Quais são os princípios científicos subjacentes à extrusão de plástico?

A extrusão de plástico transforma o plástico bruto em formas contínuas utilizando calor e pressão, uma técnica vital para a criação de vários produtos como tubos, folhas e películas.

A extrusão de plásticos funde polímeros e empurra-os através de uma matriz para obter formas contínuas, fabricando eficazmente artigos como tubos, folhas e películas.

Compreender a extrusão de plástico é fundamental para otimizar os processos de fabrico. Este método permite a criação de diversos perfis de plástico. Aprofunde-se para explorar como as diferentes técnicas de extrusão podem beneficiar a sua linha de produção.

Quais são os princípios básicos da extrusão de plástico?

A extrusão de plástico é um processo de fabrico fundamental que molda e dá forma aos materiais em produtos utilizados em várias indústrias. Através de aquecimento e extrusão controlados, o plástico em bruto é transformado em artigos versáteis, como tubos, películas e folhas.

A extrusão de plástico funde e molda o plástico através de uma matriz, produzindo produtos contínuos como tubos. Os principais componentes incluem a extrusora, a matriz e o sistema de arrefecimento, cruciais para um fabrico eficiente nas indústrias automóvel e da construção.

Princípios mecânicos

A extrusão é simples. Um parafuso gira num cilindro e empurra o plástico para a frente. O parafuso é, na verdade, um plano inclinado ou rampa, enrolado em torno de uma camada central. O seu objetivo é aumentar a pressão para vencer uma maior resistência.

Quando está a extrudir, há três coisas contra as quais tem de lutar: a fricção das partículas sólidas (alimentação) contra a parede do cilindro e a fricção entre elas durante as primeiras voltas do parafuso (zona de alimentação); a adesão da massa fundida à parede do cilindro; e a resistência ao fluxo dentro da massa fundida à medida que é empurrada para a frente.

Princípios térmicos

Os termoplásticos são plásticos que podem ser fundidos quando estão quentes e solidificam quando arrefecem. De onde vem o calor para derreter o plástico? Os aquecedores na garganta de alimentação e no cilindro/matriz podem ajudar e são importantes no arranque, mas a energia de entrada do motor, o calor gerado pela fricção no cilindro à medida que o motor roda o parafuso contra a resistência do plástico espesso derretido, é a fonte de calor mais importante para todos os plásticos, exceto para sistemas pequenos, lentos velocidade do parafuso¹s, plásticos de alta temperatura de fusão e aplicações de revestimento por extrusão.

Princípios de engrenagem

Na maioria das extrusoras, a alteração da velocidade do parafuso é conseguida através do ajuste da velocidade do motor. O motor funciona normalmente a uma velocidade máxima de cerca de 1750 rpm, mas isto é demasiado rápido para um parafuso de extrusão.

Se funcionar tão depressa, é gerado demasiado calor por fricção e o tempo de residência do plástico é demasiado curto para preparar uma fusão uniforme e bem misturada. As relações de redução típicas situam-se entre 10:1 e 20:1. A primeira fase pode utilizar engrenagens ou polias, mas a segunda fase utiliza engrenagens e o parafuso está localizado no centro da última engrenagem grande.

Em algumas máquinas de funcionamento lento (como os parafusos duplos para UPVC), pode haver três fases de redução e a velocidade máxima pode ser tão baixa como 30 rpm ou menos (rácios até 60:1). No outro extremo, alguns parafusos duplos muito longos utilizados para misturar podem funcionar a 600 rpm ou mais, pelo que é necessária uma taxa de desaceleração muito baixa e muito arrefecimento profundo.

Quais são os parâmetros do processo de moldagem por extrusão?

Os parâmetros de moldagem por extrusão definem a qualidade e a eficiência do produto, desempenhando um papel vital em vários sectores de fabrico.

Os parâmetros de moldagem por extrusão incluem a temperatura do cilindro, a velocidade do parafuso e a conceção da matriz, que afectam o fluxo, a forma e a precisão, essenciais para uma produção óptima em embalagens e construção.

