas pelo diâmetro da rosca. As extrusoras típicas variam de tamanho (50 a 150 mm de podendo alcançar valores superiores. A produção é determinada pelo diâmetro da rosca e medida em Kg/h. A relação entre produção e diâmetro da rosca é cúbica, depende do volume interno da extrusora e do polímero a ser extrusado. Com um determinado polímero, uma extrusora com rosca de 2 polegadas (50,8 mm) pode ter uma produção máxima de 100 (45,36 kg/hr), já uma extrusora com rosca de 4 polegadas (101,6 mm) terá uma produção máxima de 800 (362,88 kg/hr). Observa-se que dobrando o diâmetro da rosca de 2 para 4 polegadas a produção pulou de 100 para 800 como já afirmado a variação de produção é cúbica em relação ao diâmetro da rosca. Entretanto, os requisitos do sistema tais como: material a ser manuseado; tamanho do motor; Capacidades de resfriamento; "Floor Space". 8</p><p>Crescem rapidamente com o incremento no tamanho da rosca. EXTRUSORA RAZÃO PRODUÇÃO PRODUÇÃO RAZÃO (lb/h) (kg/h) Diâmetro Rosca 25,4 mm 2 100 45 8 Diâmetro Rosca 50,8 mm 800 363 Obs.: 1 libra = 455,36 g 5.1 - COMPONENTES DA EXTRUSORA QUE PODEM SER DIVIDIDOS EM 5 SISTEMAS: Fund 1- Sistema de Engrenagens Redutor: Cilindro Rosca Matriz 2 - Sistema de Alimentação; Redutor 3 Sistema de Rosca e Cilindro; 4 - Sistema de Cabeçote e Matriz; motor Sistema 5 - Sistema de Instrumentação e Aquecimento Base da Extrusora Controle (painel). 5.1.1 SISTEMA REDUTOR O sistema redutor fornece a energia mecânica para rosca rotacionar o material polimérico. Transforma a velocidade do motor em energia mecânica. Esse sistema consiste de um motor, um redutor de velocidade e um rolamento. 5.1.1.1 MOTOR motor é a fonte de potencia para girar a rosca. E tende a ser relativamente grande devido o alto consumo de potencia pela rosca para girar com o polímero. Três fontes de potencias são consumidas: (1) Geração de calor friccional via fusão dos sólidos. (2) Transporte do plástico fundido com alta viscosidade ao longo do cilindro. (3) Bombeamento do polímero do plástico fundido com alta viscosidade através da restrição da matriz. Uma regra básica para dimensionar o tamanho do motor é: POTÊNCIA DO MOTOR (HP) PRODUÇÃO (lb/hr) 5 Os motores das extrusoras são geralmente elétricos mais alguns sistemas utilizam motores hidráulicos. Motores elétricos podem ser do tipo corrente continua CC ou corrente alternada CA. 9</p><p>Tradicionalmente os motores de corrente contínua com regulagem da velocidade pelo controle da voltagem, tem sido mais populares. Porque eles provem a potência necessária a um baixo custo. Entretanto, avanços recentes no controle da frequência - técnica usada para regular a velocidade nos motores de corrente alternada tem levado este tipo de motor a tornar-se mais amplamente utilizado. Os motores de corrente contínua apresentam manutenção mais dificil e os profissionais que executam esse tipo de serviço são mais raros. Motor de corrente alternada Motor de corrente contínua Motores elétricos operam mais eficientemente em alta velocidade rotacional, uma velocidade máxima típica para o motor de uma extrusora é 2.000 RPM. Entretanto, uma velocidade tão alta resultará em um cisalhamento excessivo gerando muito calor devido ao atrito levando o polímero a degradação. 5.1.1.2 REDUTOR DE VELOCIDADE Porém, a alta velocidade do motor é reduzida com o uso de engrenagens levando a uma redução na velocidade da rosca, com o uso de redutor de velocidade, também conhecido como caixa de engrenagem. As fotos acima mostram o esquema de um redutor aberto Usualmente redutores tem taxa de redução na faixa de 10: 1 a 20: 1, resultando em uma velocidade máxima da rosca de 100 a 200 RPM. Além disso, a redução da velocidade, o redutor gera uma vantagem adicional de crescimento do torque. Isto será análogo à força proporcionada de uma alavanca. Por causa do alto consumo de potencia dos materiais poliméricos, necessita de alto torque para manter a velocidade da rosca. Muitos sistemas de redução são projetados para conservar a velocidade da rosca constante até mesmo se o torque requerido mudar. Decorrente da mudança na viscosidade do material. 10</p><p>FORMAS DE CONEXÃO DE MOTOR AO SISTEMA O eixo de entrada do motor pode ser conectado direta ou indiretamente ao redutor. Quando ele é acoplado diretamente através das engrenagens o sistema é chamado de acoplamento direto ou acoplamento seco. Direto O sistema de acoplamento indireto utiliza Sistema de Acoplamento Direto correias e polias para conectar o motor ao redutor de velocidade. Cada sistema tem suas vantagens e desvantagens. Correia O sistema de acoplamento direto tem melhor Polia Motor controle de velocidade e maior eficiência, mas pode ser mais caro, e consumirá mais tempo caso necessite de reparo. Sistema de Acoplamento Indireto O sistema de acoplamento indireto permite uma maior flexibilidade na localização do motor e é mais fácil de reparar se ocorrer algum problema, ou simplesmente substituir a correia. 5.1.1.3 ROLAMENTO A saída da caixa de engrenagens é Engrenagem conectada diretamente na haste da Engrenagem rosca da extrusora. Um rolamento é localizado nessa junção (Fig. 2.3) o rolamento absorve o empuxo da rosca Haste da rosca gerado pela pressão do polímero no Rosca final da rosca. Sem um rolamento seria muito dificil para a rosca girar porque altas forças Rolamento friccionais seriam geradas pelo Linha de empuxo da rosca no redutor, isto seria Flutuação similar a uma roda girando com dezenas de milhares de libras de força Figura 2.3 Sistema de engrenagens e visto do aplicada no centro. rolamento de absorção do empuxo provocado pela rosca O rolamento guia a rosca para girar livremente e reduzir as forças fricciona na haste que é gerada pela pressão no topo da rosca para calcular a carga de empuxo (contrapressão), multiplica-se a pressão na cabeça pela área do topo da rosca. Pressão de operação típica para extrusoras estão na faixa de 1.000 a 5.000 psi (70 350 bar), a carga de empuxo será (5.000) = 62,832 lb. A mudança de um rolamento é um grande empreendimento (muito trabalho). Porque o cilindro deve ser removido o que pode levar muitas horas. Se você não tiver um rolamento sobressalente quando o velho falhar, você poderá ter dificuldade em encontrar outro rapidamente. Sempre mantenha os rolamentos bem lubrificados e quando for comprar uma extrusora usada procure saber a vida útil do rolamento. 11</p><p>5.1.2 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO sistema de alimentação deve conduzir o material sólido para dentro da extrusora. Os principais componentes deste sistema são: Funil de Alimentação e Base de Recepção do Material no Cilindro. A alimentação pode ser manual ou forçada (automática) com uso de equipamentos de vácuo que transportam o polímero dos silos ou big bag até o funil de alimentação. funil direciona os materiais para o interior da rosca. Algumas vezes um secador é integrado ao funil. O formato do funil deve ser projetado para prevenir pontos de estagnação de material que impeçam o fluxo para dentro da extrusora. Idealmente, todos os sólidos movem-se uniformemente para baixo em massa fluindo em uma mesma velocidade, não misturando. Base do funil quadrada Base do funil circular Funil retangular Funil Circular (menos indicado) (mais indicado) A base do cilindro onde é fixado o funil pode ser circular ou quadrada, entretanto, melhor alimentação tem sido conseguida quando a abertura é alongada na direção do cilindro com dimensões de 1,5 X diâmetro da rosca por 0,7 X diâmetro da rosca. O projeto deverá considerar a natureza do produto a ser embalado "pó ou pellet", pois os pellets são fáceis de alimentar, já os pós exigem projetos especiais e ângulos de cone menor. Em geral o funil deverá ser de preferência, circular com bem polida na forma de cone. (ver figura acima), por simplicidade muitos fornecedores de extrusoras fabricam funis retangulares o que deve ser questionado. Refrigeração da Base da Rosca de Alimentação Este procedimento auxilia a saída de gases que retornam pelos espaços entre rosca e cilindro e saem pelo funil. A refrigeração é composta de um sistema fixado sobre a base do cilindro com circulação de água da torre ou gelada para refrigeração dos sólidos os quais alimentam a extrusora e impedem que os grãos grudem na rosca, bloqueando o transporte dos S mesmos sobre a Quando os sólidos grudam na rosca na zona de alimentação e impedem o deslocamento do plástico nos canais da rosca, o que devemos fazer? Tentar usar uma barra de plástico ou madeira para forçar o material socando o mesmo com tiras de material não fundido. Caso não consiga remover. Sacar a rosca e Quando os blocos são removidos devemos buscar a causa do problema que pode ser: parada excessiva, falha de alimentação ou excesso de temperatura, para evitar a ocorrência novamente deste problema. Em alguns casos base do cilindro na zona de alimentação possuem ranhuras que promovem uma maior taxa de alimentação. Neste caso devemos aprimorar a refrigeração nesta zona, para evitar que o polímero ainda sólido, amoleça e grude, bloqueando a alimentação. 12</p><p>5.1.3 - SISTEMA CILINDRO E ROSCA O sistema cilindro/rosca tem sido chamado de "coração" da operação. Não somente porque promove a fusão dos sólidos e bombeia o polímero através da matriz, ele também prepara o fundido para ser homogeneizado mantendo a temperatura e pressão constante. Qualquer desvio em composição ou flutuações em temperatura ou pressão levará as variações no produto final. Cilindro Rosca 5.1.3.1 ROSCA A rosca é um parafuso sem fim, também chamado de parafuso arquimediano em homenagem a Arquimedes seu inventor. plástico flui entre os filetes (canal). Existem muitos tipos diferentes de roscas, mas a maioria delas tem três seções primárias: Zona de Alimentação Zona de Compressão Zona de Mistura/Homogeneização A profundidade do canal é uma variável importante para compressão do material e geralmente maior na alimentação e vai reduzindo na zona de compressão até atingir a zona de homogeneização a qual é mais rasa. O quanto o material é comprimido é calculado pela taxa de compressão: Taxa de Compressão = Profundidade do Canal na Zona de Alimentação Profundidade do Canal na Zona de Mistura Razão de Compressão = h2 h1 D DOSAGEM COMPRESSÃO ALIMENTAÇÃO 13</p><p>Valores típicos de taxa de compressão estão na faixa de: 2:1 para 4:1, dependendo do tipo de polímero e da densidade bulk do plástico alimentado. Outra característica importante da geometria da rosca é a relação L/D. Razão L/D = Comprimento da Rosca Diâmetro da Rosca Valores típicos de L/D são: 18:1 a 32:1, com 24:1 sendo a mais comum. Razão L/D é baseada no número de funções que uma rosca desempenha. Por exemplo: 24:1 é normal para 3 funções Standard: Transportar os pellets, fundir e bombear (gerando pressão para alimentar a matriz). Profundidade (Aleta) Estria da do canal Espira Passo Canal Espira Zona Zona de Zona de Alimentação Compressão dosifica- ção Comprimento efetivo Comprimento Exemplo de Rosca Típica com as Especificações Algumas funções requerem uma rosca mais curva, mais funções, tais como mistura e degasagem, requerem uma rosca mais longa. A rosca adequadamente fechada no interior do cilindro. O espaço livre, distância entre o topo do filete e a parede do cilindro é geralmente 0,1% do diâmetro da rosca, Assim, uma rosca de 4 polegadas terá uma folga de Folgas menores que estas resultaram em excessivo desgaste do filete da rosca, onde maiores folgas reduzem a capacidade de fusão e bombeamento da rosca. Placa Quebra Fluxo Filete e Conj. Telas Folga Parede Cilindro Resina Cilindro Rosca Rosca 2000 3000 4000 Figura: A folga entre o filete da rosca e a 5000 parede do cilindro. 