Nos últimos anos, o desenvolvimento de compósitos de polímeros biodegradáveis ganhou considerável atenção no mundo da ciência dos materiais por seu potencial para resolver problemas de poluição plástica. Esta postagem do blog apresenta uma máquina de última geração chamada OMC Saronno High-Speed Twin Screw Lab Extruder que ajuda a processar essas substâncias inovadoras. Ao analisar o que ela pode fazer e como é usada, os leitores aprenderão sobre diferentes especificações técnicas, capacidades operacionais, bem como aplicações práticas envolvidas com esta extrusora, dando-lhes assim uma ideia sobre sua contribuição para a produção de materiais ecológicos de alto desempenho. Além disso, também são discutidas neste artigo implicações mais amplas em torno de práticas sustentáveis envolvendo compósitos de polímeros biodegradáveis, além de seu papel em lidar com os desafios ambientais atuais.
Quais são os principais materiais e métodos usados nas extrusoras OMC Saronno?
Compreendendo a função dos polímeros em compósitos biodegradáveis
A principal função dos polímeros em compósitos biodegradáveis é servir como uma matriz, dando-lhe força e flexibilidade. A escolha do polímero usado afeta muito a rapidez com que o compósito se decompõe, bem como suas propriedades mecânicas e outras qualidades. Por exemplo, alguns plásticos biodegradáveis são ácido polilático (PLA), poli-hidroxialcanoatos (PHA) e materiais à base de amido; cada um com benefícios diferentes para várias aplicações. Também adicionar enchimentos ou aditivos pode melhorar coisas como resistência, estabilidade térmica ou resistência à umidade, o que significa que você pode projetá-los mais adequados para diferentes ambientes em que serão usados mais tarde.
O que uma extrusora de parafuso duplo faz no processamento de polímeros?
Uma coisa importante sobre esta máquina é que ela ajuda a processar polímeros de forma mais eficiente, especialmente durante os estágios de produção ao fazer compósitos compostáveis. Isso acontece por meio da facilitação de uma boa mistura entre diferentes componentes, bem como do controle sobre a transferência de calor dentro do material sendo misturado entre si a qualquer momento. Especificamente falando, embora os parafusos entrelaçados ajudem a garantir a distribuição adequada, permitindo uma mistura completa, mantendo a uniformidade ao longo de seu comprimento, evitando assim regiões onde um tipo pode dominar do que outros, afetando assim as propriedades mecânicas desejadas adversamente; mas também controlando a temperatura perfis finamente ao longo da extrusão paredes da câmara para que bioplásticos sensíveis como PLA e PHA não sofram muita degradação pelo calor. Além disso, sua configuração permite fácil bombeamento de matéria-prima por meio de transporte contínuo ao longo da seção de processamento, aumentando assim a taxa de produção.
Como sabemos quais cargas usar em um processo de extrusão?
Ao realizar extrusões, muitos aditivos podem ser empregados para melhorar o desempenho do material e a eficiência do processo. Alguns comumente usados incluem:
- Plastificantes – São produtos químicos adicionados a certos tipos de plástico para torná-los menos rígidos ou quebradiços, melhorando assim suas características de trabalhabilidade durante processos de moldagem, como extrusão, onde ocorre aquecimento seguido de resfriamento rápido, levando à fragilidade; os plastificantes funcionam reduzindo as forças intermoleculares entre as cadeias, fazendo com que elas deslizem umas sobre as outras facilmente, reduzindo assim a viscosidade, mas sem afetar muito outras propriedades, como resistência.
- Estabilizadores – Podem ser estabilizadores térmicos ou UV que protegem os plásticos da degradação devido à exposição à luz por longos períodos durante o processamento; eles fazem isso absorvendo radiação prejudicial aos polímeros ou neutralizando radicais livres criados durante a fase de aquecimento, aumentando assim a vida útil do produto final.
- Enchimentos – Por exemplo, carbonato de cálcio e talco, entre outros, são materiais de enchimento frequentemente usados em compósitos biodegradáveis, pois têm potencial para melhorar propriedades mecânicas como módulo, mas também reduzem o custo por unidade de peso, além de alterar características de processabilidade, como fluidez, que também afeta a densidade. Eles ajudam a melhorar a rigidez, bem como a resistência ao impacto, ao mesmo tempo em que influenciam a densidade.
