Estudo de uma mini linha de extrusão protótipo para o fabrico de filamentos

Abstract

O processo de extrusão é um dos principais métodos de processamento de polímeros, pelo que simplificar e reduzir as dimensões da maquinaria de extrusão convencional é um fator de inovação para indústria dos plásticos. Assim, foi desenvolvido no Departamento de Engenharia de Polímero da Universidade do Minho, em projetos anteriores, uma min linha de extrusão protótipo para o fabrico de pequenas quantidades de filamento. Deste modo, a presente dissertação consiste no estudo da capacidade do mesmo para processar adequadamente diferentes materiais e condições operatórias distintas. Foram testados, com duas fieiras com diâmetros diferentes, cinco materiais (ABS, LDPE, PLA, PP e PS) com propriedades distintas, com o intuito de fabricar filamentos com diâmetro de 1,75 mm. Estudou-se a influência dos parâmetros de processamento, nomeadamente, temperatura e velocidades de rotação dos parafusos e rolos de puxo, no processo e qualidade dos filamentos. Os resultados indicam que com a fieira de 3mm não é possível produzir filamentos, devido à incapacidade da extrusora transportar material suficiente para manter um fluxo de material constante a baixas velocidades de rotação dos parafusos. Já com a fieira de 1,5 mm é possível produzir filamento com os diâmetros próximos dos pretendidos para polímeros com grades indicados para extrusão, nomeadamente para o LDPE, PP e PS, não se obtendo diâmetros próximos de 1,75mm com materiais com grades de injeção. Por outro lado, para o ABS, PLA, PP e PS foi possível obter secções transversais dos filamentos com geometria circular e uniforme, enquanto que com o LDPE estes apresentaram secção transversal não uniforme. No entanto foi possível obter-se filamentos com boa qualidade superficial para todos os materiais em estudo. Como só foi possível produzir filamento com diâmetro próximo de 1,75mm para materiais com grades de extrusão e fieira de 1,5 mm, futuramente será necessário realizar alterações na conceção do equipamento para ampliar a gama de materiais exequíveis neste equipamento.

The extrusion process is one of the main methods of processing polymers, so simplifying and reducing the dimensions of conventional extrusion machinery is a factor of innovation in the plastics industry. For this reason, a mini extrusion line prototype for the manufacture of small amounts of filament has been developed, in previous projects, in the department of polymer engineering at the University of Minho. The present dissertation is a study of the ability of this equipment to process adequately different materials and different operating conditions. Were tested with two different dies with different diameters five materials (ABS, LDPE, PLA, PP and PS) with different properties, with the purpose of making filaments with a diameter of 1,75 mm. It was studied the influence of the processing parameter, such temperature and rotation speeds of the screws and pull rolls, in the process and quality of the filaments. The results indicate it is not possible to produce filaments with the 3 mm die because of the inability of the extruder to carry enough material to maintain a constant flow of material at low speeds of rotation of the screws. With the 1,5 mm die it is possible to produce filaments with the desired diameter for polymers with grades for extrusion, such LDPE, PP and PS. Was not possible to obtain the desired diameter (1,75mm) with the materials with grades for injection molding. For ABS, PLA, PP and PP it was possible to obtain cross sections with circular and uniform geometry, whereas with LDPE the filaments presented non-uniform crosssection. However, it was possible to obtain filaments with good surface quality for all materials under study. As it was only possible to produce filaments with a diameter of about 1,75mm for materials with extrusion grades and 1,5mm die, in the future it will be necessary to make changes in the design of the equipment to extend the range of materials feasible in this equipment.