IMPROVING TWIN-SCREW COMPOUNDING OF REINFORCED POLYOLEFINS
O avanço nas propriedades mecânicas de compostos de poliolefina tornou-se uma prioridade nas aplicações industriais. Com requisitos cada vez mais exigentes, como maior resistência à tração, resistência ao calor e modulação de flexibilidade, é essencial entender como as propriedades dos materiais podem ser modificadas através do uso de reforços como fibras e preenchimentos minerais. Neste contexto, a tecnologia de extrusão de dois parafusos tem se mostrado crucial para a fabricação de compostos avançados, permitindo melhorias significativas nas características dos produtos finais.
DESAFIOS NO PROCESSAMENTO DE COMPOSTOS REFORÇADOS
As propriedades dos compostos de poliolefina mudam significativamente com a adição de fibras e minerais. Por exemplo, a incorporação de carbonato de cálcio em polietileno (PE) aumenta a resistência à tração e o módulo de flexão, mas reduz a elongação final. Isso apresenta um grande desafio na formulação de compostos, onde o objetivo é equilibrar a resistência e a maleabilidade para adequar-se a aplicações específicas. É aqui que a tecnologia de extrusão de parafusos duplos se torna fundamental, pois facilita uma mistura mais homogênea e a distribuição uniforme de aditivos dentro da mistura polimérica.
Além do balanceamento de propriedades, a escolha dos preenchimentos deve considerar fatores como a distribuição do tamanho de partículas, a energia de superfície e o tratamento da superfície. Esses fatores impactam diretamente a compatibilidade do material com o polímero base e, consequentemente, afetam a funcionalidade e a performance do produto final. Um elemento chave é o “aspect ratio” (relação entre comprimento e espessura das partículas), que influencia se um filler atua apenas como um extensor ou se realmente proporciona reforço ao composto.
PROCESSAMENTO DE PREENCHIMENTOS MINERAIS
Os preenchimentos minerais, como carbonatos, caulim e talco, oferecem diferentes melhorias nas propriedades mecânicas dos compostos de poliolefina. O carbonato de cálcio, por exemplo, é amplamente utilizado em embalagens de alimentos, não apenas para reforço, mas também para aprimorar as propriedades de barreira e a impressão na superfície do material. Kaolin, com sua natureza não reforçante geralmente, pode melhorar as propriedades elétricas quando adicionado a compostos reforçados com vidro.
Tanto o mica quanto o hidróxido de magnésio são utilizados para melhorar a resistência e o módulo de flexão. No entanto, conforme a carga de enchimento aumenta, a resistência ao impacto pode diminuir. É essencial adaptar o método de alimentação do enchimento à estrutura do processo. As opções incluem adicionar todos os preenchimentos na etapa inicial ou em diferentes momentos ao longo da extrusão, otimizando a mistura e prevenindo a formação de aglomerados indesejados que podem comprometer o desempenho do material.
TELEMETRIA DE ALIMENTAÇÃO E ENHANCEMENT TECHNOLOGY (FET)
A eficiência do processo de extrusão pode ser significativamente incrementada através da implementação de tecnologias como a FET. Essa tecnologia melhora a capacidade de alimentação em zonas de escorçamento de materiais de baixa densidade, permitindo a produção de compostos com altas cargas de enchimento a taxas de produção econômicas. A FET aumenta o coeficiente de atrito na área de alimentação, evitando a deslizamento de materiais na parede do cilindro, o que é fundamental para o sucesso da formulação.
Por meio de uma seção de cilindro projetada especialmente, o material é mantido em contato constante com a parede, criando uma “camada de filtro” que melhora a eficiência de alimentação e a densidade do pó. Isso é particularmente valioso ao processar enchimentos de baixa densidade, permitindo taxas de produção mais elevadas e reduzindo o consumo de energia por unidade de produto, ao mesmo tempo que minimiza o risco de degradação do material.
PROCESSAMENTO DE FIBRAS REFORÇADAS
A incorporação bem-sucedida de fibras com altas relações de aspecto depende de uma série de fatores que influenciam o desempenho do compounding. Isso inclui separar a operação de mistura disipativa da mistura distributiva, garantindo que as fibras sejam alimentadas após a fase de fusão do polímero. Adicionalmente, a configuração correta do parafuso é crucial para manter o comprimento das fibras, evitando a degradação durante o processamento.
Elementos misturadores, como os projetados com múltiplos dentes, são eficazes em promover a mistura distributiva ao mesmo tempo em que minimizam a quebra das fibras. A utilização de elementos ZME demonstrou benefícios em preservar o comprimento das fibras e melhorar a eficiência do processamento, embora ainda sejam necessárias mais pesquisas para correlacionar diretamente a estrutura do elemento com as propriedades físicas do material resultante.
PERFORMANCE DE VENTILADO A VÁCUO
A ventilação a vácuo em extrusoras de parafuso duplo é uma abordagem crítica para eliminar vapores e melhorar a qualidade do produto final. A fouling da ventilação é um dos principais desafios, pois pode resultar em contaminação e perda de produção. A implementação do sistema de desgasificação lateral ZS-EG pode aliviar esses problemas, permitindo altas taxas de produção sem comprometer a qualidade do composto.
Este sistema não apenas evita a entrada de material de volta pelo ventilador, mas também melhora a eficiência ao manter o material no espaço de processamento, maximizando a taxa de produção. Com a ventilação a vácuo, os operadores podem focar em outras partes do processo de compounding, aumentando eficiência e reduzindo o risco de complicações como a formação de partículas indesejadas que podem afetar a qualidade do produto final.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Melhorar a extrusão de compostos de poliolefina reforçados exige uma compreensão profunda das interações entre polímero, aditivos minerais e fibras. A escolha correta da tecnologia de alimentação, design do parafuso e processo de ventilação pode fazer uma diferença significativa nas propriedades mecânicas finais e na eficiência do processo. À medida que as demandas do mercado continuam a evoluir, a pesquisa contínua e a inovação nas técnicas de compounding serão fundamentais para atender às crescentes expectativas de desempenho e sustentabilidade dos materiais poliméricos.
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