Esses aditivos nos permitem personalizar nossos itens extrudados para atender aos requisitos específicos exigidos para diferentes aplicações, contribuindo assim para o desempenho e a sustentabilidade geral de vários setores onde polímeros são usados.
Quais resultados e discussões surgem do uso da extrusora Saronno?
Como você pode alterar as propriedades mecânicas em compósitos biopoliméricos?
Materiais compósitos de biopolímeros têm propriedades mecânicas amplamente variadas que dependem do que são feitos, como foram processados e os agentes de reforço usados. A seguir estão alguns parâmetros técnicos importantes que afetam essas mudanças:
- Resistência à tração — Normalmente medida em megapascals (MPa). A quantidade e o tipo de reforço influenciam amplamente a resistência à tração de compósitos de biopolímeros. Por exemplo; incorporar fibras naturais como juta ou cânhamo pode aumentar essa propriedade devido à sua natureza estrutural.
- Módulo de Young — Também conhecido como rigidez, expresso em gigapascals (GPa). Ele geralmente melhora quando preenchido com enchimentos rígidos, tornando-o mais rígido e capaz de suportar cargas maiores, especialmente em aplicações de polímeros moldados.
- Resistência ao Impacto — Isso é determinado por meio de testes como o teste de impacto Izod, onde instrumentos são usados para medir a tenacidade ou resistência contra fratura sob condições de carga de choque. Agentes de endurecimento ou elastômeros podem ser adicionados para melhorar as capacidades de absorção de energia, aumentando assim a resistência ao impacto.
- Resistência à flexão — Assim como a resistência à tração, a resistência à flexão mede a capacidade de um material de resistir a forças de flexão; no entanto, ela também dá uma indicação sobre sua capacidade de suportar carga compressiva. As propriedades de flexão podem ser muito melhoradas usando reforços de fibra.
A partir desses parâmetros, pode-se ver que selecionar adequadamente tanto a matriz polimérica quanto os componentes de reforço é crucial para atingir as propriedades mecânicas desejadas no produto moldado final. Tais melhorias não apenas atendem às necessidades específicas da aplicação, mas também aumentam a sustentabilidade geral desses materiais em vários usos industriais.
Quais são algumas propriedades térmicas exibidas pelos compósitos à base de PLA?
Compósitos à base de ácido polilático (PLA) mostram características térmicas únicas que os tornam adequados para diferentes aplicações dentro das indústrias. Entre elas, as principais incluem:
- Temperatura de transição vítrea (Tg): Normalmente, o PLA tem uma faixa de Tg entre 55-65 °C, mas isso pode ser modificado dependendo dos aditivos incorporados ou da presença de outros polímeros em sua estrutura; os compósitos podem exibir uma Tg deslocada, o que é útil em aplicações resistentes ao calor.
- Temperatura de decomposição térmica: compósitos de PLA tendem a se degradar termicamente a partir de cerca de 300 °C. A adição de cargas inorgânicas ou outros polímeros pode melhorar a estabilidade térmica, atrasando assim o início da decomposição.
- Temperatura de deflexão térmica (HDT): agentes de reforço e copolímeros são usados para aumentar a HDT de compósitos à base de PLA para que eles possam suportar temperaturas mais altas sem perder sua forma.
Essas propriedades térmicas são muito importantes quando se trata de avaliar o desempenho de compósitos à base de PLA, principalmente quando eles serão expostos a temperaturas elevadas durante o uso.
Qual efeito a carga de enchimento tem no desempenho de materiais compósitos?
O desempenho de materiais compósitos é muito afetado pela carga mecânica e térmica do enchimento. Muitos estudos mostraram que aumentar a quantidade de enchimento melhora a rigidez e a resistência, como esperado. Isso ocorre porque há melhor transferência de carga entre a matriz e os enchimentos de reforço. No entanto, se muitos enchimentos forem adicionados, pode ocorrer aglomeração, levando à má dispersão por todo o material, o que afeta negativamente suas propriedades mecânicas. Além disso, a escolha do agente de enchimento determina muito a estabilidade térmica, bem como o comportamento de processamento exibido pelos compósitos; por exemplo, talco ou carbonato de cálcio, entre outros, podem ser usados como enchimentos inorgânicos para melhorar a condutividade do calor, aumentando assim a dissipação em aplicações de alta temperatura. Em termos gerais, pode-se dizer que é preciso otimizar o nível em que os enchimentos devem ser carregados em uma matriz de polímero, tendo o equilíbrio desejado entre resistência, ductilidade e características térmicas necessárias para que se ajustem a usos industriais específicos.
