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Guia para projeto de elementos de parafuso de extrusora de parafuso duplo

Já se perguntou o que faz as máquinas de extrusão de plástico funcionarem? Um componente crucial é o parafuso extrusor, o coração do desempenho da máquina! Esses parafusos não são apenas hastes simples; eles são montados a partir de vários componentes especializados elementos de parafuso da extrusora como tipos de transporte, cisalhamento e mistura. Pense neles como blocos de construção, cada um com uma função única – alguns vêm com cabeças simples, duplas ou até triplas, influenciando como os materiais plásticos são misturados e compostos.

Entre os diferentes tipos de extrusoras, a extrusora de parafuso duplo co-rotativo entrelaçado é um verdadeiro cavalo de batalha na indústria de plásticos. Então, vamos lá! Neste artigo, seu parceiro de confiança, Rumtoo (fabricante e fornecedora líder de máquinas de extrusão e elementos de parafuso), guiará você pelos diversos elementos de parafuso comumente usados nessas máquinas e explicará como eles impactam o processo de extrusão de plástico. Pronto para explorar?

Conhecendo: Extrusoras de Rosca Dupla Co-Rotantes Interligadas

Os parafusos dessas extrusoras populares têm algumas características principais que as tornam tão eficazes:

  1. Rotação paralela e na mesma direção: Os dois parafusos giram lado a lado na mesma direção. Isso cria uma ação de cisalhamento consistente entre as roscas do parafuso (lâminas) e a parede do cilindro. A intensidade desse cisalhamento pode ser ajustada com precisão escolhendo combinações específicas de elementos do parafuso e ajustando o espaçamento.
  2. Excelente ação de mistura: Graças ao seu design geométrico e movimento corrotativo, esses parafusos são excelentes na distribuição e mistura de materiais – perfeitos para compostos! À medida que o material entra e amolece, os parafusos trabalham em conjunto de uma maneira única. No ponto em que se entrelaçam, um parafuso puxa o material para dentro da abertura enquanto o outro o empurra para fora, fazendo com que o material se mova entre os parafusos em um padrão de figura "∞". Isso cria altas velocidades relativas, ideais para mistura e homogeneização completas. Além disso, a abertura muito estreita na zona de entrelaçamento garante alto cisalhamento, resultando em uma plastificação uniforme.
  3. Central de processamento reativo: Essas extrusoras não são apenas misturadoras; elas podem atuar como reatores químicos dinâmicos! Uma vez que os materiais fundem dentro do cilindro, eles podem passar por diversas reações químicas, como polimerização ou enxerto. Essa capacidade, conhecida como extrusão reativa, é usada para criar novos polímeros, modificar os existentes (como poliolefinas), funcionalizar polímeros para obter melhores propriedades ou compatibilidade e misturar diferentes materiais. Ela também abrange modificações físicas como enchimento, composição, tenacidade e reforço de plásticos.
  4. Projeto modular de “blocos de construção”: Uma ampla variedade de elementos de rosca está disponível – elementos de transporte, blocos de amassamento (para cisalhamento), elementos de mistura, elementos de rosca reversa (para gerar pressão ou aumentar o tempo de mistura) e muito mais. Como blocos de montar de brinquedo, esses elementos podem ser dispostos e combinados no eixo da rosca de acordo com as necessidades específicas do material e do processo. Essa modularidade permite projetos de rosca otimizados, adaptados a diversas formulações.

Conheça os blocos de construção: tipos de elementos de parafuso duplo

Geralmente, com base em sua estrutura e função, os elementos helicoidais comuns se enquadram nestas categorias principais: elementos de transporte, elementos de cisalhamento e elementos de mistura/dispersão. Vamos analisar cada um deles.

(1) Elementos de Transporte: Os Motores

Os elementos transportadores são projetados principalmente para movimentar o material ao longo do cilindro da extrusora. Eles estão disponíveis em dois tipos principais: transporte para frente (movendo o material em direção à saída da extrusora) e transporte reverso. Elementos reversos empurram o material para trás, agindo como uma barragem temporária. Isso aumenta o tempo de residência do material, melhora o nível de preenchimento dos canais dos parafusos, aumenta a pressão e aumenta significativamente a eficácia da mistura.

As principais características de projeto dos elementos de transporte incluem a profundidade do canal, o avanço (a distância que a rosca do parafuso avança em uma rotação), a espessura da linha e a folga (espaço entre o parafuso e o cilindro), conforme ilustrado na Figura 1. Sua principal função é o transporte, portanto, o material geralmente passa por eles com relativa rapidez. liderar é sem dúvida o fator mais crítico aqui. Uma maior distância entre eixos significa maior rendimento (mais material extrudado por hora) e menor tempo de residência, mas potencialmente uma mistura menos completa.

Diagrama mostrando os elementos de transporte de um parafuso extrusor com rótulos para diâmetro, passo e avanço
Figura 1: Principais características dos elementos de transporte.