14</p><p>MATERIAL USADO NA CONSTRUÇÃO DAS ROSCAS Roscas geralmente são construídas com aço 4140, para certos polímeros, particularmente aqueles que requerem alta temperatura ou são altamente corrosivos, ligas metálicas especiais são usadas. Roscas pode ser a parte mais importante para transferir calor através da superfície do cilindro. Isto pode ser vantajoso por causa de 50% da área superficial em contato com o polímero próximo da rosca. As roscas podem ter resfriamento no seu interior, porém, não são práticas comuns devido à complexidade deste sistema. (Mais detalhes sobre Roscas, ver volume I deste manual). 5.1.3.2 CILINDRO O cilindro deve resistir a grandes pressões e o seu interior pode ser recoberto com material muito duro, tais como uma liga de carbeto de tungstênio. Este recurso estende a vida útil do cilindro pela redução do desgaste. Substituição de cilindro é caro e consome tempo. Para minimizar o desgaste no cilindro e rosca, é importante que o cilindro esteja alinhado e nivelado com o redutor. Hoje é muito comum usar boroscópio laser para executar o nivelamento. Exemplo de Cilindros e Sistema de Resfriamento por Ventiladores Zonas de controle de temperatura estão localizadas ao longo do comprimento do cilindro. O número de zonas depende do comprimento do cilindro. Cada zona usualmente controla aproximadamente 4 a 5 diâmetros de comprimento do cilindro (3" de rosca, sobre 12 a 15"). Aquecedores (resistências) de alumínio são usados para muitas aplicações, sistemas que requerem altas temperaturas podem requerer aquecedores cerâmicos. É prática geral empregar resfriamento ativo em zonas do cilindro. Ventiladores para resfriamento ou fluidos podem ser usados. Entretanto, se uma quantidade excessiva de resfriamento é usada em uma operação de extrusão é uma indicação que a energia esta sendo perdida e uma mudança na operação ou projeto pode ser necessária. É importante no final do cilindro antes das Placa Quebra Fluxo telas termos um transdutor de pressão, um e Conj. Telas termopar para medir a temperatura da massa e Parede um dispositivo de segurança que consiste de Cilindro Resina um disco de ruptura que se rompe quando a pressão interna ultrapassa 482 bar, reduzindo a Rosca pressão interna e protegendo o cilindro de danos e até da ruptura. Ao lado, esquema de colocação do transdutor de Pressão no final do Cilindro, antes do Troca 2000 3000 telas. 1000 4000 5000 15</p><p>A pressão normal durante a extrusão é 345 bar, e os cilindros geralmente resistem até 690 bar. Os cilindros e roscas bem projetados com comprimentos adequados seguramente proveram a matriz com fundidos de excelente qualidade. Transdutor de Pressão Configuração típica de um Cilindro cilindro com Termopar, Termopar Temperatura Transdutor e Disco de do Fundido Ruptura. Disco de Ruptura Observam-se na prática que muitas máquinas extrusoras não dispõem destes dispositivos, que são no mínimo imprescindíveis para a segurança do equipamento e fundamentais para o acompanhamento do processo de extrusão, portanto, nunca prescindir destes recursos. Um exemplo claro desta necessidade são os problemas de solda fraca principalmente em filmes de PEAD os quais muitas vezes são devido ao entupimento das telas e consequentemente degradação do polímero. Com um transdutor de pressão eu controlo o momento certo de substituir as telas, economizando dinheiro e reduzindo o risco de devoluções por problemas de solda. 5.1.3.3 EXTRUSORA COM CILINDRO DE PLASTIFICAÇÃO COM DEGASAGEM Alguns materiais extrusados requerem extrusoras com degasagem. O cilindro tem um orifício para saída dos gases antes deles saírem pela matriz, onde os gases causaram expansão, vazios e defeitos superficiais no extrusado. Uma rosca de dois estágios é usada nas operações de degasagem. O primeiro estágio prepara o fundido semelhante a uma rosca convencional, no segundo estágio o fundido é descomprimido para liberar os gases no orifício de degasagem e então bombeia o fundido até a matriz. O segundo estágio da rosca contém uma zona de extração dos gases combinados com um orifício no cilindro para remoção dos gases. Sob condições de operação errada, tais como: Pressão excessiva na cabeça da rosca o polímero pode fluir pelo orifício. Esta condição é frequentemente chamada de fluxo pelo vent e pode ser evitada pelo projeto correto e condições de operação ideal. Saída de Gases Alta Pressão Baixa Pressão compressão Figura Máquina com cilindro de plastificação com degasagem Rosca típica de dois estágios, com duas degasagens. Em uma máquina de moldagem do tipo com cilindro de plastificação com degasagem, esta remove quaisquer gases do plástico. São usadas para plástico contendo misturas ou materiais voláteis. 16</p><p>5.1.4 SISTEMA MATRIZ/CABEÇOTE O sistema recebe o fundido escoando para a saída do cilindro. Os componentes deste sistema incluem o adaptador para quebrar fluxo, sistema de filtragem (telas) e matriz. 5.1.4.1 CABEÇOTE A saída do cilindro é equipada com um flenge para que o cabeçote seja conectado. cabeçote pode ser uma das várias configurações, incluindo um engate ou um anel de fechamento. SWING GATES da acesso à rosca facilmente para o operador abrir o cabeçote sem ter de sacar muitas peças. Anéis de fechamento por outro lado, tendem a ser mais incomodo (pesado) porque ele tem componentes mais pesados e separam do cabeçote. No outro caso é boa prática ter todas as ferramentas certas e guarnições na mão antes de iniciar a extração do cabeçote. Flange do Cilindro 6 2 Cilindro 8 5 8 Sentido do Fluxo da Resina ADAPTADOR CORTE AA B of Posição Quantidade Denominação 1 1 Gaveta 2 1 Porta Gaveta 5 1 Corpo troca de Tela EF-70 6 1 Anel de Torpedo 7 1 Torpedo 70 mm 8 6 c/c cil c/ sext int 05/8"X4" 5.1.4.2 ADAPTADOR O adaptador segura (mantêm) o cabeçote no lugar, que guia o fundido da saída do cilindro e entrada da matriz. Pode ser um fixador do local na cabeça que pode ser disposto com um "custom" adaptador, para cada matriz empregada. (ver figura anterior). Para melhor controle da temperatura o bocal e adaptador cada qual com seu sistema aquecedor. Usualmente um único circuito de controle de temperatura é usado para a zona bocal/adaptador, mas para um longo tubo para a matriz, múltiplos circuitos podem ser necessários. 5.1.4.3 PLACA QUEBRA FLUXO A placa quebra fluxo é um disco de metal localizado perpendicular ao fluxo do fundido na saída do cilindro. Contendo vários orifícios através do qual passa o fundido, ele é geralmente um pouco maior no diâmetro que a rosca e somente em uma recessão na flange na saída do cilindro. A placa quebra fluxo tem três principais propósitos: 1. Selar o final do cilindro 2. Prender as telas 3. Quebrando e orientando fluxo do fundido. 17</p><p>A forma mais comum de filtragem do fundido é o uso de telas. O pacote de telas é presa no troca telas pela pressão do polímero fundido como ele sai do cilindro. A placa quebra fluxo frequentemente contém um pacote de telas que são nominalmente o mesmo diâmetro da rosca. Como o polímero flui para fora da rosca, ele tende a reter o movimento horizontal adquirido durante o percurso dentro do canal da rosca, este fluxo oscilante leva a irregularidade no extrudado. A placa transforma este fluxo turbulento em fluxo laminar (axial). O maior uso da placa quebra fluxo é como misturador estático. Mistura é necessária para produzir a homogeneidade requerida do fundido. Existem vários projetos diferentes de placa quebra fluxo para servir suas funções convencionais onde também cria um fluxo dinâmico que melhora o nível de mistura do fundido. Quando a cabeça é reunida, a placa Telas com quebra fluxo atua como um selo do Malha mais fundido na linha de partição entre o Fechadas cilindro e o cilindro Por esta razão, ele é importante para Rosca Orifícios assegurar propriamente o alinhamento da placa quebra fluxo quando ela é instalada e o torque Telas com Placa correto na cabeça do parafuso Malha mais Quebra Fluxo durante a re-união e aquecimento. Abertas 5.1.4.4 FILTRAGEM DO FUNDIDO Filtragem é requerida para remover contaminantes ou géis do fundido antes dele entrar na matriz. Contaminantes podem entrar no sistema por muitos caminhos, dos escombros entrando no sólido alimentado pelos componentes desgastados da máquina. Géis, também chamados fisheyes, com visual semelhante a pequenas bolhas ou pontos duros no extrusado, também pode originar de várias fontes. Algumas fontes de géis são espécies de alto peso molecular no polímero, pontos quentes criados ao longo da rosca ou mistura capturado pelo Existem três principais tipos de filtragem do fundido. 1. Pacote de Telas (Screen Packs). 2. Troca Telas 3. Troca Telas Contínuo. O screen packs é o mais comum e consiste de 3 a 5 telas amontoadas juntas colocada na placa quebra fluxo ou outro dispositivo, como um cartucho. As telas podem ser de vários tamanhos para uma captura progressiva das partículas. O tamanho dos fios varia de 20 a 350 mesh, onde o número mesh refere-se ao número de mesh, cresce o tamanho de fluxo decresce ou a partícula filtrada torna-se mais fina. Mais comumentemente, telas são empilhadas na direção do fluxo. Sendo posicionadas, por exemplo, 20 / 40 / 100 / 20, pequenas primeiras tela reterá partículas maiores e a última é para dar sustentações. A configuração das telas para uma dada aplicação depende de muitos fatores incluindo a quantidade de contaminantes/géis, viscosidade do polímero e pressão no cabeçote. 