Quais são os conflitos de interesse em pesquisas envolvendo extrusoras?
As pesquisas de manufatura aditiva têm alguma ética?
Investigação e aplicação responsáveis de manufatura aditiva (AM), popularmente conhecida como impressão 3D, exigem reconhecimento e tratamento abrangente de uma série de questões éticas. Uma grande preocupação é a violação de direitos de propriedade intelectual. Como as tecnologias de AM facilitam a duplicação fácil de designs, há um risco maior de produção sem autorização de patentes ou objetos protegidos por direitos autorais. Portanto, é necessário que os pesquisadores garantam que protejam esses direitos e, ao mesmo tempo, promovam a inovação.
Segurança juntamente com conformidade regulatória também faz parte das considerações éticas em relação a este assunto. Produzir peças por meio de manufatura aditiva para aplicações vitais como dispositivos aeroespaciais ou médicos exige adesão estrita aos padrões de controle de qualidade. A falha em manter tais padrões pode levar a resultados catastróficos, necessitando, portanto, de protocolos completos de testes e certificação para materiais usados em processos de moldagem. Além disso, materiais usados durante processos de AM podem ter impactos ambientais e de saúde, portanto, devem ser adquiridos de forma responsável e submetidos a avaliações de ciclo de vida com o objetivo de reduzir efeitos negativos.
Outra preocupação ética crucial é a privacidade de dados, particularmente quando arquivos digitais são empregados em AM. Violações podem ocorrer onde arquivos de design contêm informações sensíveis, levantando questões sobre proteção de dados. Para mitigar tais riscos, pesquisadores precisam adotar fortes medidas de segurança cibernética juntamente com políticas transparentes sobre utilização de dados.
Além disso, questões socioeconômicas surgem da acessibilidade de tecnologias de manufatura aditiva. O avanço contínuo em AM pode resultar em disparidades entre aqueles que podem tirar proveito dessas inovações e outros que não têm acesso a elas. Reflexões éticas devem abranger esforços voltados para garantir uma distribuição uniforme de tecnologia e educação para que a inclusão em benefícios decorrentes de progressões de manufatura aditiva possa ser alcançada.
O que devemos fazer sobre o potencial viés dos estudos de extrusão?
Uma metodologia abrangente envolvendo várias estratégias deve ser implementada ao abordar possíveis preconceitos durante investigações de extrusão. Primeiro; projetos experimentais rigorosos devem ser adotados, os quais randomizam a alocação de amostras, minimizando assim o viés de seleção. Segundo, métodos de cegamento podem ser aplicados onde tanto os participantes quanto os pesquisadores não têm conhecimento de certas variáveis críticas ao longo do estudo, de modo a evitar vieses de coleta e análise de dados. Terceiro, é importante usar materiais uniformes junto com processos de fabricação para garantir consistência entre os ensaios, uma vez que variações podem introduzir vieses não intencionais.
Além disso, os pesquisadores devem empregar técnicas estatísticas para ajustar quaisquer fatores de confusão identificados que possam distorcer as descobertas. As revisões de literatura também podem ajudar a identificar vieses existentes em estudos anteriores, permitindo assim que futuros pesquisadores criem os seus próprios com esse conhecimento em mãos. Finalmente, a transparência ao relatar as metodologias usadas e os resultados obtidos é fundamental; discutir abertamente sobre as limitações pode aumentar a credibilidade das descobertas, além de contribuir para uma interpretação mais equilibrada dos resultados.
O que é a Declaração de Disponibilidade de Dados da OMC Saronno Research?
Onde posso encontrar dados brutos do experimento com extrusora?
Dados brutos de experimentos de extrusora podem ser encontrados em várias plataformas online. Estas três estão entre as mais populares:
- ResearchGate: Este site permite que cientistas compartilhem suas publicações e conjuntos de dados, seja entrando em contato direto com os autores ou por meio de arquivos adicionais que foram carregados. Muitas vezes, há arquivos específicos com informações sobre projetos relacionados à extrusão disponíveis para download.
- Figshare: Os conjuntos de dados podem ser compartilhados publicamente no Figshare. Muitas vezes, com estudos de extrusão, eles fornecem não apenas dados brutos, mas também visualizações e outros materiais suplementares que permitem que os usuários explorem e explorem mais para suas necessidades de pesquisa ou análise.
