Escolhendo o melhor processo de extrusão para aplicações de embalagens de ráfia e tecido

Volker Schöppner | 28 de julho de 2017

Nos últimos anos, ocorreram muitos desenvolvimentos importantes no setor de ráfia e embalagens tecidas, incluindo avanços em resinas, aumento da capacidade das linhas de extrusão e melhorias na velocidade do processo. Contudo, os custos das matérias-primas e da energia continuam a ser motivo de preocupação. O uso de cargas minerais, como masterbatch de carbonato de cálcio (CCMB), pode melhorar a produtividade e reduzir custos.

Um grande dilema para os processadores é escolher o equipamento adequado – seja uma extrusora de bucha lisa ou ranhurada – ao usar uma alta porcentagem de CCMB. Um fator importante na seleção da extrusora é compreender o efeito da adição da carga/CCMB a uma matriz polimérica, o que altera significativamente as propriedades de processamento.

Antes de discutir o efeito dos níveis de dosagem de CCMB ao usar extrusoras de bucha lisa e ranhurada, é importante definir alguns termos:

A adição de CCMB também afeta a densidade e a viscosidade da matriz polimérica resultante.

Resumindo, a adição de CCMB ao polímero afeta a condutividade térmica, o calor específico, a densidade e a viscosidade da matriz polimérica resultante.

A matriz polimérica resultante de poliolefina e CCMB reduziu a viscosidade, pois o aumento do atrito interno das partículas de CaCO3 na matriz polimérica aumenta o cisalhamento, reduzindo a viscosidade do fundido. Mudanças na viscosidade aumentam a tensão de cisalhamento na extrusora, que é a principal base da conversão de energia mecânica em térmica em uma extrusora de parafuso único. O CaCO3 no PP acelera a transferência de calor e reduz a quantidade de energia necessária para aquecer ou resfriar a mistura. Assim, o calor se espalhará mais rapidamente em uma matriz polimérica com maior percentual de CCMB.

Para resumir, um enchimento/CCMB superior na matriz polimérica:

Extrusoras de parafuso único transportam pellets de polímero por fricção. Em virtude do seu contato com os pellets, o cano arrasta o material sobre a rosca contra a hélice, avançando os pellets. Em uma extrusora equipada com uma bucha lisa, os pellets agem como rolamentos de esferas: como o contato entre o cilindro e a superfície do pellet é mínimo, ocorre um deslizamento significativo, fazendo com que os pellets caiam e deslizem. Como a taxa de compressão é a principal responsável pelo transporte dos pellets, ela deve ser mantida no lado mais alto. Os pellets seguem um caminho helicoidal na seção de transporte de sólidos do parafuso de bucha lisa e são empurrados ao longo de uma hélice do parafuso, seguindo um caminho lento e sinuoso.

Além disso, existe uma pressão muito baixa na zona de transporte de sólidos de uma extrusora de casquilho liso. Normalmente, a pressão aumenta através da seção de fusão da rosca e atinge seu ponto mais alto no final da transição. Assim, existe uma limitação no aumento de pressão em extrusoras de bucha lisa.

É bem conhecido que aumentar a velocidade da rosca usando um cilindro de bucha liso tende a aumentar a temperatura de fusão. A seção de compressão da rosca é em grande parte responsável pelo aumento da temperatura do fundido. Olhando para o baixo rendimento específico da máquina de bucha lisa, a temperatura de fusão torna-se uma limitação ao usar altas velocidades de rosca.

Em uma bucha ranhurada, múltiplas ranhuras são adicionadas ao furo do cilindro sob a tremonha e na zona de transporte de sólidos. Os pellets ficam presos nas ranhuras e avançam contra a hélice do parafuso. Isto aumenta substancialmente o transporte dos pellets, à medida que avançam nas ranhuras pelo impulso da hélice do parafuso. Mesmo com taxas de compressão normalmente baixas, uma extrusora de bucha ranhurada atinge um transporte de material fundido específico mais alto em comparação com uma extrusora de bucha lisa.

Além disso, a seção de alimentação ranhurada gera alta pressão de bombeamento devido ao aumento na capacidade de transporte. Assim, em uma extrusora de bucha ranhurada, a geração de pressão não é mais uma função da seção de medição da rosca. A seção ranhurada também produz uma grande quantidade de calor/energia baseada em fricção para fusão, resultando em intenso resfriamento de água e remoção excessiva de calor. Esta alta saída específica relacionada à velocidade da rosca ajuda a atingir uma baixa temperatura de fusão. Consequentemente, porcentagens variadas de masterbatches de enchimento de cálcio em diferentes polímeros de base [PE ou PP ou qualquer outra resina transportadora elastomérica] em misturas de PP ou HDPE para extrusão resultam em melhor consistência do processo e qualidade do produto fundido usando uma bucha de alimentação ranhurada.