Compreendendo a extrusão de plástico: o processo de extrusão de polímero explicado

A extrusão de plástico é uma das atividades mais importantes na fabricação de polímeros. Ela é responsável por transformar matérias-primas em produtos úteis que podem ser aplicados de forma diferente. Este artigo apresenta um guia completo para extrusão de plástico, destacando princípios técnicos, maquinário usado e fatores que afetam a qualidade do produto final, entre outras questões. O conhecimento sobre extrusão de polímero ajudará os leitores a entender como as peças plásticas de alto desempenho são feitas e por que essa etapa é essencial em diferentes setores, como automóveis, construção ou indústrias de bens de consumo. Ao discutir os elementos básicos de extrusão de plástico, também indicaremos várias etapas envolvidas, desde a escolha do material até os estágios de acabamento, para mostrar seu impacto na eficiência e eficácia durante o processamento do polímero.

O que é extrusão de polímero?

Conhecendo o Processo de Extrusão

Seleção de materiais, alimentação, fusão, moldagem e resfriamento são algumas das principais etapas envolvidas na processo de extrusão. Inicialmente, resinas de polímero selecionadas são alimentadas em uma extrusora, onde são aquecidas até se tornarem fundidas. O material fundido é então passado por uma matriz para criar formas específicas. Uma vez formado, o produto é resfriado para que se solidifique em sua forma extrudada final. Cada etapa importa porque mesmo pequenas mudanças na temperatura, pressão ou composição dos materiais usados podem afetar muito as propriedades e a qualidade dos produtos extrudados.

Principais componentes da extrusão de polímeros

A extrusora, a matriz e o sistema de resfriamento são os componentes básicos de um sistema de extrusão de polímero.

• Extrusora: Esta é a parte principal que derrete e dá forma aos polímeros. Geralmente consiste em um funil para alimentação de matérias-primas, um barril aquecido para fusão e um parafuso para empurrar o material.
• Morrer: Um componente crítico que determina o formato final de um produto extrudado. Ele pode ser personalizado dependendo de aplicações específicas, mas geometrias mais complexas podem exigir designs mais complexos.
• Sistema de refrigeração: Depois de sair do cabeçote (orifício), o polímero precisa ser resfriado rápido o suficiente para não perder sua forma durante esta etapa. O resfriamento pode ser feito por banho de ar ou água, entre outros métodos usados para garantir consistência em todos os perfis plásticos.

História e desenvolvimento da tecnologia de extrusão

Embora um pedido de patente de 1797 para a produção de tubos de chumbo tenha sido feito já no século XIX, os últimos anos marcaram o início desse processo com a primeira invenção de máquina, de acordo com registros históricos disponíveis hoje. Grandes avanços foram realizados somente após a década de 1930, quando os termoplásticos entraram em uso juntos, e métodos contínuos para produzi-los em grandes quantidades foram descobertos. Nesse ponto, tornou-se possível fazer muitos tipos diferentes de coisas a partir de material plástico, já que essa técnica permitiu que grandes quantidades fossem fabricadas rapidamente, facilitando assim sua ampla adoção em vários campos.

Outras melhorias ocorreram entre as décadas de 1950 e 1960, incluindo melhores sistemas de aquecimento junto com designs de parafusos aprimorados que levaram a maiores taxas de produção durante as execuções de produção em massa onde a qualidade também foi melhorada. O final do século XX testemunhou a chegada de sistemas de design auxiliados por computador (CAD) juntamente com avanços no setor de ciência dos materiais. Esses dois fatores permitiram a criação de formas mais complicadas com propriedades específicas, tornando a extrusão uma parte integrante dos processos de fabricação modernos. Hoje, há mudanças contínuas dentro das extrusoras que envolvem recursos de automação, bem como aquelas que visam a realização de fábricas inteligentes para atender às necessidades de materiais sustentáveis de alto desempenho em indústrias futuras.

O que faz o processo de extrusão de plástico funcionar?

A extrusão de plástico é um processo passo a passo

1. Preparação de Materiais: Os materiais termoplásticos brutos são separados e secos para eliminar a umidade, que pode interferir na moldagem por injeção de plástico.
2. Alimentando: Os pellets secos são colocados em um funil e depois alimentados em uma extrusora por gravidade ou mecanicamente.
3. Derretendo: Os pellets são aquecidos dentro do parafuso em temperaturas controladas até atingirem seu estado fundido por meio de forças de cisalhamento.
4. Misturando:Nesta fase, aditivos como corantes ou estabilizantes podem ser adicionados ao fundido para melhorar suas propriedades.
5. Modelagem: Isso acontece quando o material fundido passa por uma matriz que foi projetada especificamente de acordo com especificações fornecidas para fornecer o(s) formato(s) necessário(s).
6. Resfriamento: O resfriamento é feito imediatamente após a saída da matriz, onde ar ou água podem ser usados para resfriamento rápido do extrudado, mantendo assim sua forma durante o processo de solidificação.
7. Corte: A última coisa feita aqui envolve cortar materiais solidificados já resfriados em comprimentos ou formatos desejados para processamento posterior ou uso em aplicações de produtos finais, etc.

