Estratégias de Extrusão Abordam Excesso de Temperatura para Melhor Controle

A extrusão, a espinha dorsal da fabricação de plástico, enfrenta um desafio persistente: a ultrapassagem da temperatura do cilindro. Este fenômeno, onde as temperaturas reais excedem os valores predefinidos, apesar dos esforços de resfriamento, assola as linhas de produção em todo o mundo, comprometendo a eficiência, a qualidade do produto e o consumo de energia.

A ultrapassagem da temperatura do cilindro se manifesta de várias maneiras:

• Ultrapassagem global: Todas as zonas de aquecimento excedem as temperaturas alvo
• Ultrapassagem localizada: Zonas específicas (particularmente perto da matriz) ficam quentes
• Ultrapassagem flutuante: As temperaturas oscilam acima dos pontos de ajuste
• Ultrapassagem sustentada: Elevação persistente da temperatura resistente ao resfriamento

Múltiplos fatores contribuem para a ultrapassagem da temperatura:

• Aquecimento por cisalhamento: A energia mecânica se converte em calor durante o processamento do polímero
• Baixa condutividade térmica: Os polímeros resistem à transferência de calor, criando pontos quentes internos
• Ineficiências de resfriamento: Dissipação de calor inadequada das superfícies do cilindro
• Defeitos no projeto da rosca: Seções de compressão ou mistura inadequadas concentram o calor
• Parâmetros do processo: Velocidades de rosca ou taxas de alimentação excessivas geram excesso de calor

As abordagens de resfriamento padrão geralmente exacerbam o problema:

• Os sistemas de acionamento da extrusora normalmente superam a capacidade de resfriamento em 4 a 20 vezes
• As propriedades isolantes do polímero impedem o resfriamento interno eficaz
• O excesso de resfriamento aumenta a viscosidade, exigindo mais entrada de energia

Isso cria um ciclo vicioso: o resfriamento aumenta a viscosidade, exigindo maior torque, o que gera mais calor de cisalhamento.

O processo de extrusão converte energia elétrica em energia mecânica em energia térmica:

• O torque de acionamento depende da viscosidade da massa fundida
• Polímeros de menor viscosidade exigem menos torque, mas transferem menos energia
• O resfriamento afeta a viscosidade, alterando os requisitos de energia

As relações temperatura-viscosidade variam de acordo com o polímero:

• O coeficiente de consistência quantifica a dependência da viscosidade-temperatura
• Os modelos de lei de potência descrevem o comportamento de fluxo da maioria dos polímeros
• As mudanças de viscosidade variam de 10 a 1.080 poise por °C em polímeros

• Moderar as velocidades da rosca para equilibrar a produção e a geração de calor
• Otimizar as taxas de alimentação para manter um fluxo estável
• Ajustar a contrapressão para minimizar o aquecimento por resistência

• Atualizar os sistemas de resfriamento com manutenção adequada
• Implementar projetos de rosca que distribuam o aquecimento por cisalhamento
• Considerar o isolamento do cilindro para estabilidade térmica

• Escolher polímeros com propriedades térmicas favoráveis
• Considerar os perfis de viscosidade-temperatura ao selecionar resinas

Uma instalação de fabricação abordou a ultrapassagem crônica da temperatura por meio de:

• Reduzir a velocidade da rosca em 15%
• Limpar e otimizar os canais de resfriamento
• Instalar uma rosca com zona de compressão estendida
• Melhorar a ventilação da oficina

Essas mudanças reduziram as flutuações de temperatura em 60% e melhoraram a consistência do produto.

O controle eficaz da temperatura requer a compreensão da dinâmica da energia, das propriedades dos materiais e das interações do processo. Em vez de depender do resfriamento agressivo, os fabricantes devem adotar estratégias abrangentes que abordem as causas raízes, mantendo a estabilidade do processo e a eficiência energética.