- Dryad: Dryad é um repositório de código aberto focado em dados associados a publicações científicas. Dados brutos sobre experimentos de extrusão usando uma extrusora de parafuso único podem ser enviados por pesquisadores para que estejam disponíveis para revisão por pares e download público, aumentando assim a transparência e a reprodutibilidade na pesquisa.
Esses recursos permitem que indivíduos que desejam fazer experimentos com extrusoras acessem facilmente matérias-primas relevantes, economizando tempo e esforço, ao mesmo tempo em que garantem a validade dos resultados obtidos nessas investigações.
Como os testes mecânicos de compósitos podem ser compreendidos?
Para entender os dados dos testes mecânicos de compósitos, é preciso saber quais parâmetros estão sendo medidos, bem como como essas quantidades são relatadas nos testes conduzidos nos materiais usados.
- Curvas de tensão-deformação: As curvas de tensão-deformação mostram a tensão aplicada versus a deformação. O formato deste gráfico nos informa sobre o comportamento elástico (até o ponto de escoamento) seguido pela deformação plástica até que a resistência máxima seja atingida. Pontos importantes incluem resistência ao escoamento, resistência à tração máxima (UTS) ou apenas 'resistência' e módulo de elasticidade ('módulo elástico') em qualquer parte ao longo da curva onde não altere a inclinação significativamente
- Módulo de Resiliência e Tenacidade: O módulo de resiliência representa a energia absorvida por unidade de volume elasticamente, enquanto a tenacidade mostra a quantidade necessária para quebrar um material poli. Em outras palavras, ambos medem a capacidade de um material de absorver energia sem falha, mas em níveis diferentes
- Modos de falha: Fratura de fibra, rachadura de matriz, delaminação são alguns exemplos de modos de falha observados durante os testes que podem fornecer informações úteis sobre o desempenho dos compósitos. Esse conhecimento também ajuda com futuras mudanças de seleção/design com base no que causou a falha em primeiro lugar
Ao olhar para essas partes passo a passo, você obterá um entendimento completo do desempenho mecânico para qualquer tipo de compósito e sua adequação para várias aplicações. Para padrões e metodologias mais detalhados, veja ASTM D3039 (propriedades de tração) ou ASTM D790 (propriedades de flexão) entre outros procedimentos padronizados que estabelecem protocolos de testes mecânicos consistentes dentro do campo de compósitos.
Como caracterizar o desempenho de polímeros biodegradáveis?
Quais são as técnicas usadas para realizar testes mecânicos em compósitos?
Existem muitos métodos padronizados de testes mecânicos de compósitos usados para avaliar suas propriedades sob diferentes condições de carga. Aqui estão alguns comumente empregados:
- Teste de Tração: Esta técnica determina a resistência à tração e o alongamento na ruptura de um material. A amostra é submetida a uma carga axial incrementalmente crescente até que falhe. Resistência ao escoamento, resistência à tração final e alongamento percentual são alguns parâmetros importantes que podem ser determinados a partir deste teste de acordo com os padrões ASTM D3039 e plotados na curva tensão-deformação.
- Teste de Flexão: É realizado para descobrir as propriedades de flexão de compósitos. Um espécime é colocado em configuração de três ou quatro pontos onde a resistência à flexão e o módulo são medidos como indicadores de sua capacidade contra forças de flexão de acordo com ASTM D790, garantindo resultados confiáveis.
- Teste de compressão: Este método avalia a resistência à compressão e o módulo de compósitos aplicando cargas axiais que comprimem o material até que ele quebre. Ele nos ajuda a entender como os materiais se comportam sob forças destrutivas, particularmente em aplicações estruturais.
- Teste de impacto: a tenacidade é avaliada aqui medindo a resistência contra impactos repentinos usando testes charpy ou izod com energia absorvida antes da falha, refletindo a tenacidade necessária para situações de carga dinâmica onde materiais podem ser empregados.
- Teste de cisalhamento: A resistência ao cisalhamento e o módulo podem ser determinados por meio de testes de cisalhamento, como teste de lap-shear etc., especialmente úteis ao lidar com situações de colagem adesiva envolvendo materiais compostos. O teste de cisalhamento fornece informações sobre a direcionalidade da resistência dentro dos compostos.
- Teste de fadiga: é feito submetendo o material compósito a uma carga cíclica para avaliar sua durabilidade ou vida útil sob tais condições; envolve ciclos repetidos de carga/descarga até que ocorra a falha, revelando assim o número de ciclos necessários para a falha (Nf), que se torna significativo em aplicações sujeitas a tensões dinâmicas.