O papel da extrusora de plástico na fabricação

A extrusora de plástico é um dos principais componentes usados em processos de fabricação porque atua como a espinha dorsal ao converter matérias-primas em produtos acabados. Esta máquina funciona aplicando energia térmica juntamente com forças mecânicas em substâncias termoplásticas, facilitando assim seus pontos de fusão e níveis de homogeneidade. Ela não apenas controla a eficiência e a uniformidade do fluxo de material, mas também afeta diretamente atributos do produto como densidade, viscosidade e peso molecular, entre outros; Além deste fato, as extrusoras passaram por várias melhorias tecnológicas, como a adoção de acionamentos de velocidade variável juntamente com designs avançados de parafusos que permitem aos produtores maximizar as taxas de produção por hora, minimizando o uso de energia durante a fabricação de plástico. Como resultado, torna-se necessário para fins de garantia de qualidade durante linhas de produção em massa onde diferentes tipos de plásticos são necessários, desde a indústria de embalagens até o setor automotivo e eletrônicos de consumo.

Aquecimento e fusão de polímeros

O processo de aquecimento e fusão de polímeros na extrusão de plástico é importante para obter as propriedades de fluxo e características de material corretas. No início, os pellets de polímero são alimentados em um funil de uma extrusora que leva a uma zona de aquecimento. Neste ponto, a energia térmica controlada é fornecida usando barris e zonas aquecidos, elevando assim a temperatura do polímero até seu ponto de fusão. É essencial que as temperaturas sejam mantidas dentro de limites específicos para que a fusão uniforme possa ser alcançada sem causar nenhum dano. O estado sólido muda para um estado fundido viscoso com quantidades crescentes de energia térmica, o que permite uma mistura eficiente com aditivos. Os estágios de modelagem sucessivos dependem muito de quão bem ou mal esse estágio de aquecimento foi realizado, tornando-o necessário para o controle de qualidade na fase de resfriamento do produto final.

Diferentes plásticos usados na extrusão

Tipos de plásticos comumente usados para extrusão

Os plásticos mais populares que são extrudados incluem polietileno, polipropileno, poliestireno e PVC. Cada um tem propriedades distintas e é adequado para uma variedade de aplicações.

1. Polietileno (PE): Este plástico é conhecido por ser flexível e resistente a produtos químicos, o que o torna perfeito para embalagens de filmes e recipientes.
2. Polipropileno (PP): O PP é resistente e suporta bem a fadiga, por isso é frequentemente usado em peças automotivas ou bens de consumo.
3. Poliestireno (PS): Sendo leve e rígido ao mesmo tempo, o PS é frequentemente usado em talheres descartáveis e também em materiais de embalagem.
4. Cloreto de polivinila (PVC): O PVC oferece excelente durabilidade, e é por isso que os tubos e conexões durante a construção são feitos deste material.

Por que escolher plásticos específicos para extrusão?

A razão pela qual certos plásticos são escolhidos para extrusão é por causa de suas propriedades mecânicas, térmicas e químicas únicas que atendem às necessidades específicas da aplicação. A flexibilidade e a resistência à umidade do polietileno (PE) o tornam um material adequado para embalagens. O polipropileno (PP) é usado em aplicações da indústria automotiva devido à sua natureza leve, bem como à alta resistência ao impacto, o que é ótimo neste setor, embora ainda seja forte o suficiente onde mais necessário. O poliestireno (PS) oferece rigidez a baixo custo, sendo, portanto, preferido principalmente para descartáveis como copos, entre outros. Em obras de construção, o PVC é comumente usado devido à sua resistência e capacidade de não ser afetado pelas condições climáticas, garantindo assim uma longa vida útil, especialmente quando usado em sistemas de tubulação subterrânea. A escolha do plástico certo aumenta a funcionalidade, garante a conformidade com os regulamentos de segurança e promove a eficiência nos processos de produção relevantes para o uso pretendido.