Temperatura

A temperatura é uma das condições importantes para o bom andamento da moldagem por extrusão. A partir de materiais sólidos em pó ou granulados, os produtos a alta temperatura são extrudidos da cabeça da matriz e passam por um processo complexo de mudança de temperatura.

Em termos estritos, a temperatura de moldagem por extrusão deve referir-se à temperatura do plástico fundido, mas esta temperatura depende em grande medida da temperatura do tambor e do parafuso, e uma pequena parte provém do calor de fricção gerado durante a mistura no tambor, pelo que a temperatura do tambor é frequentemente utilizada para aproximar a temperatura de moldagem.

Para transportar, fundir, homogeneizar e extrudir suavemente o plástico no tambor, e para produzir eficientemente peças de alta qualidade, a chave é controlar a temperatura de cada secção do tambor. A temperatura do tambor é ajustada pelo sistema de aquecimento e arrefecimento e pelo controlo da temperatura² sistema da extrusora.

A temperatura da cabeça deve ser controlada abaixo da temperatura de decomposição térmica do plástico, e a temperatura na matriz pode ser ligeiramente inferior à temperatura da cabeça, mas deve ser garantida uma boa fluidez do plástico fundido.

Além disso, a flutuação e a diferença de temperatura durante o processo de moldagem causam defeitos como tensão residual, resistência desigual em cada ponto e superfície baça nas peças de plástico. Existem muitos factores que causam tais flutuações e diferenças de temperatura, tais como sistemas de aquecimento e arrefecimento instáveis, alterações na velocidade do parafuso, etc., mas o design e a seleção do parafuso têm o maior impacto.

Pressão

Quando se extrude, o plástico tem de ser empurrado através da matriz. É como tentar espremer pasta de dentes de um tubo. É preciso empurrar com força para a fazer sair. A pressão no interior do plástico à medida que passa pelo cilindro é o que o faz derreter e tornar-se numa peça sólida.

Se aumentar a pressão da matriz, pode misturar melhor a massa fundida e tornar o produto mais denso. Mas se aumentar demasiado a pressão da matriz, o produto será menor.

Tal como a temperatura, as alterações de pressão ao longo do tempo também produzem flutuações periódicas, que também têm um efeito adverso na qualidade das peças de plástico.

As alterações na velocidade do parafuso e a instabilidade nos sistemas de aquecimento e arrefecimento são todas causas de flutuações de pressão. A fim de reduzir as flutuações de pressão, a velocidade do parafuso deve ser razoavelmente controlada para garantir a precisão do controlo da temperatura dos dispositivos de aquecimento e arrefecimento.

Taxa de extrusão

A taxa de extrusão (também conhecida como velocidade de extrusão) é a quantidade de plástico que sai da matriz da extrusora num determinado período de tempo. É normalmente medida em quilogramas por hora ou metros por minuto. O tamanho da velocidade de extrusão diz-lhe a quantidade que a extrusora pode produzir.

Existem muitos factores que afectam a velocidade de extrusão, tais como a estrutura da matriz, do parafuso e do tambor, a velocidade do parafuso, a estrutura do sistema de aquecimento e arrefecimento e as caraterísticas do plástico.

Tanto a teoria como a prática demonstraram que a taxa de extrusão³ aumenta com o aumento do diâmetro do parafuso, da profundidade da ranhura em espiral, do comprimento da secção de homogeneização e da velocidade do parafuso, e aumenta com o aumento da pressão de fusão na extremidade do parafuso e com o intervalo entre o parafuso e o cilindro.

Quando a estrutura da extrusora, o tipo de plástico e o tipo de peças de plástico tiverem sido determinados, a taxa de extrusão está apenas relacionada com a velocidade do parafuso. Por conseguinte, o ajuste da velocidade do parafuso é a principal medida para controlar a taxa de extrusão.