18</p><p>5.1.4.4.1 Quando devemos trocar as telas? As condições podem ser indicadas por um crescimento da pressão no um incremento na pressão na placa quebra fluxo, queda na produção, ou um defeito no extrudado. A mudança de um pacote de telas envolve pouco tempo. A extrusora deve ser desligada e o cabeçote desmontado A placa quebra fluxo é removida e as telas velhas são extraídas e descarregadas. Neste ponto, a placa quebra fluxo será limpa e um novo pacote de telas é instalado. O cabeçote é então montado e os parafusos apertados no torque necessário e devem estar próximos da temperatura de operação. Screen Pack 5.1.4.4.2 TROCADORES DE TELA: Descontínuos e Contínuos O Troca Telas Descontínuos São designados para minimizar o tempo de perda da extrusora comparado aos pacotes de troca de tela por retiramento da cabeça, o trocador de tela descontínuo pode ser manual ou automático, ele geralmente consiste de um prato deslizante que acomoda duas placas quebra-fluxo reunidas com pacote de Uma concentração é localizada no caminho do fluxo para fornecer a filtragem do fundido. O outro é localizado fora da direção do fluxo e é acessível para remoção, limpeza e troca para usar depois. Quando for hora de mudar as telas o trocador de tela é ativado manualmente ou hidraulicamente e desliza a concentração limpa para a direção do fluxo e a concentração usada para o lugar da limpa, geralmente um pequeno acréscimo de pressão ocorrerá no fundido, então é bom praticar para aprimorar a troca durante um tempo que o acréscimo pode ser tolerado. Troca Telas Descontínuo Pneumático O Troca Telas Contínuos Provém um método de filtragem do fundido onde o filtro médio é continuamente restaurado. Este dispositivo é particularmente usado quando o fundido é altamente contaminado ou quando uma troca por acréscimo de pressão não pode ser tolerada. Existem 2 tipos principais de troca de telas contínuos: Uma emprega um grande disco que roda contendo material filtrante e outro tem uma rede de material filtrante através da direção do fluxo. 19</p><p>Neste caso a velocidade em que o filtro se move pode ser controlado pela pressão na cabeça da extrusora, que dependerá do nível de contaminação presa no filtro. Troca Telas Contínuo Tipo Cinto Troca Telas Contínuo GNEUS TELA PORTA TELA RESISTÊNCIA PLASTICO SOLIDIFICADO TELA UTILIZADA ENTRADA NA FLANGE TELA EMBOBINADA SAÍDA DA FLANGE RESISTÊNCIA 5.1.5 MATRIZ A matriz também é chamada de "inteligência" da operação porque da forma ao produto final Muitos tipos de matriz são avaliadas para produzir vários produtos extrudados para geometrias especificas e requisitos de performance. Algo que todas as matrizes tem em comum é a necessidade para designar internamente a geometria do fluxo, incluindo a geometria do orifício final. Se a matriz não possui a forma do fluxo correta, ela não pode ser possível para produzir o produto polímero especificado. Por causa da forma e propriedades superficiais dos canais de fluxo são criticas, ela é muito importante para que eles não sejam danificados. Aranhões ou dentes na superfície de canais de fluxo podem levar o polímero a degradação ou pior, causar defeitos permanentes no extrudado. Distribuição Anel de Centragem Bucha - Dispositivo de Lubrificação Adj. Collar Anel de distribuição (Spiler) Plug Corpo Alimentador Entrada de Entrada de Fundido Manga Colar de Porcas Entrada do Fundido Adj. Porcas Tipo Espiral Tipo Fluxo Direto 20</p><p>Por estas razões cuidados especiais deverá ser tomados quanto à abertura e limpeza da matriz e usar somente metais macios como cobre em contato com as superfícies da matriz. Para um ótimo processamento a matriz deverá ter seu circuito de controle de temperatura. Uma zona mais quente é usualmente adequada para pequenas matrizes. Matrizes maiores podem ter mais zonas de aquecimento. Socialmente, isolação é frequentemente usado ao redor do corpo da matriz para reduzir a perda de calor para o an da vizinhança e sensitividade para mudanças na temperatura da matriz nas condições ambiente. O controle de tempo de aquecimento da matriz é recomendado, já o resfriamento da matriz geralmente não é necessário. 5.1.6 SISTEMA DE CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO O propósito deste sistema é para medir e controlar parâmetros importantes de processamento. Sem os dados fornecidos por este sistema seria muito difícil manter um processo seguro e eficiente e para resolver problemas de extrusão. Os dados fornecem uma "janela" para o processo, desde que nós não podemos ver dentro da extrusora (provavelmente não encontraríamos muita utilidade neles). Monitorar uma linha de extrusão é semelhante a monitorar um paciente em um hospital; nós certamente procuraremos monitorar os sistemas vitais do paciente, tais como a temperatura do corpo e a pressão sanguínea. Similarmente, nós necessitamos monitorar parâmetros de extrusão, assim o sistema não tornará instável, levando para uma situação perigosa ou para a produção de aparas. Existem muitas variáveis que podem ser monitoradas e controladas na linha de extrusão dependendo do produto que esta sendo extrudado. Na direção da extrusora (UPSTREAM) algumas das variáveis incluindo: nível do funil, temperatura do material e conteúdo de mistura no material. Down Stream da extrusora, variáveis incluem: velocidade da linha (belt puller (cinto que prensa) ou rolos prensadores), temperatura média e resfriamento, largura, e várias dimensões de produtos (diâmetro e espessura). Na extrusora ela mesma, variável inclui: velocidade da rosca, corrente das resistências elétricas, ar, resfriamento, mas os três mais importantes parâmetros para monitorar são: Temperatura Pressão no e Corrente no Motor 5.1.6.1 CONTROLE DE TEMPERATURA Hoje o sistema de controle de temperatura das extrusoras é capaz de manter temperatura com um range de 0,1° F. Precisão deste nível é aceitável por praticamente todas as aplicações de extrusão, entretanto, quando variações excedem a alguns graus, podem resultar em variações na produção. Por isso, é importante que circuitos de controle de temperaturas empregados sejam precisos. É comum em uma linha de extrusão, ser separada em várias zonas de controle de temperatura. número de zonas depende do comprimento do cilindro, o tipo de adaptador ou linha de transferência para a matriz, e o tamanho e complexidade da matriz. Uma extrusora pode ter de 3 até mais de 10 zonas. Cada zona ou circuito contém acima de 4 dos seguintes componentes: controle de temperatura, sensor de temperatura, unidade de aquecimento e unidade de resfriamento. Muitos controladores de temperatura são baseados em microprocessador. As funções primárias do controlador são para ler o sinal de entrada (temperatura atual) do sensor de temperatura, comparando esta temperatura com o set point setado registrado pelo operador, tome uma decisão anotando que ação é requerida e tome a ação apropriada. 21</p><p>Ações que o controlador pode tomar incluem girar on (ligar) ou desligar a unidade de aquecimento, ligar ou desligar a unidade de resfriamento ou não fazer coisa nenhuma. O controlador repete essas funções Para tomar esta decisão, muitos controladores de temperatura empregam um esquema lógico conhecido como controle PID. PID mostra combinação de controle proporcional, integral e derivativo. Controle proporcional da ao controlador a habilidade para enviar potencia parcial para o aquecimento ou para a unidade de resfriamento. Em lugar de ser somente completo (on ou off), a unidade de aquecimento/resfriamento pode ser on em algum nível proporcional para a diferença entre a temperatura atual e a temperatura Setpoint. Isto admite que o sistema alcance o Setpoint sem muito Overshoot e mantêm a temperatura durante operação sem significativa variação sobre o Setpoint. Alguns controladores na verdade enviam uma quantidade proporcional de potencia para a unidade onde outros enviam espaçadamente, ritmados de full power para encontrar o efeito proporcional. Monitores de controle integral atuais de temperatura como uma função de tempo. Se isto variar por causa de uma queda no sistema, tais como a adição de nova ferramenta ou uma mudança em temperatura ambiente, o controlador pode resetar para as novas condições técnicas. Monitores de controle derivativo, a taxa em que muda a temperatura atual. Monitorando a taxa permite ao controlador aproximar rapidamente o Setpoint ou controlador aproximar para evitar algum overshoot. Termopares geralmente têm um conector 2 pontas e um terminal: um longo cabo abrigando metal flexível o lead comando e uma sonda no outro terminal protegendo o acoplamento e junção. A junção é formada de 2 cabos metálicos dissimilares. Quando a temperatura na junção difere de uma temperatura de referência mantida eletronicamente no controlador, uma pequena voltagem é naturalmente gerada sobre o leads. Esta voltagem varia linearmente com temperatura e assim é facilmente calibrado para temperatura atual. Termopares são categorizados pelo tipo (e.g.tip J), para indicar os 2 metais que compreende a junção, determinando o range prático de temperatura do sensor. Termopares são primeiramente usadas para controlar a temperatura do metal em uma zona particular de controle. Usualmente um poço é usinado no cilindro e a junção é acoplada para medir a temperatura aproximada do polímero que está fluindo no interior da superfície. É importante verificar se a ponta da termopar esta em contato com a superfície do cilindro; termopares fundidos também são usados. Estes dispositivos são usados para contatar o polímero fundido. Esta informação pode ser o dado mais útil de temperatura de uma extrusora, porque é a temperatura do polímero a mais importante, não a temperatura do metal. Um tipo comum é uma solda flush- mounted que tem um sensor tipo diagrama montado na superfície interna do cilindro usualmente no final do cilindro. Este tipo somente a temperatura do fundido no contato com o cilindro, usualmente na mesma temperatura com o cilindro. Porque a temperatura do fundido longe do cilindro pode diferir de 20°C da temperatura da superfície, algumas extrusoras tem uma maior imersão útil do termopar que penetra dentro da corrente do fundido. Este tipo pode ser projetado transversal em várias profundidades. O próximo componente no circuito é uma unidade de aquecimento. Quando a unidade de aquecimento esta ligada, ela conduz calor através do dispositivo de metal para o polímero. O tipo mais comum de unidade de aquecimento são as resistências elétricas. Algumas matrizes utilizam cartuchos (resistência) inseridos em um canal usinado na matriz. Unidades de aquecimento são pela potência, onde a quantidade requerida é determinada pela massa de metal em que a unidade esta em contato. 