O que causa o acúmulo de matriz na extrusão de plástico e como evitá-lo?

A acumulação na matriz, muitas vezes referida como baba da matriz, sangramento da matriz ou saída da placa, é um desafio frequente na extrusão de plástico que pode comprometer a qualidade do produto e prejudicar a eficiência da produção. Este fenómeno ocorre quando o material se acumula na matriz, particularmente na saída da matriz ou perto dela, devido a factores como a conceção da matriz, propriedades dos materiais¹ou condições do processo. A compreensão das suas causas e a implementação de estratégias de prevenção eficazes são essenciais para garantir processos de extrusão sem problemas e de alta qualidade.

A formação de matrizes na extrusão de plásticos é impulsionada principalmente por geometria de saída da matriz²As propriedades do material e as condições do processo, como a pressão e a velocidade elevadas, podem ser atenuadas através de uma conceção optimizada do molde, dos auxiliares de processo e do controlo do material.

O que causa o acúmulo de matriz na extrusão de plástico?

A acumulação na matriz resulta de uma combinação de factores que interagem durante o processo de extrusão. Aqui está um olhar mais atento aos principais culpados:

• Geometria de saída do molde: A forma e o ângulo da saída da matriz influenciam significativamente a acumulação. A investigação mostra que as arestas vivas ou as saídas convergentes da matriz, como um ângulo de 90°, podem aumentar a acumulação do lábio da matriz (DLBU). Em contrapartida, uma saída chanfrada (por exemplo, 15° para o PEAD) pode reduzi-lo, aliviando a pressão e a velocidade da fusão. Mesmo pequenas imperfeições, como um pequeno raio de 0,010 polegadas na saída da matriz, podem desencadear o rasgamento da superfície e a acumulação com certos polímeros Efeito da geometria da saída da matriz no fenómeno de baba interna da matriz durante a extrusão linear de PEAD fundido; Matrizes mais afiadas tornam as extrusões mais suaves | Tecnologia de Plásticos.

• Propriedades do material: Os polímeros com aditivos, inorgânicos ou distribuições de peso molecular alargadas (MWD) são particularmente susceptíveis. Por exemplo, a humidade no material pode acelerar a separação de componentes sob condições de cisalhamento e temperatura elevadas, levando à acumulação. Materiais como o HDPE são propensos a este problema devido à degradação induzida termicamente que aumenta a elasticidade da fusão NOVA-Chem-Tech-Bulletin-Die-Lip-Buildup-FINAL.pdf; Investigação do fenómeno de baba da matriz para a fusão de polímeros HDPE.

• Condições do processo: A pressão e a velocidade elevadas da massa fundida podem criar vácuos ou vórtices que atraem os componentes mais leves para os bordos da matriz, exacerbando a acumulação. Isto é especialmente evidente em extrusões de alta velocidade ou no processamento de materiais com perfis reológicos variáveis.

Como evitar a acumulação de matrizes?

A prevenção da acumulação de cimento requer uma abordagem proactiva e adaptada. Aqui estão algumas estratégias comprovadas:

• Otimizar a conceção da matriz: Ajustar a saída da matriz para uma forma divergente, como um chanfro de 15° para PEAD, reduz a pressão e a velocidade da fusão, minimizando o acúmulo. É aconselhável testar primeiro essas modificações em equipamentos menores e consultar os fabricantes de máquinas NOVA-Chem-Tech-Bulletin-Die-Lip-Buildup-FINAL.pdf.

• Utilizar ajudas ao processo: Os aditivos que reduzem a fratura da massa fundida também podem atenuar a acumulação na matriz, oferecendo uma solução flexível sem grandes alterações no equipamento.

• Controlo da humidade do material: A secagem dos materiais a menos de 0,05 wt% de humidade evita a separação e a acumulação, particularmente em misturas de polímeros. A combinação de componentes com perfis reológicos semelhantes reduz ainda mais os riscos.

• Aplicar revestimentos de matrizes: Os revestimentos metálicos uniformes no interior do molde resistem à abrasão e à aderência do polímero, embora possam necessitar de um novo revestimento periódico.

• Manutenção e limpeza regulares: Um programa de rotina para inspecionar e limpar a matriz evita que a acumulação aumente, incluindo a verificação do desgaste e a garantia de um alinhamento correto.

Quais são os materiais mais comuns afectados pela acumulação de matrizes?

Alguns materiais são mais propensos a acumulação de coto³ devido às suas caraterísticas intrínsecas. Eis um resumo:

• HDPE (Polietileno de Alta Densidade): Altamente suscetível devido à dilatação da matriz e aos efeitos da degradação térmica em elasticidade da fusão⁴.

• LDPE (Polietileno de Baixa Densidade): Moderadamente afetado, frequentemente ligado às propriedades de fluxo e à humidade.

• PP (polipropileno): Varia consoante o grau, com um MWD mais amplo a aumentar a suscetibilidade.

• Misturas de polímeros: Risco elevado devido à separação de componentes sob ação do cisalhamento e da temperatura.

Quais são os passos para resolver o problema da acumulação de matrizes?

Quando se verifica uma acumulação de matrizes, uma abordagem estruturada pode identificar e resolver o problema:

1. Isolar a fonte: Remover os componentes da mistura individualmente para identificar o material culpado.

2. Substituir o polímero primário: Testar um polímero diferente para determinar se o problema é específico do material.

3. Inspecionar a saída da matriz: Verificar se há desgaste, danos ou geometria incorrecta que contribua para a acumulação.

4. Avaliar uma saída mais ampla da matriz: Utilizar temporariamente uma saída mais ampla para avaliar o papel da geometria.

5. Analisar a composição do build-up: Examinar a acumulação para identificar os componentes acumulados e ajustar a formulação.

Conclusão

O acúmulo de matriz na extrusão de plástico é um desafio complexo que afeta a qualidade e a eficiência do produto. Ao abordar as suas causas - geometria da saída da matriz, propriedades do material e condições do processo - e ao aplicar soluções como a conceção optimizada da matriz, ajudas ao processo e controlo do material, os fabricantes podem manter o problema sob controlo. A manutenção regular e a resolução sistemática de problemas asseguram ainda mais o bom funcionamento das operações.