Relatrio Caracterizao.docx

Universidade Federal do ABC

EN3816 Simulao e Processamento de Polmeros

Prtica 01 Determinao dos Parmetros de Extrusora de Rosca Simples.

Alexandre SilveiraRA 11050409Ana BeatrizRA 11Andr MoraesRA 11096509Cristiane Vilas BoasRA 11Daniel Belchior RochaRA 11Lucas PiquiniRA 11Vanessa PerantonRA 11095609Viviam Serra Marques PereiraRA 11

Prof. Dr. Suel E. Vidotti / Prof. Dr. Danilo J. Carastan

Santo AndrAgosto 2014Sumrio

Resumo3Objetivos41.Introduo42.Materiais e Mtodos43.Resultados e Discusses54.Concluso95.Referncias Bibliogrficas:10

Resumo

ObjetivosEste trabalho teve como objetivo obter informaes sobre os parmetros de extruso para o Polietileno de Alta Densidade (PEAD) por meio de estudos realizados utilizando plastmetro para determinao do ndice de fluidez e viscosidade do polmero, assim como determinar a vazo e a queda de presso na extrusora de rosca simples.1. Introduo1.1. ndice de FluidezA medida do ndice de fluidez (MIF, ou simplesmente IF), tambm conhecida como MFI (Melt Flow Index), foi desenvolvida por W. G. Oakes, na Inglaterra, durante o incio da produo comercial de polietileno. Ele fornece um ndice de processabilidade para polmeros termoplsticos fundidos, que geralmente inversamente relacionado com seu peso molecular e sua viscosidade. O mtodo baseia-se na medida da taxa de fluxo de um polmero, sob determinada temperatura, atravs de um orifcio de dimenses especficas, impulsionada pela ao do peso de um pisto de massa e posio pr-estipuladas. O equipamento geralmente possui uma cmara de conteno para o polmero fundido, com termostato para controle da temperatura, conforme ilustrado na figura 1 [1]. O valor do IF o peso que flui pelo capilar durante 10 minutos. Valores de IF baixos esto relacionados a valores de viscosidades altas do polmero naquela temperatura e taxa de cisalhamento. Portanto, IF uma medida isolada do comportamento reolgico de uma resina e pode ser interpretado de maneira inadequada, porque o teste feito a baixas velocidade e os processos ocorrem a taxas de cisalhamento que podem ser at 103 vezes maiores [2].

Figura 1: Equipamento para determinao de ndice de fluidez [1].1.2. ExtrusoA extruso um dos processos de transformao de resinas polimricas mais importantes na indstria de plsticos, sendo que utilizado para a produo contnua de artefatos tais como canos, filmes, chapas, entre outros. A figura 2 ilustra as partes fundamentais de uma extrusora convencional [3].

Figura 2: Componentes de uma extrusora convencional: (1) funil de alimentao; (2) motor de acionamento do parafuso; (3) barril da extrusora; (4) elementos de aquecimento do barril; (5) sistema de resfriamento do barril; (6) matriz da extrusora; (7) bomba de gua [3].