22</p><p>A localização mais comum para medir a pressão é no cabeçote da extrusora, um pouco antes da placa quebra fluxo. O sinal de um único transdutor de pressão localizado nesta região é usualmente enviado para um display que tem alarme capaz de destacar uma advertência (indicador) ou desligar o motor. Algumas extrusoras puderam também ter pressão medida após a placa quebra fluxo. Leitura de pressão em cada lado do troca telas, provem uma boa indicação de quando mudar as telas. Ocasionalmente, usam sensores de pressão ao longo do cilindro ou na matriz. Estes dados são mais usados para pesquisa e desenvolvimento, controle de qualidade e troubleshooting. O transporte de pressão "Strain gage" é usado para muitas aplicações de extrusão. Esses dispositivos têm uma ponta da sonda que é montada, assim que seu dia diafragma esta plano na do cilindro ou matriz. O polímero fundido fluindo sob pressão empurrado contra o diafragma e desloca uma coluna de fluido ou uma haste localizada atrás do O fluido empurra a haste e transmite a pressão (atualmente o deslocamento) do diafragma em contato com o fundido para um segundo diafragma localizado longe do fundido que tem um "Strain gage" ligado a ele. O "Strain gage" é um resistor em um circuito conhecido como uma ponte de Wheatstone. Sob pressão zero, a planta produz voltagem zero Entretanto, quando o "Strain gage" é defletido, sua resistência varia e uma voltagem é produzida transversal à ponte. Esta voltagem é facilmente, calibrada pela pressão. É boa prática renovar o transdutor de pressão quando limpar o cilindro e evitar descarcar o polímero da sonda diafragma. O diafragma é muito frágil e não deve ser danificado. Se ele for danificado o sensor não dará dados precisos no caso de um tipo fluido, o fluido poderá vazar para dentro do fundido. É importante frizar que alguns sensores usam mercúrio, uma substância potencialmente como um fluido no capilar. 5.1.6.3 -CORRENTE DO MOTOR Um importante, e frequentemente subutilizado, medidor da extrusora é a corrente do motor. Esta é uma medida da carga elétrica requerida para girar o motor que transmite a rosca, mostrando em cada ampere ou porcentagem da carga máxima. Em uma velocidade rotacional específica, a corrente depende primeiramente da resistência mecânica enxertada pelo polímero ao redor da rosca. Desde que a corrente requerida depende da resistência provida pelo polímero, ela é uma indicação da energia, ou torque, sendo transmitido através da rosca para o polímero. Entretanto, ele provém informações de propriedades inerentes do polímero e na estabilidade das condições de processamento. A energia indicada pela corrente do motor é consumida em três áreas primárias: Fusão do sólido, exprimindo à alta Viscosidade do fundido e pressão Gerada subjugando a restrição Cabeça/ matriz. A dessas áreas consome muito menos energia que as duas primeiras. Mudanças na corrente do motor são indicativas das mudanças na matéria prima, condições de processamento ou ambas. Por exemplo, se o "ammetor" é estável, mas a leitura é particularmente alta, isto seria evidencia de um acréscimo na viscosidade do fundido. Se o "ammetor" é mudado frequentemente, isto pode estar associado à quebra do leito sólido causando uma instabilidade no processo do fundido. 24</p><p>Após se conhecer o funcionamento e o equipamento do processo de extrusão de filme, é importante também verificar os possíveis problemas que estão atrelados ao processo como um todo, isto é, em relação ao equipamento (máquina, componentes, acessórios, etc.), matéria prima, do meio ambiente, métodos, etc. No processo de extrusão de filmes é importante conhecer a aplicação de cada recurso da máquina no processo bem como as interações do processo como um todo, ou seja, regulagem e controle do mesmo. Serão abordados possíveis problemas de processo e oferecer prováveis soluções, baseadas em experiências observadas em situações reais de trabalho e produção. Iremos nos basear na extrusão de filmes tubulares, especialmente extrusão mono-camada e mais especificamente para os polietilenos de alta densidade (PEAD) e de baixa densidade (PEBD) densidade. 6 CONCEITOS BÁSICOS DO PROCESSO DE EXTRUSÃO DE FILMES TUBULARES Os filmes de PEAD podem ser facilmente processados pelo mesmo processo básico que é adotado para os filmes de PEBD e PEBDL. Contudo, tanto a processabilidade quanto as propriedades do filme, são passíveis de variações devido à diferença nas condições de transformação, tais como temperatura da massa fundida, altura da linha de cristalização, razão de inflagem (insuflamento), velocidade de puxamento e projeto da matriz. O processo de produção de filme pela extrusão da resina fundida em um tubo contínuo, em primeira, instância, pode ser considerado extremamente simples. Os elementos do processo incluem os grânulos de resina, os quais são alimentados através de um funil para a extrusora. Aqui, calor e fricção transformam os grânulos em uma massa fundida a qual é forçada através de uma matriz anular para formar um tubo. A massa fundida proveniente do cabeçote da extrusora penetra na matriz enquanto comprimido é injetado pelo centro da mesma fazendo com que o tubo proveniente desta matriz circular ou mandril, seja expandido para forma de balão tubular com paredes mais finas. A quantidade de ar introduzida no balão determina o diâmetro final e, consequentemente, a largura do filme desejado além de influir na espessura do filme, desde que as velocidades do parafuso e dos rolos puxadores permaneçam inalteradas. A pressão existente entre os rolos puxadores é responsável pela manutenção do volume de ar dentro do balão. O resfriamento é parâmetro importante na obtenção de filmes de alta qualidade, o sistema localiza-se em um anel colocado em volta da matriz. O resfriamento pode ser controlado através da altura de uma linha demarcatória (geralmente mais opaca) a que chamamos de "linha de neve" que determina a passagem do filme do estado plástico ao estado sólido, a qual pode ser ajustada conforme o diâmetro do balão, velocidade do parafuso e quantidade de ar de resfriamento. O tubo é inflado para aumentar o seu diâmetro e diminuir a espessura do filme. Ao mesmo tempo, o tubo é estirado a partir da matriz, também para diminuir sua espessura. Esse tubo também chamado "balão", é então achatado pelas saias existentes na torre e estirado através dos rolos puxadores, passando sobre rolos guia até chegar à bobinadeira, onde são formadas as bobinas acabadas do filme. Entretanto, qualquer um familiarizado com a extrusão de filme tubular sabe que esta explanação simplificada é menos do que a metade da história. sistema de extrusão de filme tubular é, na realidade, um dos mais complexos e sensíveis da tecnologia de processamento de plásticos. O processo de filme tubular é eficiente, econômico e pode produzir uma ampla variedade de produtos, desde um filme transparente de espessura fina, até um filme para uso na agricultura ou na construção civil com espessura elevada, o qual quando cortado e aberto pode medir 12 metros ou mais de largura. 26</p><p>7 EFEITO DO PROCESSAMENTO SOBRE AS PROPRIEDADES DAS RESINAS E PRODUTOS FINAIS As variáveis de processamento a serem consideradas na extrusão de filmes tubulares são: temperatura da massa fundida; contrapressão, dimensionamento da rosca; resfriamento da rosca; dimensionamento da temperatura da matriz; dimensionamento do anel de altura da linha de neve; razão de sopro; velocidade de arraste. 7.1 GEOMETRIA DA BOLHA E FORMATO DO BALÃO A forma específica do balão depende da influência combinada de vários Velocidade de parâmetros de processo. Em geral a bolha Puxamento usualmente tem um pequeno diâmetro e Diâmetro da Bolha grande espessura na saída da matriz e Linha de transita para um diâmetro maior e menor Neve espessura movendo-se para cima na direção da solidificação. Altura da Linha de Neve Acima de certo ponto a geometria é congelada e permanece virtualmente Velocidade constante. Existem vários parâmetros do usados para descrever a geometria da Fundido bolha. Diâmetro da Matriz Diâmetro da Matriz/ Abertura Labial/ Altura do Pescoço/ Diâmetro da Bolha (Balão) Espessura do Filme/ Altura da Linha de Neve/ Largura do Filme, etc. O diâmetro da matriz representa o diâmetro inicial da bolha como elas saem da matriz, e a abertura labial da matriz determina a espessura inicial da parede do balão. Como o trajeto da bolha sobe da face da matriz no estado fundido, ela é resfriada e eventualmente atinge uma temperatura onde se torna um sólido. A distância da face da matriz para onde esta solidificação tem lugar, é chamada altura da linha de neve. nome é derivado de operações onde a Linha de Neve se forma aparenta, que o filme é oticamente resfriado, como ele torna-se turvo devido à cristalização do polímero. Convencional- mente a Linha de Neve é definida como o ponto mais baixo onde a bolha está no seu máximo diâmetro, porque efetivamente, não é mais estirado acima deste ponto. A região da bolha abaixo da Linha de Neve é conhecida como Stalk ou pescoço, particularmente quando ele é relativamente longo. Acima da Linha de Neve onde a geometria é efetivamente congelada, os termos diâmetro da bolha, e espessura do filme são simplesmente usados para essas características. Então o filme é colapsado plano e passam através dos rolos puxadores, as duas camadas são caracterizadas por uma posição plana. As duas metades do filme são equivalentes à circunferência da bolha ou BD = 2LF / Em muitos casos é mais fácil de medir a largura do filme, assim a equação torna-se uma ferramenta prática para determinar o diâmetro da bolha. Vários processos variáveis trabalham em conjunto para determinar a geometria da bolha. 27</p><p>Velocidade do Fundido/Velocidade do Puxador/ Volume Interno da Bolha/ Taxa de Z = altura da linha de névoa; V = velocidade do filme após saída dos rolos; Vo = velocidade do filme na saída da matriz; R1 = raio final do filme soprado; Ro = raio do filme na saída da matriz; H = espessura final do filme; Ho = espessura do filme na saída da matriz. de Região de fluxo puramente extensional Região de Transição Região de fluxo cisalhante Fundido Figura. Esquema detalhado de uma extrusão de filmes tubulares. A velocidade do fundido é a velocidade de saída do polímero como ele sai do lábio da matriz, ela é controlada pela velocidade da rosca, mas ela não é a mesma como a velocidade da rosca (por exemplo, a velocidade do fundido é linear e a velocidade da rosca é rotacional). A velocidade do rolo de puxamento (também chamado velocidade do filme, velocidade da linha e velocidade de decolagem) é a velocidade do polímero como ele viaja através dos rolos puxadores. O filme viaja essencialmente na velocidade do rolo puxador em todos os pontos acima da linha de neve. Em todos os casos o filme cresce em velocidade da face da matriz, onde ele viaja na velocidade do fundido para a linha de neve, onde ele viaja na velocidade do rolo puxador. This Acceleration Leads. Esta aceleração leva a redução da cortina do fundido para obter um filme fino. O volume interno da bolha é a quantidade de an contido dentro da bolha entre a face da matriz e os rolos puxadores. Uma variável similar que pode ser usada alternativamente é a pressão interna da bolha. A taxa de resfriamento é determinada pela velocidade e temperatura em que o ar resfria a da bolha. Existem muitas outras variáveis de processos que influenciam a geometria da bolha, tais como temperaturas do processo, design da matriz, composição do material alimentado e propriedades de fluxo de polímero, mas esses geralmente permanecem constantes para uma dada corrida. Uma distinção é frequentemente feita entre dois tipos gerais da forma da bolha (fig.3.9) que é selecionada pelo processador por um dado tipo de resina. 