A taxa de extrusão também se altera durante a produção, o que afecta a forma e o tamanho das peças de plástico. Por isso, para além de se obter o design e as dimensões corretas do parafuso, é necessário controlar a velocidade do parafuso e a temperatura de extrusão. Desta forma, é possível evitar que a pressão de extrusão e a viscosidade da massa fundida se alterem devido às alterações de temperatura. Desta forma, é possível evitar que a taxa de extrusão se altere.

Velocidade de tração

Quando se extrude plástico, obtém-se uma peça longa e contínua. É necessário algo para a puxar. O plástico é esticado à medida que sai da matriz e é puxado. Quanto mais se estica, mais forte fica na direção em que se estica, mas também encolhe mais quando arrefece.

Normalmente, puxa-o à mesma velocidade a que o extrude. A relação entre a velocidade de extração e a velocidade de extrusão é designada por rácio de tração⁴. Tem de ser mais do que 1.

Quais são as etapas da extrusão de plástico?

A extrusão de plástico transforma a matéria-prima plástica em formas contínuas, como tubos e folhas, cruciais para inúmeras aplicações de fabrico.

A extrusão de plástico envolve a alimentação, fusão, moldagem de plástico bruto através de uma matriz e arrefecimento para criar perfis contínuos como tubos e folhas.

Alimentação e pré-aquecimento

O dispositivo de alimentação da extrusora de plástico utiliza normalmente um design de funil para adicionar a matéria-prima plástica ao barril. Durante o processo de alimentação, a matéria-prima precisa de ser pré-aquecida para melhorar a sua fluidez e efeito de fusão. O pré-aquecimento pode ser efectuado através de um aquecedor no exterior do tambor, ou a matéria-prima pode ser pré-aquecida por um pré-aquecedor.

Fusão e transporte

Quando a matéria-prima entra no barril, o parafuso continua a empurrá-la para a frente. Entretanto, o aquecedor no exterior do cilindro aquece a matéria-prima, fazendo-a derreter e transformar-se num líquido pegajoso. O parafuso e o aquecedor trabalham em conjunto para que o líquido forme camadas no barril.

O parafuso é uma parte fundamental da extrusora de plástico, e a sua forma e estrutura têm um grande efeito na forma como derrete e movimenta o plástico. O parafuso é normalmente feito em secções, com diferentes partes do parafuso com diferentes profundidades e larguras de rosca para trabalhar com diferentes tipos de plástico.

A velocidade a que o parafuso roda também é importante para derreter e mover o plástico, e é necessário alterar a velocidade consoante o tipo de plástico que se está a utilizar, a sua temperatura e o que se pretende fazer.

Extrusão e moldagem

Depois de o plástico ser derretido e transportado, o plástico derretido chega à parte da matriz (molde). O molde extrude a massa fundida para a forma desejada, de acordo com a forma e os requisitos do produto. A estrutura e o design da matriz têm uma influência importante no efeito de moldagem do produto e têm de ser concebidos e fabricados de acordo com os requisitos do produto.

Quando a massa fundida é extrudida, é sujeita a pressão e a forças de cisalhamento no interior da matriz, formando gradualmente a forma do produto. Ao mesmo tempo, o sistema de arrefecimento no exterior da matriz arrefece o produto para o manter com uma determinada forma e tamanho. A velocidade de arrefecimento e o método de arrefecimento têm de ser ajustados de acordo com o material e os requisitos do produto.

Tração e corte

Após a extrusão e a moldagem, o produto tem de ser retirado da matriz e cortado. O dispositivo de tração utiliza normalmente um design de lagartas ou rolos para puxar o produto para fora da matriz por fricção. O dispositivo de corte corta de acordo com o comprimento e os requisitos do produto para garantir as especificações e a qualidade do produto.

Quais são as caraterísticas do processo de extrusão de plástico?

O processo de extrusão de plástico é um método de fabrico versátil utilizado extensivamente para produzir perfis contínuos com secções transversais consistentes, essenciais para indústrias como a construção e a embalagem.