As funes de uma rosca so: homogeneizao/plastificao do polmero por meio de cisalhamento; aquecimento do material para que este atinja o estado plstico que permita sua conformao na matriz da extrusora, sendo que o aquecimento se d por atrito e atravs de mantas eltricas devidamente acopladas no canho; transporte do polmero a partir do funil da extrusora at sair da matriz e elevao da presso da massa polimrica para que o perfil extrudado seja compacto e isotrpico [2].As sees geomtricas de uma extrusora so fixas e referem-se s diferentes partes da rosca: zona de alimentao que apresenta menor resfriamento e ocorre apenas o transporte do polmero, zona de compresso em que ocorre a fuso do polmero pelos efeitos de temperatura, presso e cisalhamento, e a zona de dosagem onde o polmero homogeneizado no estado viscoso e entregue a matriz com vazo e presso constantes [3].Dessa forma, a extrusora deve entregar matriz um fluxo constante de material com propriedades homogneas em termos de composio, temperatura e presso. Se o material entregue matriz no for uniforme, pode ocorrer um fluxo desigual ao longo da mesma, resultando em variao nas dimenses do produto [3].2. Materiais e Mtodos2.1. ndice de FluidezPara determinao do ndice de fluidez, utilizou-se uma amostra de polietileno de alta densidade (PEAD), com especificaes HD 7255 LS Braskem que foi e submetida a teste de fluidez em plastmetro de extruso CEAST 7023, composto de cilindro de ao, matriz, pisto de ao e cmara com termostato e com os comprimentos capilar L de 88 mm, capilar D de 2,095 mm e D pisto de 9,5 mm. Primeiramente, a matriz adequada foi inserida no cilindro do equipamento, com o auxlio de um pequeno eixo, sendo a amostra depois colocada para fuso. Foram ento inseridos no painel do equipamento os dados referentes carga do pisto que foi variada entre os valores de 1,05; 1,20; 2,16; 3,80 e 5,00 kg e temperatura 190C. Depois de 180 segundos de pr-aquecimento, o pisto foi acoplado ao equipamento, iniciando nesse momento a extruso do polmero fundido. Aps mais 60 segundos do incio do ensaio, as amostras do polmero comearam a ser coletadas, em intervalos de 10 segundos.Aps a coleta das amostras, foi realizada sua pesagem, em balana semi-analtica e em seguida o ndice de fluidez e a viscosidade foram determinados. 2.2. ExtrusoA extruso foi realizada em extrusora AX Plsticos com as seguintes caractersticas:Rosca:- Comprimento da rosca (L) = 416 mm;- Dimetro da rosca (D) = 16 mm;- Razo comprimento/dimetro da rosca (L/D) = 26;- Passo da rosca (Ls) = 16 mm; - Largura do canal da rosca (b) = = 10,74 mm;- ngulo de inclinao do filete ( ou ) = = 17,7; - Espessura do filete (e) = 4,5 mm;- Profundidade do canal da rosca na zona de alimentao (Hi) = 3,0 mm;- Profundidade do canal da rosca na zona de alimentao (Hf) = 2,0 mm;- Taxa de compresso da rosca (Hi/ Hf) = 1,5;- Comprimento da zona de dosagem = 135 mm;- Comprimento da zona de alimentao = 135 mm;- Comprimento helicoidal da rosca (ZT) = = 804,25 mmMatriz- Dimetro do capilar (d) = 4 mm;- Comprimento do capilar (L) = 25 mmAs temperaturas envolvidas no processamento foram de 180, 185 e 190C para as zonas de alimentao, compresso e dosagem, respectivamente. A rotao na rosca foi variada entre os valores de 20, 40, 60, 80 e 100 rpm e para efeitos de comparao, a extruso foi realizada com e sem a presena do cabeote.O corte das amostras na sada da extrusora foi realizado a cada 10 segundos com o auxlio de uma esptula e aps a coleta, as amostras foram pesadas em uma balana semi-analtica para determinao da vazo mssica mdia em g/minuto.Por ltimo, foram calculadas as vazes na rosca e na matriz, por meio de equaes apresentadas mais adiante e presentes no roteiro experimental, e seus valores foram comparados com os valores de vazo mssica obtidos experimentalmente.