28</p><p>O "pocket" bolha (pescoço baixo), tem pouco ou quase nenhum pescoço, iniciando sua expansão quase imediatamente acima da face da matriz. 11 Pocket Bubble (Balão Pescoço Baixo) Long Stalk Bubble (Balão Pescoço Alto) Esta forma é frequentemente usada para PEBD/PEBDL e PP. balão com pescoço baixo, tende a ser mais estável devido ao resfriamento do an promovendo fácil solidificação. Outra forma é a bolha com pescoço alto, este tipo é usado primeiramente para PEAD devido ao que o material tem relativamente baixa resistência do fundido. Neste processo o estiramento na DT é retardado até Pescoço Baixo PEBDL Pescoço Alto PEAD que o polímero alcance uma temperatura mais baixa, levando para um fundido mais estável e promovendo mais alta tensão durante estiramento na DT. A parte superior do balão é bastante importante, primeiramente no que Diâmetro do Balão diz respeito à obtenção de orientação transversal no filme, e deve obedecer a um perfil similar ao apresentado na figura abaixo: Embora a prática nem sempre siga a teoria, a teoria pode ajudar a explicar muitos dos fenômenos encontrados na extrusão de filmes tubulares. de Por exemplo, a razão de insuflamento (RI) ou razão de sopro (RS), usada sozinha como um parâmetro para fabricação de filme é pouco significativa. A RI deve ser relacionada com a razão de estiramento (RE) e a abertura Diâmetro do lábio da da Matriz Figura Perfil da parte inferior do balão, adequado à extrusão de filmes contráteis. 29</p><p>Muitos dos fenômenos na extrusão de filme tubular ocorrem na seção do balão, ilustrado na figura acima de dentro da matriz para o lado de fora dos rolos puxadores. Na figura, são usados estes três parâmetros para ilustrar a teoria da orientação do fundido, um importante fator na extrusão de filme de alta qualidade e primordial para obtenção de filmes tubulares, pois, podem predizer teoricamente os níveis de orientação. Assim, fixando-se como constantes o diâmetro e a abertura labial da matriz, a espessura do filme e o diâmetro do balão tornam-se as variáveis mais importantes na orientação do filme. Para ilustrar a orientação do fundido, PE necessário separar as funções insuflamento e estiramento. Na realidade, entretanto, estas ocorrem simultaneamente no fundido abaixo da linha de É nesta área que quase todas as características importantes do filme são fixadas orientação, propriedades de contração, transparência, brilho, resistência mecânica, etc. VARIÁVEIS FUNDAMENTAIS NA EXTRUSÃO DE FILMES TUBULARES RAZÃO de SOPRO / INFLAGEM / INSUFLAMENTO A extrusão de filme tubular em é acompanhada por uma acentuada orientação molecular longitudinal ou seja, na direção da máquina DM. A fim de se obter um filme de elevada resistência mecânica, é requerida também a orientação na direção transversal ao puxamento DT, obtida através do insuflamento do tubo plástico de PEAD. Logo após deixar a matriz, o material inicia o relaxamento de tensão, observando através do inchamento da massa fundida. Quanto menor for à orientação molecular na direção do puxamento, tanto menor será a necessidade de orientação adicional na direção transversal, a fim de prover um filme bi orientado (orientação molecular em duas ou seja, naquele que apresenta resistência balanceada DM/DT Orientações de um filme extrudado pelo processo blow. CONFIGURAÇÃO DO EM PEAD APM DT DM- Direção da máquina DM DT- Direção transversal D ZONA 3 Largura do filme achatado 130°C Rolos puxadores up ZONA 2 150°C Balão de Filme ZONA 1 do balão RI D Linha de OUR = 2 do balão névoa Razão de de da insuflamento 230°C da de matriz A figura acima apresenta a configuração de um balão de filme em PEBD a esquerda e PEAD APM (alto peso molecular) a direita. 30</p><p>Para o filme de PEAD a zona 1 representa a região do pescoço, caracterizada pela existência da estrutura não orientada, devido à alta temperatura do material e elevada mobilidade das moléculas. Na zona 2, as moléculas são distendidas e orientadas em ambas as direções DM e DT. A temperatura do material situa-se em torno de 130 °C. Na zona 3, o polímero não é mais orientado, visto que as moléculas não possuem mobilidade suficiente para a orientação. A razão da inflagem ou taxa de insuflamento é o mais importante parâmetro de processamento, quanto ao controle das propriedades físicas do filme. A razão de inflagem real ou RI é definida como sendo a razão entre o diâmetro do balão e o diâmetro do "pescoço", no início da zona 2. Esta razão difere da razão de inflagem aparente BUR, usualmente adotada para outros materiais, que é definida como sendo a razão entre o diâmetro do balão e o diâmetro externo da matriz. de As RI mais favoráveis estão na faixa de 3: 1 a 4: 1 ; podendo ir até 5: 1, para filmes de larguras maiores. Desta forma se obtém filmes bem balanceados quanto a suas propriedades mecânicas. As fórmulas para se obter a razão de insuflamento ou Razão de Sopro (RS) e a de estiramento e seu significado, são as seguintes: Razão de Insuflamento (RI) = Diâmetro do balão Diâmetro da matriz RI = 0,637 X Largura do filme (mm) Diâmetro da matriz (mm) A RI indica o aumento do diâmetro do balão em relação ao diâmetro da matriz. A abertura do lábio da matriz dividida pela RI, indica a espessura teórica do fundido após sua redução pelo insuflamento. Se uma baixa razão de sopro (ou insuflamento) é usada, a contração ocorre quase que somente na direção da máquina (DM). Aumentando-se o diâmetro do balão, aumenta-se progressivamente a orientações na direção transversal (DT), até um ponto em que as duas orientações se igualam, ou até a orientações transversal superar a longitudinal. RS1 ? RS2 ? RS3 ? MATRIZ GRANDE MATRIZ ADEQUADA MATRIZ PEQUENA Observa-se na figura acima, a extrusão de três filmes com o mesmo diâmetro de balão e com três matrizes de diâmetros diferentes. 31</p><p>Temos aí, três razões de sopro (ou insuflagem) diferentes, partindo do presuposto que todas as condições são iguais exceto o diâmetro da matriz, concluímos que o filme obtido com a razão de sopro (RS1) um, apresentará maior orientação das moléculas na direção de extrusão (DM), levando a uma maior contração neste sentido. Já o material obtido com a razão de sopro três (RS3), apresentará maior orientação das moléculas na direção transversal (DT), levando a uma maior contração neste sentido. filme obtido com a razão de sopro 2 (RS2) apresentará o balanceamento ideal das moléculas resultando em um filme isotropico, ou seja, a contração será de 50% na DM e 50% na DT. Para o caso de um polietileno de baixa densidade (PEBD) podemos dizer que o RS2, seria de 2,5 enquanto que o RS1 seria menor que 2 e o RS3 maior que 3, uma vez que a condição ideal de extrusão de filme polietileno de baixa densidade (PEBD), é uma RI ou RS 2 a 3. No momento da extrusão o operador terá que saber que nível de orientação ele deseja, e ajustar as variáveis para obtenção deste filme. Se objetivarmos alta orientação na DM tem que ter situação semelhante a RS1, se a situação for ao contrario teremos que buscar uma razão de sopro semelhante ao RS3. Importante lembrar que a orientação final será resultado da somatória das variáveis de processamento e não somente da razão de sopro. Abaixo apresentaremos alguns resultados que confirmam a influência da razão de sopro na orientação. INFLUÊNCIA DA RAZÃO DE SOPRO NA CONTRAÇÃO Filme Monocamada Filme Multicamada (Coex.) Propriedades Carac. Filme Mono Filme Coex. 60 um 60 um A/B/A Tensão Ruptura MD/TD MPa 32/32 29/33 12/76/12 % Alongamento na Ruptura MD/TD % 504/928 483/807 Impacto G 218 220 90% mPE +10% PEBD Opacidade % 80% LDPE Brilho 20° 60 100% LDPE 114 +20% mPE Brilho 60° 101 130 Encolhimento MD/TD 90% mPE +10% PEBD RI=1:2 % 72/1 66/0 PEBD Lupolen 3010 D Luflexen 27P FAX RI=1:3 % 69/20 61/13 0.927 RI=1:4 % 65/36 54/24 MFR MFR g/10min RI Razão de Insulfamento Filmes Soprados com estrutura in PFBDL PFBDL Shrink age = contração e encolhimento REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA TABELA ACIMA CONTRAÇÃO O gráfico ao lado mostra que, à medida que se aumenta a razão de sopro aumenta a contração e a 80 direção transversal (DT), podemos ver que o 70 acréscimo é expressivo mostrando que esta 60 propriedade é uma das que mais influencia na 50 contração. 40 RS 2 30 RS 3 20 RS 4 10 mono mono coex coex DT DM DT DM 32</p><p>uso de estabilizador externo e/ou do tipo interno, como mostrado nas figuras seguintes, guia o balão concentricamente, de tal forma que se tenha uma uniforme orientação molecular na zona de cristalização. Isto propícia a obtenção de filme isento de dobras e vincos mesmo porque, o anel de an não deve causar resfriamento sem controle no balão. A distância entre a matriz e os rolos de recolhimento devem ser bem maiores que o diâmetro do balão a fim de acomodar facilmente as variações de tensão no filme, devido ao achatamento do balão. Por outro lado, sua temperatura deverá estar na faixa de 60 80°C, a fim de acomodar as rugas, ondulações e distorções de comprimento. Portanto, uma relação deve-se ter entre o comprimento da saia e a temperatura do balão. Na prática tem-se o ângulo a, de abertura das guias, entre 15° à 25°C. D Onde: a = comprimento de achatamento do balão (largura do filme) D = diâmetro do balão, em mm. Existe alguma incompatibilidade entre a configuração do balão e aquela do filme após ele ter sido achatado pelos vários rolos. Uma breve analise da figura 4, mostra a razão para essa incompatibilidade. esquema mostra uma vista frontal e uma lateral de um balão diâmetro de 16" (41 cm) achatado para uma largura dupla de 25" (64 cm). Na figura na vista está formado um triangulo retângulo (área escura) com a medida da altura iguala "D", a distancia entre os rolos puxadores e a extremidade inferior das saias; o comprimento da base do triangulo é igual à metade da largura dupla menos o raio do balão, ou seja, vista lateral, está formado um triangulo retângulo (área escura) com a altura igual a "D" como o anterior, porém a base do triangulo é igual a do raio do balão, ou seja, 8" Uma vez que os dois triângulos têm alturas iguais, "D", porém diferentes medidas da base, 4,5" (11 cm) cm), o terceiro dos lados dos dois triângulos (E C) deve também ter diferentes comprimentos. Em outras palavras, o comprimento do filme que forma a borda do filme achatado (E) não PE igual ao comprimento que forma o centro do filme achatado Por ora, estes comprimentos diferentes devem caminhar. A partir do plano do seu ponto de contato com as saias, para os rolos puxadores ao mesmo tempo. Os dados tubulados no pé da figura 4 mostram a magnitude desta discrepância no comprimento. Se o ângulo "A", formado pela linha de centro do balão e a borda da saia é então a distancia "D" deve ser cm) para uma saia suficientemente longa para acomodar toda a largura do balão. Pelo calculo, a borda "E" deve ter um comprimento de 20,5" (52 cm), enquanto o centro "C" está com 21,5" (54,5 cm). O centro dessa seção do filme é uma polegada cm), ou cerca de 5%, mais longo do que a borda. Para conduzir um filme achatado que esteja realmente plano, além dos rolos puxadores, a borda do filme deve, teoricamente, caminhar mais rápido do que o centro. Em outras palavras, a velocidade do filme deve aumentar gradativamente do centro para a sua borda, isto é 5% maior do que aquela do centro. Com uma velocidade da linha de 120 fpm (36m/min.) no centro, a borda deve rodar a cerca de 126fpm (38m/min). o filme feito de PEBD pode estirar para permitir que o centro permaneça esticado conforme ele passa através dos rolos puxadores. Se as bordas não caminharem a uma maior velocidade (estirar), o centro formará uma "barriga" e largas rugas através do filme. 