Critérios para seleção de plástico bruto

Ao escolher plásticos brutos para extrusão, os critérios mencionados abaixo devem ser levados em consideração:

1. Propriedades mecânicas: Avalie a resistência à tração, a resistência ao impacto e a flexibilidade do material para garantir que ele atenda aos requisitos da aplicação.
2. Estabilidade térmica: Determine a adequação do processamento e do uso final avaliando o ponto de fusão e a resistência térmica.
3. Resistência química: Saiba se os plásticos são compatíveis com a exposição a produtos químicos, solventes ou fatores ambientais.
4. Custo-benefício: Considere o preço em relação às características de desempenho, considerando o uso pretendido, para não exceder os orçamentos.
5. Sustentabilidade: Leve em consideração a capacidade de reciclagem e o respeito ao meio ambiente, que devem estar alinhados com os objetivos de responsabilidade social corporativa.
6. Conformidade regulatória: Certifique-se de que os plásticos selecionados atendam a todos os padrões de segurança aplicáveis aos setores específicos em que são utilizados.

Áreas onde aplicar Extrusão Plástica

Indústrias onde a extrusão de polímeros é usada

A extrusão de polímeros é utilizada em muitas áreas da indústria, incluindo a fabricação de perfis plásticos.

1. Automotivo: Esta indústria usa peças extrudadas para elementos estruturais e estéticos que melhoram o desempenho do carro e também reduzem o peso.
2. Construção: Ela fornece caixilhos de janelas, soleiras de portas e canos, entre outras coisas necessárias para criar edifícios duráveis e energeticamente eficientes.
3. Embalagem: Fornece filmes flexíveis e recipientes rígidos, garantindo assim a proteção do produto, além de prolongar sua vida útil.
4. Indústria de bens de consumo: Produção de brinquedos; fabricação de eletrodomésticos; fabricação de componentes de móveis de usabilidade aprimorada, etc., são alguns exemplos do setor de bens de consumo onde essa tecnologia é mais comumente conhecida hoje.
5. Eletrônicos: Produz isolamento de fios e vários invólucros para garantir a segurança em torno de componentes sensíveis que podem ser afetados pelo fluxo de corrente.

Os produtos de extrusão de plástico incluem:

1. Perfis T — Utilizado para fins de estruturação e suporte na construção.
2. Mangueiras e tubos — Encontrado comumente em ambientes médicos, bem como em ambientes automotivos e industriais onde o transporte de fluidos é necessário.
3. Calafetagem — Usado para isolar edifícios dos elementos durante sua fase de construção. Normalmente feito de materiais plásticos como cloreto de polivinila (PVC), também pode ser feito de borracha ou espuma.
4. Bandejas de cabos — São usados para suportar cabos elétricos em edifícios comerciais ou industriais.
5. Filmes para embalagem – Utilizado principalmente na indústria alimentícia para proteção e preservação de produtos.
6. Varas e folhas de plástico – Podem ser encontrados em diversas aplicações, incluindo produção de sinalização ou até mesmo usados como peças para máquinas.

Aplicações para extrusão de plástico personalizada

A extrusão de plástico personalizada é importante para fazer perfis exclusivos que não podem ser produzidos por materiais comuns; portanto, eles são projetados para se adequar a indústrias específicas. O processo torna possível ter funções de melhor desempenho, bem como integração em produtos acabados do que qualquer outro método. Com extrusões personalizadas, pode-se obter tolerâncias mais estreitas em dimensões, correspondências de materiais próximas para propriedades específicas e desempenho aprimorado por meio de modificações de design, entre outros. Além disso, essa técnica permite prototipagem rápida e troca durante as execuções de produção que podem ajudar a atender às necessidades flexíveis do mercado em tempo, especialmente quando usadas junto com outras abordagens, como moldagem por injeção ou moldagem por sopro.

Prós e contras da extrusão de plástico

Méritos da Técnica de Extrusão

1. Consistência e precisão: Esse método garante que todos os produtos tenham dimensões semelhantes, resultando em itens de alta qualidade com tolerâncias rigorosas.
2. Eficiência do material: Comparado a outros métodos de fabricação, esse processo utiliza matérias-primas de forma mais eficaz, reduzindo assim o desperdício.
3. Flexibilidade no design: É possível criar vários formatos e perfis complexos o suficiente para se adaptarem a aplicações específicas devido à personalização.
4. Acessibilidade: Quando muitos produtos são produzidos de uma só vez, o custo por unidade diminui, tornando-os mais baratos para os fabricantes do que outros métodos.
5. Velocidade de produção: Ele permite taxas de produção mais rápidas, pois as extrusões podem ser feitas continuamente, atendendo assim altas demandas em curtos prazos.
6. Ampla gama de opções disponíveis: Termoplásticos ou termofixos, entre outros materiais, podem ser extrudados para se adequarem a diferentes indústrias ou usos.

