Tudo o que você sempre quis saber sobre resfriamento por extrusão

Nov 12, 2023

Aderência Allan | 12 de janeiro de 2023

A coluna de extrusão deste mês é quase fria, apropriada para janeiro. Muitas vezes na extrusão é frio e úmido, o que é ainda mais apropriado este ano.

Para que um termoplástico amoleça o suficiente para ser extrudado, ele deve ser aquecido - o termo em termoplástico. Antes de prosseguir, vamos esclarecer duas coisas.

Primeiro,calor é uma forma de energia , para que possa ser contado e medido. A energia tem muitas formas, mas não aparece nem desaparece. Sem mágica. Pode ser medido em calorias – o calor que eleva um grama de água em 1°C. É uma quantidade pequena, por isso é comum usar letras maiúsculas — Calorias (Cal) ou Kalories (Kal ou Kcal) para representar 1.000 calorias pequenas. Se você usar joules: 4,2 joules = 1 caloria.

Os números são conhecidos há muito tempo, mas às vezes são ignorados ou evitados onde a contagem não é bem-vinda. O mesmo para as pessoas que não querem contar as calorias dos alimentos, o que não é científico, mas permite outros prazeres de comer, como o sabor e a “liberdade” de seguir o impulso e a imagem, como: “Se é verde, é bom para você. "

Nós, cientistas, também podemos desfrutar da comida, mesmo contando calorias: 9 Kcal/grama de gorduras ou óleos e 4 Kcal/grama de proteínas e carboidratos (amido, açúcares), se digeridos e disponíveis. Sim, as gorduras são nutrientes como fontes de energia e as proteínas são iguais aos amidos e açúcares, mas a imagem pública diz o contrário. Água – 80% para carne e variável em vegetais – também é bom para você, mas não é uma fonte de energia. Então, não conta. A internet e os rótulos dos alimentos estão cheios dessas informações, mas lembre-se de que é por grama, então o quanto você come é importante. Cerca de 30 gramas = uma onça e 454 gramas = 1 libra, então não deixe que os gramas o impeçam.

O segundo item a esclarecer éescalas de temperatura . Precisamos falar C e F e, se tivermos um medidor ou ponto de dados, saber quais são as unidades. É fácil: 5°C = 9°F e 0°C é 32°F (a água congela em gelo, as mesmas moléculas, mas estrutura organizada). Fahrenheit (F) inventou o termômetro em 1717, mas Celsius (C) baseou a escala no congelamento e ebulição da água no litoral da Suécia, assim como no nível do mar nos EUA (varia com a altitude, mas ele não sabia disso).

De volta aos plásticos. Para entender o resfriamento, devemos entender o aquecimento. Não existe frio – resfriamento significa remoção de energia. Leva cerca de 138 Kcal (0,16 kWh) para aquecer 2,2 lb (1 quilograma) de polietileno de baixa densidade (LDPE) de uma temperatura ambiente de 73°F (25°C) para uma temperatura de extrusão de 410°F (210°C). ). Isso é cerca de 0,61 Kcal por libra. Esses números são ideais, mas no mundo real há perdas reais; se não tiver outras informações, presumo que seja necessário o dobro disso. Geralmente ainda é muito pouco para se preocupar com o custo, mas não com o superaquecimento.

A maior parte dessa energia vem do motor à medida que supera o atrito para mover o parafuso para frente no derretimento pegajoso. Alguns vêm de aquecedores de matrizes e também de aquecedores de barris para plásticos de alta temperatura, como PET e nylons. Esses números incluem o aumento da temperatura e a quebra da cristalinidade, que é de cerca de 40% para o LDPE.

É difícil encontrar esses dados até na internet. Eu uso Rao & O'Brien (Hanser, 1998), e os cientistas de polímeros conhecem outras fontes, mas os extrusores não se preocupam muito com isso, pois a maioria das máquinas pode adicionar calor mais do que suficiente. Isso leva a um mal-entendido comum, porém, de que a maior parte do calor vem dos aquecedores de barril, porque essas são as temperaturas que regulamos com os aquecedores e o resfriamento a ar ou a água.

Mas a proeminência do calor do barril é verdadeira apenas para máquinas muito pequenas ou quaisquer máquinas que funcionem lentamente, alguns revestimentos por extrusão, alguns gêmeos e polímeros de alta temperatura, conforme observado acima. Aquecedores são necessários para a inicialização e úteis para manter as coisas estáveis, mas geralmente não são uma fonte importante de calor. A temperatura do barril traseiro é crítica por outro motivo: ela controla o deslizamento do pellet nas paredes do barril na(s) primeira(s) zona(s) e, portanto, controla a taxa de entrada/saída.

As extrusoras de barril ranhurado são um caso especial importante, frequentemente usadas para PE de alta densidade (HD). Se você tiver um, saiba mais sobre como ele funciona. A primeira zona é resfriada a água para evitar que grude e derreta ali. Também com barris lisos pode haver resfriamento para evitar a aderência nas passagens de entrada de alimentação, mas, a menos que haja ranhuras, isso raramente é controlado de perto.