33</p><p>Largura 25 do Filme Roles puxadores "C" do filme achatado Borde do filme A achatado Figura 4 Teoria da geometria do achatamento do balão. Base das Balão Vista frontal Vista lateral "A" 22 11 5.5 "D", in 20 40 80 Borda "E", In 20.5 40.25 80.25 Centro "C", In 21.5 80.5 5 1.25 0.625 Um filme menos extensível, como os polietilenos de média densidade ou até de alta densidade, não têm a habilidade para estirar. Uma grande quantidade de rugas aparecerá se nada for feito para aumentar a velocidade das bordas. Entretanto, se a velocidade das bordas é muito grande, ocorrerão rugas nas bordas. procedimento normal neste ponto é fechar as saias. Este procedimento diminuiu o ângulo "A" (ver figura 4) e reduz a diferença entre os comprimentos do centro e borda. Diminuindo o ângulo de 22° para 11° estreita-se a diferença no comprimento entre o centro e a borda para 1,25%. Com um ângulo de 5,5°, a diferença é um mero 0,6%, resolvendo essencialmente o problema, embora não completamente. Fechando as saias, entretanto, dobra e quadruplica a área da superficie da saia em contato com o filme. os filmes com um alto coeficiente de ficção atritam muito entre as saias. Conforme a área no centro do filme quente em contato com as saias aumenta, um atrito adicional distorce a planicidade do filme, causando-lhe uma "barriga" no centro o que dificulta a sua impressão e qualquer operação de conversão. Obs: Outra forma de apresentar o mesmo problema por causa do achatamento do balão. 7.2.1 ENRUGAMENTO DO FILME 7.2.1.1 a) Por causa genérica 1 A maior causa de rugas no filme se deve a variação considerada na espessura e largura da lamina. Em tais casos realizar os ajustes necessários para assegurar uma perfeita uniformidade da matriz, igual à velocidade do ar no entorno do anel de esfriamento, regularizando a temperatura na matriz. 2 Um resfriamento insuficiente ou uma linha de resfriamento demasiado alto também pode ser causa de rugas. Se for possível utilize mais frio para aumentar o esfriamento da bolha. Se isso não for possível, diminua a temperatura de extrusão. 34</p><p>3 Assegure-se de que ocorre um amassamento suave e uniforme do filme quando da passagem pelas placas da saia. Se a bolha se aderir nos cilindros de guia nas placas de parada, se produzirá uma elevação que dará como resultado a formação de rugas. 4 Minimize os movimentos da bolha eliminando as correntes de ar à sua volta. 5 - Um Bom alinhamento das placas de saia e os rolos primários de (Puxamento) com o centro da matriz melhorará a uniformidade da tensão de arraste e uma tração uniforme do filme. 7.2.1.2 b) Por causa da diferença da rota Além das medidas de caráter geral indicado acima, é conveniente ter em mente algumas considerações geométricas que explicam uma das causas de problemas e que, devidamente interpretadas, podem ajudar a diminuí-los. Se observarmos o perfil frontal e lateral de uma bolha de filme extrudada verticalmente de baixo para cima, como é o caso mais comum, que se mostra na figura abaixo: IBF d = diâmetro da matriz D = diâmetro do balão D/d = relação de sopro h = altura da zona de parada da bolha, medida desde o ponto em que a mesma começa a deformar por contato com os planos ou telas convergentes saia até a linha que marca o contato entre ambos os cilindros de (Puxamento). a = largura do filme achatado (corresponde à largura da bobina). AB = Caminho percorrido por um ponto da superfície da bolha, de acordo com o plano principal de simetria da instalação de extrusão. Mede-se tomando as mesmas cotas indicadas para determinar h EF = Caminho percorrido por um ponto de superfície da bolha, seguindo a linha media da parte achatada da mesma. Mede-se desde a linha ideal formada pela intersecção de um plano horizontal, perpendicular ao eixo da bolha, na região que começa o esmagamento até a linha de contato dos cilindros de (Puxamento). E se encontram a 90° de A. F e B se encontram sobre a mesma linha a. a e = Ângulos conforme indicado Por relações trigonométricas simples temos: AB cos a = h (1) / EF cós (2) Relacionando cós e cós e dividindo membro a membro: AB / EF = (3) Por outro lado: (4) / / 2h (5) Também se sabe que: De onde: 35</p><p>Logo: = (6) Comparando (4) e (6) temos: e Por conseguinte: cos cos a (7) De (3) e (7) se obtém: AB > EF Portanto, Sendo cruzado AB maior que EF, existe uma tendência ao arraste dos pontos situados sobre o segmento AB e ao frear daqueles situados sobre EF provocando rugas. Subtraindo o membro (1) do membro (2) e reordenando, temos: Também se observa que há um aumento de h correspondente a uma diminuição de a y y, por conseguinte, um aumento dos valores de cos a e cos O limite tenderá: (AB - EF) = lim [(h / cos a) (h / cos Quando: h 0 / cos I A conclusão que se tem é: Quanto mais larga for à região de parada menor será a diferença de percurso ainda que consideremos que o percurso aumente. Um exemplo numérico esclarecerá o que foi exposto: Se a extrusão de um filme tubular de largura achatada a = 600 mm e altura da região de parada h = 900 mm. Ter-se-á: = tg = Mas: Da equação = 920 mm Da equação = 907 mm. AB-EF=13MM. Se aumentar a altura da região de parada, e descer 1800 mm, teremos: e tg = (600 - 382) / (2 1800) = 0,0606 AB = = 1810 mm. EF = h / = 1803 mm AB-EF=7 mm. Então existe uma diferença percentual, referente à AB , no 1° caso: (13 100) / 920 = 1,41% No 2° caso: 0,37% É evidente que a tendência à formação de rugas por diferença de caminho, será consideravelmente menor no segundo caso. Ou seja, quanto mais fechada à saia menor a Tendência a rugas. 36</p><p>7.3 BOBINAMENTO Para uma operação contínua de extrusão de filme inflado, em PEAD APM, é necessário que a vazão da extrusora e a velocidade de bobinamento ou de puxamento da película, estejam bem balanceadas. Para isso pode-se calcular a vazão para um melhor aproveitamento da capacidade de bobinamento: 6 Onde: Q = vazão do extrusor em 5 L Largura do filme plano, em mm. t = espessura do filme, em mm. d = densidade da resina, em g/cm3. V = velocidade de bobinamento ou de puxamento, em m/ min. PROBLEMAS E SOLUÇÕES RELACIONADAS AO BALÃO O melhor filme feito de uma matriz e anel de pode ser considerado como imprestável em função da configuração, manutenção e o acerto do sistema de achatamento do balão incluindo a torre e a bobinadeira. As condições de operação que controlam o equipamento de arraste, afetam as propriedades do filme e a sua aparência, de modo que ajustes em uma peça desse equipamento podem levar a problemas em qualquer outra parte da linha. Por exemplo, abrindo-se as saias, para reduzir a força de resistência ao arraste e obter um filme mais plano, acarreta em mais espaço no topo do balão. Se não for adicionado mais ar no interior do balão, o diâmetro deste e por a largura dupla serão reduzidas. Em outras palavras, uma atitude para melhorar a aparência dos filmes pode resultar em diminuição da produtividade ou de outras propriedades. Todo o equipamento no sistema para produção de filme está interligado, um fato que deve ser levado em consideração nos ajustes das condições de operação. ACHATAMENTO DO BALÃO Condições para verificar: 1- Os rolos puxadores devem estar centralizados acima da matriz. O centro da matriz, balão e rolos puxadores deve estar em alinhamento um com o outro. Se este equipamento não está alinhado, O filme oriundo de uma seção para atingir os rolos puxadores. Quanto maior o desalinhamento, mais o filme é distorcido e mais se torna o processo de achatamento do balão e processamento do filme nesta região do equipamento. 2- As barras estabilizadoras do balão devem estar centralizadas. As barras estabilizadoras devem ser montadas de tal forma que possam ser ajustadas simetricamente em torno da linha do balão. Barras estabilizadoras fora de centro podem dar origem a um filme muito estirado. contato das barras com o balão deve ser mínimo e livre de vibrações. 3- A vibração e o arraste excessivo num filme recém formado e, portanto, ainda morno, pode levar marcas, rugas e planicidade deficiente. 4- As saias de achatamento devem estar alinhadas. A melhor saia de achatamento é aquela que está livre de vibração e simetricamente montada de modo que ela possa ser aberta ou fechada sobre a linha de centro do balão por um único controle. 37</p><p>Existem dois defeitos de montagem que ocorrem mais freqüentemente, tanto isoladamente como combinados, com as saias de achatamento: A- Se as saias estão montadas muito abaixo dos rolos puxadores, o filme pode reinflar parcialmente acima das saias, causando geralmente rugas antes e depois dos rolos puxadores através do centro do filme achatado. B- Desalinhadas com o centro de fechamento dos rolos puxadores, as saias podem causar um enrugamento continuo ou intermitente das bordas do filme fora dos rolos puxadores. Naturalmente, as saias que tenham sido limpas regularmente, reparadas ou submetidas à manutenção ou saias com roletes, com os mesmos deformados ou travados, podem também contribuir para o enrugamento do filme. As rugas, são também uma ocorrência comum após a mudança para um filme mais largo, depois de uma longa tiragem de um filme estreito. Sujeira é deixada na superfície das saias durante a produção de um filme estreito. As bordas do filme mais largo vão atritar contra estas superfícies conforme o balão vai sendo achatado. O resultado são as rugas no filme conforme ele passa pelos rolos puxadores. Entretanto, além do alinhamento perfeito do equipamento, determinar a abertura própria das saias para se obter um filme mais plano, ainda é, de certo modo, uma questão de tentativa e erro. A figura 4 sugere saias mais fechadas para se obter um filme melhor. Infelizes, quanto mais fechadas às saias, mais filme estará em contato com as ripas de madeira da saia e maior será o atrito para deformar o filme e fazer com que ele fique com mais 'barriga' no centro do mesmo. A abertura final das saias é um compromisso. tamanho do balão (área de contato), velocidade da linha (atrito através da área de contato), espessura do filme (lembrando que a quantidade de deslizante não somente varia da resina para resina, como também depende da espessura do filme) e a resina usada (grau de rigidez) devem todos ser considerados. 