Análise do mecanismo de plastificação em diversas zonas de extrusora de parafuso duplo para produtos de PVC

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Baseado no processo de plastificação do material PVC em umextrusora de parafuso duplo, a rosca é dividida em três zonas: a zona de transporte sólido, a zona de fusão e a zona de transporte de fusão (extrusão).

I. Mecanismo de Plastificaçãom na zona de transporte de sólidos

No barril, a área onde o polímero sólido (PVC) e seus aditivos fluem, são pré-aquecidos e compactados é definida como zona de transporte sólido. Em primeiro lugar, o fluxo de partículas sólidas de polímero da tremonha para o barril é conseguido por gravidade. À medida que a rosca gira, as partículas são transportadas em direção à cabeça de matriz enquanto as partículas na tremonha fluem continuamente. Na zona de transporte sólido (zona Barril C1), as macromoléculas, pequenas moléculas e outras partículas dentro do material de PVC são gradualmente aquecidas. Simultaneamente, o cisalhamento do parafuso e o atrito entre as partículas também aumentam o calor das partículas, permitindo-lhes entrar em contato, difundir-se e penetrar totalmente em um estado compactado.

Nesta zona, devido a alterações no passo do parafuso, largura do voo, etc., as partículas do material PVC são densamente compactadas, formando um leito sólido ou tampão sólido que desliza ao longo do canal do parafuso. O movimento do tampão sólido depende do atrito entre a superfície do cano e o tampão sólido, enquanto o atrito entre o parafuso e o tampão sólido dificulta o seu movimento. Portanto, dentro do cilindro, as partículas de material de PVC não avançam uniformemente na mesma direção, mas, em vez disso, tombam, escorregam, giram com o parafuso e fazem uma "ponte" periodicamente. Eles se acumulam atrás da “ponte”, que então se quebra, e o processo se repete continuamente com a extrusão do material de PVC e o fluxo do material dentro da tremonha.

Nesta zona, a boa qualidade de extrusão e plastificação do PVC é indicada pela transição do PVC de um estado vítreo para um estado altamente elástico. Do ponto de vista da estrutura do estado agregado, envolve 50% a 60% das partículas de resina de PVC se decompondo em partículas primárias, com as superfícies de várias partículas aditivas em contato total e se difundindo com essas partículas primárias.

Vale ressaltar que para uma operação estável, a altura do material sólido na tremonha deve estar sempre acima de um determinado valor crítico. Acima deste valor crítico, alterações na altura do material não afetarão o desempenho da extrusora. Contudo, se a altura do material cair abaixo do valor crítico, torna-se um fator significativo de instabilidade. Alterações na altura do material sólido provocam variações na pressão no fundo, o que pode alterar as condições de funcionamento da extrusora e levar à deterioração da qualidade da extrusão e plastificação do PVC.

II. Mecanismo de Plastificação na Zona de Fusão

No barril, a área onde o polímero sólido e o fundido coexistem é definida como zona de fusão ou zona de transição de fase. Esta zona corresponde às zonas de aquecimento C2 e C3. A zona de fusão é uma parte crucial da extrusora. Parâmetros como configurações de temperatura (zona C2 do cilindro, zona C3, núcleo do parafuso), velocidade do parafuso, espaço entre os parafusos e espaço entre o parafuso e o cilindro impactam significativamente a qualidade da extrusão de PVC. Quando o material de PVC atinge a zona de fusão, devido a mudanças no passo do parafuso, na largura do voo, etc., as partículas de PVC são compactadas densamente e já geraram uma pressão considerável. Esta pressão, combinada com o efeito suavizante do meio térmico circundante, transforma as partículas compactadas em um “leito sólido” denso. Este leito sólido é um estado misto que consiste parcialmente em PVC num estado altamente elástico, parcialmente num estado vítreo e uma pequena quantidade num estado de fluxo viscoso. A base sólida assume a forma do canal helicoidal do parafuso e desliza dentro dele. Devido a este movimento relativo, uma distribuição de velocidade é gerada dentro do filme fundido entre o leito sólido e a superfície do cilindro. Conseqüentemente, o derretimento do filme começa a fluir em direção ao voo empurrador. Quando encontra o voo, o voo "raspa" o material fundido do barril, coletando-o na poça de fusão na parte traseira do canal, à frente do voo que empurra. À medida que o leito sólido se move ao longo do canal, mais e mais massa fundida é transportada para a poça de fusão. Assim, o tamanho da poça de fusão aumenta enquanto o tamanho do leito sólido diminui. O leito sólido é gradualmente destruído e transportado em um estado de fluxo viscoso.

Nesta zona, a boa qualidade da extrusão e plastificação do PVC é indicada pela transição do PVC de um estado altamente elástico para um estado de fluxo viscoso. Do ponto de vista da estrutura do estado agregado, 60-70% das partículas primárias de PVC se decompõem em partículas de primeira ordem, e várias moléculas aditivas entram em contato com as partículas de primeira ordem de PVC, formando ligações físicas e químicas.

Os fatores que melhoram a qualidade da extrusão e plastificação do PVC na zona de fusão incluem:

(1) Aumentar a velocidade do parafuso;

(2) Aumentar a temperatura definida do barril na zona de fusão;

(3) Folga apropriada entre o parafuso e o cilindro.

Para uma formulação específica de produção de perfis de PVC, deve haver um conjunto ideal de temperaturas de barril para a zona de fusão.

III. Mecanismo de Plastificação na Zona de Transporte de Fundição

No barril, a área onde o polímero sólido é completamente convertido em fundido, e o fundido é transportado à força para a cabeça de matriz, é definida como a zona de transporte do fundido (zona de aquecimento do barril C4). Nesta zona, as macromoléculas fundidas reagem e homogeneizam ainda com vários aditivos sob ação de cisalhamento. À medida que o fluido viscoso de PVC é extrudado contínua e quantitativamente, a pressão de fusão é formada, garantindo a compactação do produto final de PVC formado. Nesta zona, a boa qualidade de extrusão e plastificação do PVC é indicada pelas macromoléculas de PVC mantendo seu estado de fluxo viscoso. Do ponto de vista da estrutura de estado agregado, é uma estrutura cristalina composta por partículas de primeira ordem de PVC juntamente com um pequeno número de partículas primárias. Estas partículas primárias restantes podem aumentar a resistência e a tenacidade do material final. Quando o material contendo tais cristais é extrudado e resfriado, as partículas primárias podem dificultar o movimento das partículas de primeira ordem sob força externa, levando ao aumento da resistência. Além disso, devido à sua grande área superficial, as partículas primárias podem absorver parte da energia do impacto quando submetidas ao choque, melhorando a tenacidade.

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