Nota: D = diâmetro externo do parafuso, d = diâmetro da raiz do parafuso, P = passo, L = passo

Veja aqui quando diferentes tamanhos de chumbo são normalmente usados:

  • Grandes elementos de chumbo: Usado quando a alta produção é a prioridade, para materiais sensíveis ao calor que exigem tempo mínimo de cilindro (para evitar degradação) e geralmente colocado perto de portas de ventilação (zonas de desgaseificação) para maximizar a área de superfície do material para melhor remoção de voláteis.
  • Elementos de chumbo médio: Escolhido quando se precisa de equilíbrio entre transmissão e mistura. Frequentemente usado em sequências em que a pressão diminui gradualmente para criar uma pressão suave.
  • Pequenos elementos de chumbo: Usado principalmente na zona de fusão para criar pressão, melhorar a eficiência da fusão, aumentar a intensidade da mistura e melhorar a estabilidade geral da extrusão.

(2) Elementos de cisalhamento: os amassadores

Elementos de cisalhamento, comumente conhecidos como blocos de amassar, são as potências para mistura intensiva. Eles aplicam altas forças de cisalhamento e são excelentes tanto na distribuição (espalhando componentes) quanto na dispersão (quebrando aglomerados) de materiais. Os principais parâmetros são o número de lóbulos ou "cabeças", a espessura de cada bloco e o ângulo de escalonamento entre os blocos adjacentes (ver Figura 2). Eles são normalmente usados em grupos. O ângulo entre os blocos influencia como o material flui através deles. A interação estreita entre os blocos nos dois parafusos cria um efeito de "disco de moagem", forçando a mistura e a troca de material. Quando vários blocos são combinados, eles podem formar um ângulo espiral líquido, ajudando a mover o material axialmente enquanto o mistura intensamente.

Diagrama ilustrando elementos de cisalhamento (blocos de amassamento) de um parafuso extrusor, mostrando ângulo e espessura escalonados
Figura 2: Elementos de cisalhamento (blocos de amassamento) mostrando ângulo escalonado (α) e espessura (t).

Vamos dar uma olhada nos parâmetros:

  • Ângulo de escalonamento (α): Os ângulos comuns são 30°, 45°, 60° e 90°. Para blocos escalonados para a frente (ajudando o material a avançar), um ângulo maior geralmente significa menor capacidade de transporte. Isso aumenta o tempo de residência e melhora a qualidade da mistura. Blocos escalonados para trás dificultam o fluxo para a frente, aumentando significativamente a pressão e a intensidade da mistura.
  • Espessura (t): Geralmente varia de 7 a 19 mm, escolhido de acordo com a aplicação. A espessura afeta a intensidade do cisalhamento e o estilo de mistura. Blocos mais espessos geram mais cisalhamento, mas podem ter uma eficiência de mistura distributiva ligeiramente menor em comparação com blocos mais finos, que geralmente proporcionam uma mistura distributiva melhor.

Os elementos de transporte e cisalhamento também variam de acordo com o número de cabeças (ou lóbulos) – geralmente projetos de cabeça simples, dupla ou tripla (Figura 3).

Exemplos de elementos de corte de cabeça simples, dupla e tripla
Figura 3: Exemplos de elementos de parafusos de cabeça simples, dupla e tripla.

O número de cabeças influencia o desempenho: para elementos de ação direta, mais cabeças geralmente significam menor capacidade de transporte, menor geração de torque por unidade de volume, mistura potencialmente menos distributiva, mas maior intensidade de cisalhamento. Para elementos de ação reversa, mais cabeças podem significar *maior* capacidade de transporte para trás (barreira mais forte) e mistura menos distributiva.

Elemento de parafuso de cabeça única

Oferece a mais alta eficiência de transporte (por canal) e sua asa mais espessa minimiza o vazamento de material (refluxo). Possui um volume aberto geral menor em comparação aos projetos com cabeçotes múltiplos.

Elemento de parafuso de cabeça dupla

A escolha padrão e versátil para roscas duplas corrotativas. Gera menos cisalhamento do que elementos de cabeça tripla. Comumente utilizado para alimentação de sólidos, transporte de fundidos e zonas de desgaseificação. Conhecido pelo aquecimento uniforme e boas propriedades de autolimpeza.

Elemento de parafuso de cabeça tripla

Proporciona maior cisalhamento, tornando-o ideal para fusão, dispersão e mistura intensiva. Permite um controle mais flexível sobre a distribuição de pressão e temperatura no cilindro. Pode produzir excelentes efeitos de desgaseificação, mas normalmente resulta em menor rendimento em comparação com elementos de cabeça dupla com o mesmo chumbo.