Deméritos do processo de extrusão

Escolha limitada sobre quais materiais devem ser usados: alguns materiais não funcionam bem com extrusão, limitando assim sua aplicabilidade em algumas áreas.

1. Equipamento caro: Produtores menores podem não ter condições de comprar essas máquinas porque precisam de grandes investimentos de capital durante a compra.
2. Má qualidade do acabamento da superfície: Às vezes, os acabamentos feitos após a extrusão do produto podem não cobrir certas falhas superficiais encontradas neles, o que significa que processos de acabamento adicionais se tornam necessários novamente mais tarde, antes de usar itens como tubos feitos por meio de ferramentas de extrusão de tubos.
3. Encolhimentos e deformaçõesDurante a fase de resfriamento, os tubos tendem a encolher ou deformar, causando erros dimensionais durante a extrusão do tubo.
4. Dificuldades envolvidos na mudança de um tipo de item ou configuração de tamanho para outro; Essas transições levam mais tempo porque podem exigir exercícios de limpeza completos realizados ao redor da extrusora.
5. Sensibilidade térmica; As propriedades do material podem ser destruídas pelo superaquecimento, portanto, o controle adequado da temperatura deve ser sempre mantido ao trabalhar com peças quentes de qualquer máquina extrusora de parafuso único.

Como superar as desvantagens na fabricação de plástico

1. Escolha do material: Faça um estudo abrangente para encontrar materiais com propriedades favoráveis à extrusão, para que o número de opções utilizáveis seja aumentado.
2. Planejamento de Investimentos: Em vez de comprar todas as máquinas de uma vez, os investimentos devem ser feitos em etapas e considerar alternativas de financiamento para alívio inicial.
3. Medidas de controle de qualidade: Siga rigorosamente os procedimentos de garantia de qualidade e selecione métodos de acabamento apropriados para melhorar o acabamento da superfície.
4. Gerenciamento de resfriamento: Compre sistemas de resfriamento sofisticados que ajudarão a reduzir o encolhimento e a deformação, mantendo assim a precisão dimensional ao produzir folhas ou filmes plásticos.
5. Procedimentos de mudança eficientes: Crie um procedimento operacional padrão que permita trocas mais rápidas, o que reduzirá o desperdício de tempo e, assim, melhorará os níveis de produtividade.
6. Sistemas de monitoramento de temperatura: Utilize sistemas precisos de controle de temperatura juntamente com dispositivos de monitoramento para melhor controle das condições de processamento, mantendo assim a integridade do material.

Tendências do futuro em extrusão de polímeros

Inovações em Tecnologia para Espremer

A tendência atual na tecnologia de extrusão é aumentar a eficiência, reduzir o desperdício e melhorar a qualidade do produto. Desenvolvimentos notáveis incluem a adoção de práticas da indústria 4.0, onde dispositivos IoT são integrados para monitoramento em tempo real e análise de dados do processo de extrusão, permitindo ajustes imediatos e manutenção preditiva. Além disso, extrusoras inteligentes foram desenvolvidas com algoritmos orientados por IA que podem otimizar dinamicamente os parâmetros de processamento, melhorando assim a qualidade e a consistência dos produtos finais. Além disso, o uso de materiais reciclados se tornou mais viável devido aos avanços no processamento de materiais e melhores técnicas de mistura, que promovem práticas de produção sustentáveis. Finalmente, melhorias nos métodos de manufatura aditiva permitem a criação de geometrias complexas por meio da extrusão, o que amplia o escopo dentro de diferentes aplicações da indústria de polímeros.

Progresso em materiais plásticos

Avanços recentes em materiais plásticos buscam melhorar as características de desempenho, bem como a sustentabilidade. Plásticos biodegradáveis ganharam popularidade servindo como uma alternativa ecológica aos materiais tradicionais, ao mesmo tempo em que são capazes de fornecer benefícios semelhantes. Também houve avanços no desenvolvimento de plásticos de alto desempenho que exibem propriedades de resistência térmica e química aprimoradas, tornando-os adequados para uso em condições exigentes onde tais qualidades seriam necessárias. Outro desenvolvimento notável está relacionado à tecnologia de compósitos dentro de polímeros, pois melhora a relação resistência-peso, mantendo a flexibilidade nas juntas entre diferentes peças feitas desses compósitos. Além disso, por meio da integração da nanotecnologia em materiais plásticos; produtos com propriedades mecânicas superiores combinadas com peso reduzido podem ser obtidos, expandindo assim sua aplicabilidade em vários setores, como a indústria automotiva, entre outros. Finalmente, agora há uma maior utilização de conteúdo reciclado ao formular novos plásticos para promover uma economia circular e reduzir o consumo de matéria-prima virgem.