1 Os dispositivos para o sanfonamento devem estar alinhados. 2 Todos os outros equipamentos da linha devem estar bem alinhados. Não somente a torre deve estar no plumo, como todos os rolos guia paralelos em relação aos rolos puxadores da torre. A bobinadeira e outros equipamentos tais como tratador e alinhador de margem, devem estar adequadamente alinhados com todos os rolos da torre para que o filme possa passar por eles suavemente. 7.3.1 DO ROLO PUXADOR ATÉ A BOBINADEIRA MANUSEANDO FILME ATRAVÉS DA TORRE Conforme o filme se move dos rolos puxadores para a bobinadeira, o filme pode ser visualizado como uma longa tira de borracha sofrendo constantemente mudanças de tensão. Para evitar que o filme sofra estiramentos conforme ele se move através da torre, esta tensão deve ser mantida a um mínimo. Uma tensão excessiva causa das rugas na direção da máquina (DM) que são então transformadas em dobras no filme conforme ele passa sobre cada rolo. As dobras tomam o produto final defeituoso e Entretanto, as rugas nos filmes aparecerão sempre ao longo de uma linha de produção. 38</p><p>Somente na ocasião em que estas rugas ocorrem é que elas indicarão um problema. O ar pode ser transportado no filme achatado oriundo do balão, antes que os rolos puxadores sejam fechados na partida da máquina. Este pode reinflar o tubo antes dele passar sobre um rolo de passagem e causar rugas excessivas na direção da máquina. Este ar pode também parar na frente de um rolo tratador, resultando em um tratamento fraco ou até um tratamento do lado errado do filme onde ele tenha dobrado. Para prevenir o acumulo de ar, durante o acerto do filme deve-se sempre realizar cortes diagonais em uma série de locais através da sua largura certa, após os rolos puxadores para eliminar qualquer quantidade de que tenha ficado aprisionado. Se aparecer novamente ar no interior do filme achatado, os rolos puxadores devem ser averiguados quanto ao seu fechamento adequado e o filme quanto à sua largura. Rugas leves, em diagonal no filme, podem indicar um rolo que está torto, empenado ou travado. Novamente, por causa da mudança de tensão no filme (particularmente em linhas mais antigas), o filme deve ser cortado em relação à sua largura, somente entre dois pares de rolos, que isolem esta estação das variações de tensão no filme. Se não for isolado, a largura do filme pode variar excessivamente com as mudanças na tensão do filme. filme pode cair fora das lâminas, na estação de corte, durante a perda momentânea de tensão, quando o filme está sendo cortado sobre um novo tubo na bobinadeira. 7.4 ESPESSURA DO FILME Conservando-se as outras variáveis constantes, a orientação do filme irá variar inversamente à espessura do mesmo, ou seja, filme grosso exibirá menos orientação que filme fino. Vale também observar que a espessura do filme influi mais claramente na orientação longitudinal. Isto é, pode ser explicado porque, ajustadas às condições de extrusão e razão de sopro, a espessura é alterada pela mudança de velocidade dos rolos de arraste, que, por sua vez, influi muito na orientação do filme na direção longitudinal. O "ponto de balanço" ponto onde a orientação longitudinal e transversal são iguais e somente é alcançado com o aumento da razão de sopro e com redução da espessura do filme. Devido às limitações da razão de sopro em certos equipamentos, o ponto de balanço não será alcançado em filmes finos. A maneira pela qual a razão de sopro afeta as propriedades do produto final é facilmente explicada; sendo o polietileno um polímero composto de cadeias moleculares muito longas, estas tendem a alinharem-se na direção da máquina devido ao estiramento causado pelos rolos puxadores. Dizemos que o filme se encontra excessivamente orientado no sentido da máquina quando o diâmetro do balão é aproximadamente igual ao diâmetro da matriz (isto é equivalente a uma razão de sopro igual a 1). Um filme nestas condições apresentará baixa resistência à rasgadura na direção da máquina e alta na direção transversal ao sentido de extrusão. Em geral, os filmes destinados à embalagem, devem apresentar uma aparente à igualdade em suas propriedades tanto na direção da máquina como na direção transversal, por isso, introduzimos an no balão para que as moléculas, também sejam orientadas no sentido transversal fazendo com que as propriedades do filme sejam balanceadas. 39</p><p>Pode ser adotado que geralmente o melhor balanço das propriedades óticas e mecânicas nas direções da máquina e transversal para um filme de PEBD ou PEBDL, pode ser obtida com uma razão de sopro por volta de 2,5:1, mas isto depende muito também da espessura do filme, abertura da matriz e velocidade de puxamento. Razões de sopro maiores que 3:1 podem resultar numa orientação excessiva na direção da Se a razão de sopro é menor que 1,5:1 a aparência e as propriedades de resistência do filme, ainda que feito com a melhor resina de polietileno para filmes, será prejudicada. Quando o filme for de PEAD a razão de sopro ótima é de 4 a 5:1. 7.5 RAZÃO DE ESTIRAMENTO Abertura da Matriz A abertura da matriz tem considerável efeito no grau de contração. Aberturas menores oferecem menores contrações na direção longitudinal e maiores na direção transversal. ABERTURA DA MATRIZ Ef ANEL ANEL PINO ANEL RESTRIÇÃO Sentido de Tração (A) ABERTURA ABERTURA ESTREITA LARGA ABERTURA Am LARGA A abertura labial das matrizes usadas para PEBD esta na faixa de 0,6 a 1,2 mm. Vamos analisar a seguinte situação: Você esta extrusando dois filmes de PEBD em duas extrusoras diferentes com a mesma razão de sopro (matriz do mesmo diâmetro e filme de mesma largura), mesma espessura, sendo que, no caso (A) a abertura labial da matriz é estreita e no caso (B) é larga. A questão é, os dois filmes terão a mesma orientação molecular?, consequentemente a mesma contração na DM e na DT?. Se esta premissa não for verdadeira qual terá maior contração?. A resposta é: O filme obtido na matriz com abertura labial larga, durante a extrusão teve que ser puxado com uma velocidade maior que o filme obtido em uma matriz com abertura labial estreita, consequentemente o filme do primeiro caso apresentará maior estiramento e maior orientação na direção de extrusão (DM). Quando a uma maior contração nesta direção. Este princípio exemplifica a importância da consideração da orientação no sentido de extrusão no cálculo da contração final do filme. O tratamento matemático desta variável é apresentado abaixo: Para ilustrar a orientação do fundido, PE necessário separar as funções insuflamento e estiramento. Na realidade, entretanto, estas ocorrem simultaneamente no fundido abaixo da linha de névoa. 40</p><p>É nesta área que quase todas as características importantes do filme são fixadas orientação, propriedades de contração, transparência, brilho, resistência mecânica, etc. Filme contrátil balanceado Filme para conversão 1:1 2.5 MIL 8:1 RE / RI 1.25 MIL da teoria Ilustração da teoria 2.5 MIL @ 50 Velocidade da linha 4:1 1.25 MIL 10 MIL 2:1 RI 200 FPM Velocidade da linha 1:1 RE 16:1 RE Velocidade da linha 2:1 RI 20 MIL 1:1 RE 12.5 FPM Filme Velocidade da linha Linha de Névoa do balão Día. do balão Largura 25" Largura Onde: RI = Razão de Dia. matriz Vo = 12,5 FPM e RE = Razão de estiramento .040° Abertura V = 200 FPM e 12,5 FPM caso 2. FPM = por minuto lábio PPH = Libras por hora FPM Velocidade do fundido 300 PPh Uma razão de insuflamento maior do que 1,0 indica que o balão foi insuflado para um diâmetro maior do que aquele do orifício da matriz. O filme foi então afinado e possui uma orientação na direção transversal (DT). Uma razão de estiramento maior do que 1,0 indica que a massa fundida foi puxada da matriz mais rápido do que ela saiu da mesma. filme foi afinado e possui uma orientação na direção da máquina (DM). Na pratica estes números, são somente aproximados porque o fundido exibe certa expansão conforme este deixa o lábio da matriz. Os cálculos são feitos usando-se a dimensão da abertura do lábio da matriz, porque o grau de expansão varia com a resina usada e com as condições de processamento. A razão de estiramento na direção longitudinal da extrusão (DM) pode ser definida como a relação entre a velocidade de arraste e de saída na matriz: Onde: = razão de estiramento V V = velocidade de arraste Vo = velocidade de saída A relação entre as densidades do polietileno nos estados sólido e fundido (à temperatura usual de extrusão) é: Onde: d d = densidade no estado sólido d = densidade no estado fundido 41</p><p>A relação entre as espessuras do material à saída da matriz e no filme é expressa por: Onde: = espessura na saída E E = espessura do acabado Considerando-se uma massa qualquer de produção: = ou: E d onde: E E. Rs d Conhecendo-se a densidade do polietileno a 150°C e o coeficiente de dilatação térmica do mesmo no estado fundido é possível tabelar os valores de do/d em polietileno. Sendo estes valores muito próximos, podemos assumir: do Então: d Num filme teoricamente balanceado quanto às orientações em ambas as direções de extrusão, temos: ou Rs ou E Simplificando, o que se busca quando se elabora um filme é o balanceamento das orientações transversal e longitudinal. Assim, quando se aquece esse filme liberam-se as tensões e as orientações moleculares nas duas direções. Conseguindo-se contrações aproximadamente iguais. INFLUENCIA DA ABERTURA LABIAL DA MATRIZ (MM) NA (%) CONTRAÇÃO CASO 1: RAZÃO DE SOPRO = 2,8 CASO 2: RAZÃO DE SOPRO = 3,5 RS = 2,8 RS = 3,5 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 DM 30 30 DT 20 20 10 10 0 0 1 mm 2 mm Filme de 80% PEBD + 20% PEBDL C4 Espessura = 70 micra Produção 95 kg/h 42</p><p>Analisando os graficos acima percebemos que o aumento na abertura labial gera uma diminuição da contração na direção transversal. ABERTURA DA MATRIZ (MM) X (%) CONTRAÇÃO 