Todas essas técnicas de teste nos ajudam a obter conhecimento sobre vários aspectos das propriedades mecânicas exibidas pelos compósitos, permitindo assim que engenheiros e pesquisadores tomem decisões corretas no que diz respeito à seleção de materiais em relação aos requisitos específicos do projeto.
Como posso medir o alongamento na ruptura em extrusões?
Avaliar o alongamento na ruptura de materiais extrudados requer uma abordagem sistemática usando métodos de teste de tração padrão. Primeiro, prepare um espécime de extrusão de acordo com os padrões relevantes da indústria, por exemplo, ASTM D638, onde uma largura e comprimento de calibre definidos devem ser mantidos para medição consistente. Use uma máquina de teste universal (UTM) para aplicar carga de tração no espécime a uma taxa controlada até que ele falhe, medido em mm. Durante o teste, registre as alterações no comprimento do espécime usando sistemas de medição de alongamento precisos, como extensômetros digitais, etc. Calcule a porcentagem de alongamento na ruptura dividindo o aumento no comprimento pelo comprimento de calibre original e multiplicando por 100%. Este valor é importante, pois mostra o quanto um material pode esticar antes de quebrar aplicações práticas ao mesmo tempo em que indica seu desempenho geral em termos de ductilidade.
Quais são as funções do peso molecular nas propriedades dos materiais?
As propriedades dos materiais são muito afetadas pelo peso molecular, particularmente em polímeros, influenciando seu comportamento durante o processamento em uma extrusora de parafuso único. Normalmente, maior viscosidade e resistência estão relacionadas a maiores pesos moleculares, o que por sua vez leva à tenacidade e resistência ao impacto. Por outro lado, materiais com baixo pontos de fusão e menor estabilidade térmica pode ser vista em pesos moleculares mais baixos, o que pode afetar seu processamento em aplicações de moldagem. Além disso, este artigo considera como o grau de polimerização afeta a cristalinidade devido a diferentes pesos moleculares, afetando assim propriedades como módulo de elasticidade; resistência à tração etc., sendo a resistência térmica o último fator entre outros, dependendo do campo de aplicação, como indústria aeroespacial ou setor automotivo ou mesmo indústria de dispositivos médicos.
Fontes de referência
Perguntas frequentes (FAQ)
P: Qual é o principal objetivo da extrusora de laboratório de dupla rosca de alta velocidade OMC Saronno em termos de compósitos poliméricos biodegradáveis?
A: A função principal do OMC Saronno High-Speed Parafuso Duplo O Lab Extruder, no contexto de compósitos poliméricos biodegradáveis, tem a função de prepará-los e processá-los; isso permite uma mistura e composição eficientes de polímeros naturais com diferentes aditivos.
P: De que maneira as propriedades da matriz polimérica mudam quando a temperatura da extrusora varia?
R: As características mecânicas e térmicas de uma matriz polimérica são bastante influenciadas pela temperatura da extrusora, que deve estar em torno de 50 °C (aproximadamente) para melhores resultados em termos de mistura sem degradação.
P: Quais são algumas vantagens oferecidas por uma extrusora de parafuso duplo corrotativa em relação ao tipo de parafuso único?
R: Quando comparados com os tipos de parafuso único, os modelos de parafuso duplo corrotativo têm melhor capacidade de mistura, maior uniformidade do composto, bem como controle superior sobre as condições de processamento.
P: Quais testes foram realizados para avaliar as propriedades mecânicas desses compósitos?
R: Testes de tração e flexão foram realizados para avaliar a resistência e a elasticidade (propriedades mecânicas), respectivamente; eles ajudaram a entender o comportamento sob diversas condições.
P: O que o nitrogênio faz durante a extrusão?
R: A razão pela qual o nitrogênio é introduzido no processo de extrusão envolve sua capacidade de regular o controle do teor de umidade e prevenir a degradação térmica, melhorando assim a qualidade e a estabilidade do compósito polimérico biodegradável final.
P: Como funciona a modelagem de deposição fundida em relação a uma extrusora para esses compósitos?
R: A modelagem por deposição fundida trabalha em conjunto com uma extrusora quando se trata de criar protótipos ou peças finais a partir de compósitos poliméricos biodegradáveis extrudados, permitindo assim a modelagem precisa do material por meio de diferentes aplicações que podem envolver camadas.