3. Resultados e Discusses3.1. PlastmetroAo trmino das medidas utilizando o Plastmetro na temperatura de 190C e variando-se a carga, foram obtidas cinco amostras para cada carga aplicada no equipamento, conforme indicado na Tabela 3.1 abaixo.Tabela 3.1: Dados de massa e massa mdia para cada variao de medidas utilizando o Plastmetro. GrupoMassa Peso (kg)Tempo de corte (s)AmostraMassa (g)Massa mdia (g)

15,001010,21000,2100

20,2100

30,2100

40,2100

50,2100

23,801510,20260,2031

20,2027

30,2026

40,2040

50,2035

32,162510,17060,1652

20,1703

30,1440

40,1699

50,1710

41,203510,12290,1234

20,1238

30,1234

40,1232

50,1235

51,054510,13020,1301

20,1302

30,1302

40,1300

50,1298

Sendo que para calcular o ndice de fluidez foi utilizado a seguinte equao:

Assim, os valores de MFI obtidos esto indicados na tabela 3.2 abaixo:Tabela 3.2: Valores de MFI para as variaes de carga e tempo de corte. GrupoMassa Peso (kg)Tempo de Corte (s)Massa mdia (g)MFI (g/10min)

15100,2112,60

23,8150,20318,12

32,16250,16523,96

41,2350,12342,12

51,05450,13011,73

Discutir MFIs com Data Sheet da Braskem? :http://merco-polymers.com/newsite/wp-content/uploads/2013/12/BRASKEM-HDPE-HD7255LS-L-mfi-4.5.pdf

Para obter a viscosidade do polmero foram utilizados os dados da Tabela 3.1 e as seguintes equaes utilizando tambm a correo de Rabinowitsch:

Assim, os dados preliminares e os resultados de viscosidades esto nas tabelas 3.3 e 3.4, respectivamente. Tabela 3.3: Dados preliminares para calculo da viscosidade por meio da correo de Rabinowitsch.massa mdia (g)M(peso)t(s)Q(kg/s)Q(m/s)FPwwb

0,21005,00102,10E-052,763E-080,04900691,28845,25830,6090,897

0,20313,80151,35E-051,782E-080,03724525,37934,39619,7360,843

0,16522,16256,61E-068,695E-090,02117298,63619,5519,6320,762

0,12341,20353,53E-064,639E-090,01176165,90910,8625,1390,686

0,13011,05452,89E-063,804E-090,01029145,1709,5044,2140,639

Tabela 3.4: Valores de viscosidade obtidos para o polmero.w correoLog(w)Log(w)

29,8241,6561,4751,517

18,9611,5371,2781,814

9,0581,2910,9572,158

4,7361,0360,6752,294

3,8340,9780,5842,479

Os dados obtidos acima foram apresentados em grficos, conforme a Figura 3.1, Figura 3.2 e Figura 3.3.

Figura 3.1:

Figura 3.2

Figura 3.3: Viscosidade obtida pela correo de Rabinowitsch.

Discusso

3.2. ExtrusoraAps a utilizao da extrusora de rosca simples e variando-se os parmetros como velocidade de rosca N, utilizao ou no da matriz e tempo de corte, foi obtido cinco amostras sendo as massas indicadas na tabela 3.5 a seguir:Tabela 3.5: Dados de massa de cinco amostras para cada variao de medidas utilizando o extrusora de rosca simples. GrupoN (rpm)Com matriz?Tempo de corte (s)AmostraMassa (g)

1100Sim1013,824

23,773

33,307

100No2015,507

24,881

34,969

220Sim3011,444

21,828

31,592

20No2011,298

21,076

31,112

360Sim2012,498

22,490

32,779

60No2012,469

22,783

33,095

480Sim1012,625

22,772

32,650

80No1513,547

23,751

33,503

560Sim1512,860

22,950

33,510

60No1513,570

23,160

33,510

Discusso

4. Concluso

5. Referncias Bibliogrficas:[1] MACHINE, F.C. Ensaios Fsicos e Qumicos Apostila Curso de Tcnico em Materiais Plsticos SENAI Mario Amato, 2005.[2] MANRICH, S. Processamento de Termoplsticos Rosca nica, Extruso & Matrizes, Injeo & Moldes. Editora Altiber, So Paulo, 2005.[3] VIGNOL, L.A. Desenvolvimento de Modelos Simplificados para o Estudo da Extruso de Polmeros. Dissertao Mestrado. Escola de Engenharia Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2005.