A extrusão de plásticos envolve a fusão de pellets e a sua moldagem através de uma matriz, oferecendo versatilidade, eficiência e rentabilidade para a produção em grande escala.

Moldagem de precisão de plásticos

A precisão dos produtos extrudidos é relativamente elevada, e podem ser produzidos produtos com diâmetro, espessura e comprimento relativos à precisão especificada. Os produtos de alta precisão têm aplicações muito importantes em todos os sectores da vida, porque podem satisfazer melhor as necessidades dos clientes ou desenvolver livremente produtos mais complexos.

A extrusão de plástico é um processo que pode tornar a moldagem de plástico mais precisa e produzir todos os tipos de produtos plásticos complexos, como tubos, perfis, folhas, etc. Ao ajustar os parâmetros da extrusora e a estrutura do molde, o tamanho e a forma dos produtos produzidos podem ser controlados com precisão para satisfazer as necessidades de diferentes clientes.

Elevada eficiência de produção

Em comparação com outros métodos de processamento de plástico, a processo de extrusão de plástico⁵ tem maior eficiência de produção. O processo de produção de moldagem por extrusão de plástico é simples e fácil, e pode ser automatizado. A eficiência da produção é relativamente elevada e é possível fabricar muitos produtos num curto espaço de tempo.

Uma extrusora pode produzir continuamente produtos de plástico até centenas de metros de comprimento, com uma velocidade de produção rápida, produção automática, custos de mão de obra reduzidos e maior eficiência de produção. Para além disso, moldagem por extrusão⁶ também pode ser produzido continuamente sem parar para operações de mudança de molde, reduzindo consideravelmente o custo do tempo de produção do produto. Adequado para produção em massa.

Forte capacidade de controlo

É possível controlar o extrusão de plástico⁷ processo para fabricar produtos diferentes. É possível alterar a temperatura, a pressão, a velocidade e outros factores na extrusora para que o material e o processo funcionem para diferentes produtos. Também se pode mudar o molde sempre que se quiser fazer produtos diferentes.

Superfície lisa do produto

Os produtos de plástico fabricados por extrusão de plástico têm uma superfície lisa e uma qualidade estável. Quando o plástico é extrudido e arrefecido pelo molde, não é fácil produzir bolhas e defeitos na superfície. Tem bom aspeto e é agradável ao tato, sendo adequado para ocasiões com elevados requisitos na superfície do produto.

Excelentes propriedades mecânicas

Os produtos de moldagem por extrusão têm excelentes propriedades mecânicas, tais como resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, elevada resistência e boa tenacidade. Estas excelentes propriedades mecânicas⁸ Os produtos extrudidos são amplamente utilizados em vários domínios, tais como fibras químicas, materiais de construção, eletrónica, automóveis, embalagens e outras indústrias.

Várias formas

A tecnologia de moldagem por extrusão pode fabricar todo o tipo de produtos, como tubos, placas, películas, perfis, etc. Também é possível personalizá-los. Os produtos são muito flexíveis.

Baixo custo de produção

A moldagem por extrusão é barata de produzir porque o equipamento e o processo desta tecnologia são simples e a taxa de desperdício é baixa. Quando se fabricam produtos, o custo é importante. Assim, a moldagem por extrusão é uma boa escolha para o fabrico de produtos.

No processo de extrusão de plástico, as partículas de plástico são aquecidas e amolecidas antes de serem extrudidas, o que reduz o desperdício e poupa as matérias-primas ao máximo. Além disso, a extrusora pode controlar com precisão a quantidade de extrusão, evitando o desperdício de matérias-primas, melhorando a taxa de utilização de matérias-primas e reduzindo os custos de produção.

Quais são as áreas de aplicação da extrusão de plástico?

A extrusão de plástico é parte integrante do fabrico, capacitando diversas indústrias com produtos de plástico à medida, desde peças para automóveis a embalagens.