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 DM 30 30 DT 20 20 10 10 0 0 RS 2,8 RS 3,5 RS 2,8 RS 3,5 Die gap=1 Die Filme de 80% PEBD + 20% PEBDL C4 Espessura = 70 micra Produção 95 kg/h. Analisando os gráficos acima se confirma à redução da contração na direção DM quando se aumenta a razão de sopro, aumentando os valores de contração na DT. Abreviações referentes a tabela de propriedades dos Filmes Não varia be Propriedade melhora significativamente Propriedade melhora moderadamente Propriedade atinge a um máximo e deteriora-se moderadamente V Propriedade deteriora-se moderadamente * Propriedade deteriora-se significativamente Tabela da correlação entre propriedades na extrusão de Filmes 43</p><p>Eliminação de problemas - SUGESTÕES Durante a transformação do PEAD-APM, pelo processo de extrusão tubular, alguns problemas Aumenta-se Estabilidade Estiramento Uniformidade Planicidade Balanço Resistência Resistência do Balão do filme de espessura do filme DM/DT ao Impacto rasgamento Temperatura A V A da massa A A Altura da A A linha de ce neve Razão de V V Inflagem Abertura da * V V V Matriz V Diâmetro da A A V V V Matriz Velocidade V V V V de Puxamento poderão ocorrer, cujas causas prováveis e soluções recomendadas, estão listadas na tabela a seguir: Tolerâncias estiramento (Razão de Sopro): PEBD 2:1 / 4:1 PEAD - 2,5:1 / 5,5:1 Obs. Estes valores podem ser alterados em função de algumas propriedades intrínsecas destes materiais. Relação de inflagem ou insuflamento (sopro) - RS RS = Diâmetro do Balão Diâmetro da Matriz Reiação de estiragem (RE) RE = Abertura do lábio Espessura do filme Onde RE deve ser < ou = 50 Largura do filme (LF): LF - 0 Balão LF - perímetro do diâmetro: 2 Diâmetro do balão: Diâmetro da matriz: Balão = LF Matriz = Balão RS 1,57 7.6 - FILME SOPRADO: UM ESTUDO DE CASO A maioria dos filmes soprados é feita a partir de alguma forma de polietileno (PE), mas ns Europa o polibutileno (PB1) tem sido utilizado na produção de filmes por ser mais barato. No entanto, ele não mantém propriedades físicas sem alterar as condições de processamento. 44</p><p>A identificação das condições de processamento apropriada é geralmente feita pela abordagem tentativa e erro ou por experimentos estatísticos. Se um modelo de filme soprado estivesse disponível ou se pudessem aplicar conceitos de analise dimensional, então poderia ser possível encontrar condições de processamento apropriadas sem realizar uma serie de experimentos caros. Grãos poliméricos são alimentados na extrusora, na qual ocorrem à fusão, homogeneização, e bombeamento. O derretimento passa através de um molde, que é projetado para submeter o derretimento tanto a uma deformação uniforme quanto a um histórico térmico. O é sobrado no centro do molde para expandir a bolha derretida para orientar as moléculas em direção transversal à extrusão. Ao mesmo tempo, a bolha esta sendo estirada porque a velocidade de puxamento é maior do que a velocidade média da matéria derretida deixando o molde. O estiramento ocorrido nas duas direções controla o grau de orientação das moléculas e, portanto, afeta as propriedades Ar refrigerado é soprado ao longo da bolha através de um anel de ar que é colocado em volta do exterior do molde. Isso causa a solidificação ou cristalização do filme, e o fechamento na orientação dada pelo processo de estiramento biorientado. O filme é então colocado sobre um rolo (cilindro) e é embobinado para se fazer um filme plano, ou selado e cortado para se fazer sacos. Tabela 1.1 Espessura do Filme Abertura da Matriz Comprimento do Paralelo (in.) mm (in.) mm in.) 0.015 0,38 38 50,8 25,4 50,8 0.018 0.023 0,46 ~0,58 38 2-7 0.028-0.32 0,71 ~0,81 1 25,4 0.040-0.050 1,02 ~1,27 1 25,4 1,27 ~1,52 mm 25,4 Obs: 1 in (polegada) = 25, 4 mm. Tabela 1.1 Recomendações de matrizes para o filme do com uma razão de sopro de 2,4 a 2,8 a uma temperatura de fusão de 370°F a 390°F. Agora vejamos alguns dos fatores que afetam as propriedades físicas do filme soprado.A recomendações para a abertura labial do vão da matriz e para a espessura do filme são dadas na tabela 1.1. Fica claro porque o vão do molde é maior que a espessura desejada do filme ao tempo que o filme está direcionado a criar orientação molecular. O que não fica claro é porque é recomendado que a área da matriz seja diminuída ao passo que o vão da matriz cresce. As propriedades físicas baseadas na força de estiramento do filme são afetadas pelo comprimento da área do molde como é mostrado na figura 1.14. 45</p><p>2000 land length 1500 mil 1" land length 1000 Land Length = Comprimento do paralelo 500 2.0 mil Obs.: 1 mil = 25,4 / 2 mil 50,8 0 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.7 Razão de Sopro Figura 1.14 Efeito da matriz anular (comprimento, extensão) sobre a resistência do filme de polibuteno extirado à taxa de 10m/ min para duas espessuras diferentes de filmes. Aqui, a força do estiramento é impressa contra a razão de sopro (BUR), que é a razão de sopro do diâmetro final do balão ao diâmetro da matriz. É observado que existe uma diferença da força de estiramento na espessura de 2.0 X 10-3 polegadas quando a área da matriz é diminuída de 1.5 polegadas para 1.0 polegada. Uma razão para esse resultado é que ocorre mais "expansão da matriz" para o molde de polegadas de comprimento e uma razão mais estendida é necessária para levar o filme a 2.0 10-3. Isso leva a uma maior orientação de moléculas ao longo da direção no caso do molde de 1.5 polegadas de comprimento. Por fim, o efeito do vão do molde na força do estiramento medida ao longo do comprimento do filme (direção da máquina) e da circunferência do filme (direção transversal) é mostrado na tabela 1.1. Aqui, nós vemos que a força do estiramento na direção transversal diminui significativamente com o aumento no vão do molde, enquanto na direção da máquina, o efeito também é significativo, mas longe de ser grande. Novamente, não fica claro o que causaria as perdas de propriedades em ambas as direções e ao longo que o vão do molde aumenta, a não ser que o tempo mais longo para o relaxamento molecular seja suficiente para aumentar o tempo de resfriamento do filme. Fatores além da orientação devem estar envolvidos no controle das propriedades, por exemplo, o acúmulo de cristalização e o tamanho das regiões das esferas podem também ter um papel importante. Tabela 1.2 (FPM) Resist. na Ruptura Resist. no Elongação na RI Queda Resist. ao Rasgo Velocidade da (g/mil) Escoamento (g/mil) Ruptura (%) de Dardo (g/mil) Linha MD TD MD TD MD TD MD TD 14 4800 5000 2000 2000 220 260 350 1700 550 20 4600 3700 2100 2000 160 230 280 1500 550 30 5500 2800 2500 1900 110 170 190 680 390 40 6600 2300 3000 1900 80 150 90 80 270 MD Orientação na Direção de Extrusão TD = Orientação na Direção Transversal 46</p><p>Tabela 1.2 Linha de velocidade X propriedades do FBI. FPM = Pé por minuto = Velocidade da Linha Break Strength = Resistência a Ruptura Ultimate Elongation = Alongamento na Ruptura Dart Drop = Resistência ao Impacto por queda de Dardo Tear Strength = Resistência ao Rasgo A temperatura de extrusão do conteúdo derretido é observada (fig. 1.16) para ter um efeito significativo nas propriedades físicas enquanto a força de estiramento em ambas as direções aumenta com o aumento da temperatura do conteúdo derretido. Isso provavelmente é o esperado para baixar os níveis de orientação como resultado de níveis mais baixos de pressão no conteúdo derretido e tempos de relaxamento mais curtos, permitindo um relaxamento mais rápido das orientações moleculares na direção de extrusão. 1000 Figura 1.15 Efeito da abertura 800 Espiral da matriz sobre a MD resistência do filme de polibuteno 600 puxado à taxa de 10m/ mim. A 400 espessura do filme é 0,002 polegadas, e a razão de sopro é 200 TD 2,8. 20 22 24 26 28 Abertura Labial (Mil) 700 600 Figura 1.16 Efeito da MD temperatura de fundido sobre a 500 resistência do filme de polibuteno 400 prensado à taxa de 10m/ mim. 300 TD A espessura do filme é 0,002 200 polegada, e a razão de sopro é 2,8. 100 330 340 350 360 370 380 A linha de velocidade, dada por pés por minuto (ppm), como mostrado na tabela 1.2, tem um efeito bem significativo nas propriedades. Por exemplo, enquanto a linha de velocidade aumenta de 14 pés por minuto, a força na direção da máquina cresce de 4.800 g/mil para 6.000 g/mil, mas diminui na direção transversal de 5.000 g/mil para 2.300 g/mil. (Um 1.000 = 0.001 polegadas). Isso é associado ao grau de comunicação molecular. Quanto mais orientadas as moléculas estão na direção da máquina, mais fortes os filmes são, mas mais fraca fica a força do estiramento nesta direção. As outras propriedades dadas aqui podem ser explicadas por argumentos similares. A razão de sopro pode ser usada para se obter um equilíbrio maior de propriedades conforme figura 1.17. Conforme cresce a razão de sopro, as propriedades do estiramento se tornam mais uniformes em ambas as direções. A orientação biaxial (orientação de moléculas em duas direções) é gerada no processo de sopro e isso leva a mais propriedades uniformes. 47</p><p>1200 1000 MD 800 Figura 1.17 - Efeito da taxa de 20 600 sopro sobre a resistência do TD 400 filme medida nas direções de 200 máquina (MD) e transversal (TD). 0 1.2 1.4 2 2.2 2.4 2.6 2.8 Razão de Sopro Como pode se imaginar, o processo de sopro é muito difícil de ser modelado, desde então pouquíssimos desenhos (modelos) têm sido Apesar do modelo completo deste processo estar além do nível desta apostila o exemplo serve para ilustrar que as propriedades de um material polimérico dependem altamente das condições de processamento e para destacar alguns dos problemas enfrentados pelos engenheiros. Para desenvolver um processo de polímero deve-se considerar além da quantidade de material por unidade de tempo que pode ser produzida, a qualidade das propriedades deste material. 7.7 LINHA DE NEVE É uma zona de transição que forma uma linha divisória tênue entre o estado fundido e o estado sólido do filme, SÓLIDO pode ser definida como a região onde se encontra o maior diâmetro do balão. A importância da altura onde ocorre essa transição deve-se a manutenção das orientações que o material fundido traz de dentro da FUNDIDO extrusora. O processo de extrusão provoca uma orientação excessiva das moléculas na direção do fluxo (DM), uma linha de neve baixa (conseguida com alto nível de refrigeração externa do balão), conserva esta orientação, ou seja, alta orientação na DM. Já uma baixa refrigeração externa do balão levara a uma linha de neve alta que provocará a perda da orientação no sentido de extrusão, aumentando a contração na direção transversal (DT). Conforme figura abaixo: Exemplo da orientação molecular provocada pela variação da altura da linha de neve. BAIXA ADEQUADA ALTA 48</p>