Práticas de Sustentabilidade em Extrusão de Plástico

Medidas de respeito ao meio ambiente estão sendo levadas em consideração nos processos de extrusão de plástico para que pegadas ecológicas menores aumentem a utilização eficiente dos recursos envolvidos durante essa operação. Um método essencial envolve o uso de máquinas que conservam energia durante o trabalho, economizando assim a energia usada para operá-las durante o estágio de fabricação dos perfis. Além disso, os níveis de geração de resíduos podem ser reduzidos ajustando os parâmetros de extrusão ou adotando sistemas de circuito fechado que reciclam a água de volta ao sistema. A incorporação de materiais reciclados pós-consumo não apenas economiza recursos virgens, mas também reduz as emissões de dióxido de carbono produzidas durante o processo de fabricação. Além disso, aditivos sustentáveis e polímeros de base biológica começaram a ganhar força, pois oferecem opções verdes para extrusão de tubos sem comprometer o desempenho. Em geral, essas práticas contribuem para atingir objetivos de desenvolvimento sustentável em todo o mundo, transformando assim a indústria de perfis de plástico em uma que seja ecologicamente correta e mais responsável.

Fontes de referência

Extrusão

Extrusão de plástico

Tubo (transporte de fluido)

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O que é extrusão de plástico?

R: Este é um processo de fabricação em grandes quantidades onde pellets de plástico são derretidos e remodelados em perfis contínuos. É usado principalmente para a produção de tubos, barras e folhas.

P: Como funciona a extrusão de parafusos?

R: A extrusão de parafuso funciona alimentando pellets de plástico em uma linha de extrusão. Lá, um barril aquecido gira em torno dos pellets, empurrando-os através dele com um parafuso, que os derrete em um polímero fundido que assume diferentes formas à medida que passa pela matriz no final desta montagem.

P: Quais são alguns tipos de extrusões plásticas?

R: Alguns exemplos incluem produção de filmes ou sopro, formação de tubos ou tubulações, modelagem de perfis, etc. Cada tipo serve ao seu propósito quando se trata de produzir vários itens feitos de plástico.

P: Descreva a extrusão de perfil.

R: A extrusão de perfil envolve derreter substância maleável e então moldá-la continuamente em formas particulares, como molduras para portas/janelas, entre outras, durante métodos de produção em massa. A técnica se mostra útil porque muitas formas transversais podem ser construídas ao fazer coisas como dormentes de ferrovias a partir de polímeros.

P: Você pode explicar como fazer uma folha de plástico por extrusão?

R: Ao produzir um filme através de uma abertura, deve-se passar líquido quente sobre ele, criando assim camadas finas que serão resfriadas antes de serem retiradas para processamento posterior ou para fins de embalagem.

P: O que é extrusão de filme soprado?

R: Este é um tipo em que matrizes circulares são usadas, mas ainda recebem ar soprado nelas até que se tornem bolhas, após o que são achatadas novamente para formar espessuras uniformes antes de serem enroladas em rolos como outros filmes feitos de plástico.

P: A que se refere o termo “matriz de extrusão”?

R: Uma matriz de extrusão é uma ferramenta especializada usada em extrusão de plástico que molda plástico derretido em formas específicas ao sair de uma linha de extrusão. Sua forma determina a aparência do produto final.

P: Por que se diz que a extrusão plastificante é contínua?

R: A extrusão plastificante é considerada contínua porque derrete e molda esferas de plástico em uma configuração necessária sem parar. Isso a torna ideal para produção em massa, onde a velocidade é mais importante.

P: Qual é a função do equipamento de extrusão no processo?

A: Equipamentos de extrusão, juntamente com o parafuso, cilindro e matrizes, garantem a fusão e moldagem adequadas de plásticos. Deve-se tomar muito cuidado para mantê-los e calibrá-los, pois isso levará à uniformidade na qualidade dos produtos finais feitos de plástico.

P: Como a fabricação em alto volume utiliza a extrusão de plástico?

A: A fabricação em alto volume utiliza extrusão de plástico ao permitir a produção em larga escala de muitos itens de plástico de uma só vez, de forma barata e fácil. Os fabricantes conseguem atender às crescentes demandas, mantendo seus produtos homogêneos por meio da modelagem contínua de plásticos em diferentes formas.