(3) Elementos de Mistura: Os Homogeneizadores

Os elementos de mistura geralmente se referem a elementos dentados (que podem ter dentes/ranhuras retos ou helicoidais cortados nas pontas da hélice), conforme mostrado na Figura 4. O objetivo principal dessas ranhuras é criar conexões entre canais adjacentes da hélice, incentivando a troca de material entre eles. Isso promove a homogeneização do fundido e melhora a mistura longitudinal (ao longo do eixo da hélice). Como a hélice é interrompida por ranhuras, esses elementos têm capacidades de transporte e geração de pressão ligeiramente reduzidas. No entanto, isso também aumenta o nível de enchimento dentro dos canais da hélice e prolonga o tempo de residência do material naquela seção.

Exemplos de elementos de mistura dentados para parafusos de extrusora
Figura 4: Exemplos de elementos de mistura (elementos dentados com ranhuras retas ou helicoidais).

O número, o formato e a disposição dos dentes (ou ranhuras) são parâmetros-chave de projeto. O formato do dente serve principalmente para interromper o fluxo do material, acelerando a homogeneização. Um maior número de dentes geralmente resulta em um efeito de mistura mais pronunciado. No entanto, é crucial, durante o projeto e a operação, evitar cisalhamento excessivo que possa danificar as moléculas do polímero.

Juntando tudo: combinando elementos de parafuso

Uma configuração completa de rosca extrusora é normalmente dividida em seções ou zonas funcionais, cada uma projetada para uma tarefa específica. Um layout comum inclui cinco seções principais (Figura 5):

Ilustração mostrando as cinco seções funcionais típicas de um conjunto de parafuso extrusor
Figura 5: As cinco seções funcionais típicas de um conjunto de parafuso de extrusora.

1. Seção de transporte (zona de alimentação)

Meta: Transporte com segurança material sólido (pelotas ou pó) do alimentador para a extrusora e evite que o material retorne para a abertura de alimentação.

Elementos típicos: Grandes elementos de transporte de chumbo (geralmente com cabeça dupla).

2. Seção de Fusão (Zona de Transição)

Meta: Derreter o material sólido de forma completa e uniforme por meio da transferência de calor do cilindro e do calor de atrito gerado pelo cisalhamento.

Elementos típicos: Pequenos elementos de transporte de chumbo, geralmente combinados com blocos de amassamento (elementos de cisalhamento) para entrada eficiente de energia.

3. Seção de mistura

Meta: Garanta a mistura e homogeneização completas de componentes únicos ou múltiplos (por exemplo, polímero + aditivos, polímeros diferentes). Pode envolver mistura distributiva (distribuição uniforme dos componentes) e mistura dispersiva (quebra de aglomerados ou gotículas).

Elementos típicos: Combinações de blocos de amassamento (de diversas espessuras e ângulos escalonados) e elementos de mistura especializados (como elementos dentados). Elementos de transporte reverso podem ser usados aqui para aumentar o tempo de residência e a intensidade da mistura.

4. Seção de desgaseificação (zona de ventilação)

Meta: Remove umidade, ar aprisionado, monômeros, oligômeros ou outras impurezas voláteis da massa fundida para melhorar a qualidade do produto final. Requer que os canais dos parafusos sejam preenchidos apenas parcialmente nesta zona.

Elementos típicos: Grandes elementos de transporte de chumbo (geralmente com canais mais profundos) para maximizar a exposição da superfície sob vácuo. Frequentemente precedidos por uma vedação de fusão (por exemplo, um elemento reverso ou um pequeno elemento de chumbo) para evitar vazamento de vácuo.

5. Seção de Homogeneização e Dosagem (Zona de Matriz)

Meta: Transporte o material fundido totalmente misturado em direção à matriz, crie pressão suficiente e estável para extrusão, homogeneize ainda mais a temperatura do material fundido e garanta uma taxa de saída consistente.

Elementos típicos: Pequenos elementos de transporte de chumbo para gerar pressão de forma confiável. Às vezes, inclui elementos de mistura suaves para homogeneização da temperatura final.

Resumindo

Como vimos, os elementos da rosca e sua disposição são absolutamente vitais para determinar o desempenho de uma extrusora de rosca dupla. A combinação correta garante transporte, fusão, mistura eficientes e uma produção estável, adaptada a materiais e aplicações específicas.

No Máquinas Rumtoo Aproveitamos nossa profunda expertise técnica e inovação contínua em tecnologia de extrusão para fornecer a clientes como você soluções de extrusoras de dupla rosca de alto desempenho. Nossas máquinas são projetadas para atender aos exigentes requisitos de precisão e eficiência da moderna indústria de processamento de plásticos, graças à excelente capacidade de mistura, controle preciso da fusão e desempenho de transporte estável. Selecionando e organizando cuidadosamente os elementos da rosca, combinados com a fabricação avançada e a ciência dos materiais, garantimos que nossas extrusoras ofereçam confiabilidade e durabilidade em diversas condições de processo. Nosso compromisso vai além da tecnologia de ponta; trata-se de controle de qualidade e suporte de serviço dedicado.

Estamos ansiosos para fazer parceria com você para impulsionar a inovação e o sucesso em seus empreendimentos de processamento de plásticos!

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