Roscas para extrusoras

O nível de produção de uma extrusora mono-rosca está frequentemente limitado pela capacidade de plastificação. A capacidade de plastificação de uma rosca depende das propriedades do plástico, das condições de processamento, e em particular da geometria da rosca. Uma vez que a capacidade de plastificação é prevista, a rosca pode ser desenhada para correspondê-la.


A rotação da rosca plastifica, com a ajuda do calor e da pressão a uma taxa de fluxo controlada, e transporta o material fundido para ser bombeado através da matriz. O plástico nos canais da rosca está sujeito a mudanças durante a operação. Cada operação da rosca sujeita o plástico a diferentes situações térmicas e de cisalhamento. Consequentemente, o processo de plastificação se torna bastante complexo. Porém, isso é controlável dentro dos limites do equipamento e da capacidade do material.

Zonas de uma rosca
Zonas de uma rosca


Uma velocidade de rosca fixa, passo da rosca, e profundidade do canal determina a vazão. Uma rosca com canal profundo é muito mais sensível a mudanças de pressão que uma de canal raso. Na faixa de menor pressão, o canal profundo proverá maior vazão; entretanto, ocorre o inverso a altas pressões. Canais rasos tendem a fornecer melhores padrões de homogenização e fluxo. Portanto, apesar de a rosca parecer um dispositivo simples, ela realiza diferentes operações com suas três zonas: (1) alimentação do material sólido; (2) transição e compressão do material fundido; e (3) homogenização da mistura e dosagem.
Comportamento do plástico dentro da rosca
Comportamento do plástico dentro da rosca


Na figura de exemplo é possível verificar o comportamento do plástico dentro da rosca. Percebe-se que o granulado se acumula no filete traseiro do sulco e dali para a frente começa a derreter. O material que se encontra encostado na parede do canhão, funde por condução de calor (pelas resistências e o atrito durante o giro da rosca); enquanto aquele encostado no filete a frente do sulco sofre um cisalhamento maior.

Na zona de fusão, o colchão de plástico sólido é geralmente pressionado contra o filete da rosca formando uma espécie de filme entre o colchão de material e o canhão.

Informações hipotéticas sobre roscas são dadas na Tabela 1 para roscas curtas. Ela fornece exemplos de variações em roscas de mesmo L/D para o processamento de alguns plásticos.

TABELA 1: TAMANHOS DE ROSCA PARA DIFERENTES PLÁSTICOS

Dimensões (cm) PVC Rígido PSAI PEBD HDPE PA
Diâmetro 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5
Comprimento total 229 229 229 229 229         
Zona de alimentação (A) 34,3 68,5 57 91,4 171,5
Zona de compressão (C) 194,3 45,7 114,3 45,7 11,4
Zona de dosagem 0 114,3 57 91,4 45,7
Profundidade (C) 0,5 0,36 0,32 0,39 0,32
Profundidade (A) 1,5 1,5 1,5 1,6 1,6

Vantagens de uma rosca de curto L/D incluem:

1) menor tempo de residência no canhão, assim plásticos sensíveis ao calor têm menos chances de degradação;
2) ocupa menos espaço;
3) requer menos torque, reduzindo a necessidade de potência do motor; e
4) requer um investimento inicial e de reposição pequeno.

Vantagens de uma rosca de longo L/D incluem:

1) pode ser projetada para uma grande vazão, desde que a extrusora tenha torque suficiente.
2) pode ser projetada para vazão mais uniforme e melhor mistura;
3) bombeia a altas pressões e fornece grande fusão do material com pouco cisalhamento; e
4) promove uma melhor condução de calor do canhão.

Taxa de Compressão

A taxa de compressão (TC) nada mais é que o volume inicial na zona de alimentação dividido pelo volume na zona de dosagem, mensurados pela profundidade dos sulcos nessas duas zonas. O ideal é que a TC seja alta o suficiente para comprimir o plástico sólido-amolecido a ponto de se transformar em um plástico completamente líquido-fundido e sem bolhas de ar. A TC também deve ser alta quando se trabalha com material reciclado, pó e plásticos carregados que tendem a amortecer a pressão. Mas deve ser baixa quando se trabalha com plásticos mais sensíveis como o PVC para evitar sua degradação ou endurecimento dentro do canhão. A Tabela 2 exibe um guia geral de taxas de compressão.

TABELA 2: EXEMPLOS DE TAXAS DE COMPRESSÃO PARA DIFERENTES PLÁSTICOS
Roscas de baixa taxa de compressão (1,2 a 1,8) Acrílico
Acrílico multipolímero
ABS e SAN
PVC rígido
Roscas de média taxa de compressão (2 a 2,8) Poliacetal
Celulósicos
Nylon
Poli(óxido de fenileno) (Noryl)
Policarbonato
Polietileno (de média a baixa fluidez)
Polipropileno (de média a baixa fluidez)
PS e PSAI
PVC flexível
Roscas de alta taxa de compressão (3 a 4,5) Poliacetal (de alta fluidez)
Fluoroplásticos
Nylon (de alta fluidez)
PEAD e outros polietilenos de alta fluidez
Polipropileno (de média a alta fluidez)


Bibliografia:
HARPER, Charles A.; PETRIE, Edward M. Plastics Materials and Process: A Concise Encyclopedia. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2003.
CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos Polímeros: Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2.ed. São Paulo: Artliber Editora, 2002.
WIEBECK, Hélio; HARADA, Júlio. Plásticos de Engenharia: Tecnologia e Aplicações. São Paulo: Artliber Editora, 2005.

Artigo revisado em 16/01/2011
Sobre o autor: Daniel Tietz Roda é Tecnólogo em Produção de Plásticos formado pela FATEC/ZL e Técnico em Projetos de Mecânica pela ETEC Aprígio Gonzaga. Trabalhou na área de assistência técnica e desenvolvimento de plásticos de 2008 até 2013 e atualmente é proprietário do Tudo sobre Plásticos.
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