A extrusão de plástico é utilizada em componentes automóveis, materiais de construção, produtos de consumo e embalagens, oferecendo versatilidade, propriedades melhoradas, rentabilidade e flexibilidade de conceção.

Materiais de decoração para casa

No domínio da decoração de interiores, a tecnologia de extrusão de plástico é também amplamente utilizada. A tecnologia de extrusão pode produzir materiais decorativos como pavimentos, painéis de parede e rodapés. Estes materiais não são apenas bonitos e fáceis de instalar, mas também têm boa resistência ao desgaste, à água e à corrosão. O processo de extrusão de plástico proporciona uma escolha mais diversificada e amiga do ambiente para a decoração da casa.

Perfis de portas e janelas

Na indústria da construção, os perfis de plástico para portas e janelas têm vindo a substituir gradualmente os tradicionais perfis de madeira e metal para portas e janelas, porque são leves, não enferrujam e são fáceis de fabricar.

O PVC é um dos principais materiais para o fabrico de perfis de portas e janelas. É possível fazer caixilhos de portas e janelas, caixilhos e outras peças com diferentes formas, espremendo o PVC numa máquina. Estas peças têm bom aspeto, mantêm o calor no interior, mantêm o ruído no exterior e fazem parte dos edifícios modernos.

Tubos

Os tubos são uma das coisas mais comuns feitas com a extrusão de plástico. É possível fabricar tubos de água, tubos de gás ou tubos de isolamento de fios com a extrusão. O PVC, o PE e o PP são os plásticos mais populares para o fabrico de tubos, porque têm boas propriedades físicas e são fáceis de processar. Pode fabricar tubos com diferentes diâmetros, espessuras de parede e comprimentos com a extrusão para se adaptar a diferentes utilizações.

Peças para automóveis

A extrusão de plástico também é importante na indústria automóvel. A extrusão pode produzir peças para automóveis, como painéis de instrumentos, vedantes e outras peças. Estas peças têm de ter bom aspeto e o tamanho correto. Também precisam de ser capazes de resistir às condições climatéricas e não se desgastarem. A extrusão pode fabricar estas peças. Pode fabricar boas peças para automóveis que tornam o automóvel melhor.

Peças electrónicas e eléctricas

Na indústria eletrónica e eléctrica, a tecnologia de extrusão de plástico é amplamente utilizada para fabricar todo o tipo de caixas, materiais de isolamento, radiadores e outras peças. Estas peças precisam de ter um bom isolamento, resistência ao calor e força mecânica. Ao ajustar a estrutura e o tamanho da matriz de extrusão, podemos fabricar todo o tipo de formas e cores complexas de peças electrónicas e eléctricas para satisfazer as necessidades de diferentes produtos.

Outros perfis especiais

Para além dos perfis de plástico comuns acima referidos, a tecnologia de extrusão de plástico também pode produzir vários perfis especiais de acordo com as necessidades do cliente. Por exemplo, perfis especiais para grades de segurança e dispositivos de proteção, perfis de precisão para equipamento médico e componentes de iluminação, etc. A produção destes perfis especiais requer uma conceção de moldes de alta precisão e uma tecnologia de extrusão avançada para satisfazer as necessidades de domínios específicos.

Conclusão

A extrusão de plástico é um processo que empurra o plástico para a frente através da rotação do parafuso no tambor, envolvendo princípios mecânicos, térmicos e de desaceleração. Os termoplásticos são pré-aquecidos, derretidos, transportados para o molde para formar a forma desejada e são completados por corte por tração.

A moldagem por extrusão é uma óptima forma de fazer coisas. É super precisa, super rápida, fácil de controlar e barata. Pode ser utilizada para fazer todo o tipo de coisas, como artigos para a casa, tubos, portas e janelas, peças para automóveis e eletrónica. Pode fazer todo o tipo de formas para se adaptar ao que precisa. É ótimo para todo o tipo de coisas.