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HOMOGENEIZADOR ESTÁTICO GERA QUALIDADE COM ECONOMIA

 

Por Rolf Heusser

 A utilização de Homogeneizador Estático permite a melhoria da qualidade da peça moldada com considerável economia de custo. 

É de conhecimento que os misturadores estáticos, os chamados Bicos homogeneizadores estáticos, são utilizados para ajudar a evitar estrias de cor no processo de moldagem.

Menos conhecido é o fato de que os homogeneizadores estáticos podem ser utilizados para resolver muitos outros problemas de qualidade, como melhorar a estabilidade do processo e reduzir os custos de produção. 

Instalação e Funcionamento:

O Homogeneizador pode ser instalado em injetoras, sopradoras e extrusoras, em uma posição posterior a rosca e antes do molde.

Na rosca de uma máquina de moldagem o material plástico é derretido e misturado com aditivos e pigmentadores. O desenho das roscas e o controle dos processos têm melhorado ao longo dos anos com o intuito de otimizar o processo e redução dos ciclos, tanto quanto possível, porém com seu desgaste, seu poder de homonegeização fica deteriorado.

Moldagem por injeção

No entanto, na moldagem por injeção, por ser um processo descontínuo, o tempo de residência com derretimento do material no cilindro é desigual.

Além disso, o cilindro tem que ser plenamente aquecido a partir do exterior, a fim de fundir o plástico o mais rápido quanto possível. Estes dois efeitos elevam a temperaturas de formas desiguais na massa fundida tanto sobre a seção transversal bem como em todo o curso de dosagem.

As temperaturas de fusão também criam desigualdade na viscosidade e diferentes velocidades de fusão. Estes são os fatores ou razões principais para a utilização de um bico homogeneizador.

O misturador estático, quando integrado a injetora, propicia homogeneizar a viscosidade, temperatura e velocidade do fluxo ao longo de todo o ciclo de injeção. O gráfico que segue mostra o desvio da temperatura ao longo de um curso de injeção inteiro com um bocal de injeção padrão, sobreposto com um bocal de mistura Promix. Os homogeneizadores são instalados dentro dos bicos de injeção.

São utilizados de 4 a 6 elementos dispostos com 90° um em relação ao outro para alternar o fluxo do plástico no seu interior, para uma perfeita homogeneização.

Também é possível se utilizar um filtro de partículas antes, para impedir que qualquer partícula pare no seu interior.

                          Misturadores estáticos, filtros, e montagem do bico

 

 

Problemas de qualidade que podem ser resolvidos com um bocal de mistura. 

Muito dos problemas de qualidade na moldagem por injeção tem sua origem na temperatura irregular, viscosidade e velocidade do material fundido. A utilização de um bocal de mistura trás como consequência uma melhoria de homogeneização e os parâmetros ajudam a melhorar as tolerâncias e evitar efeitos indesejáveis ​​como áreas de superfície maçante ou brilhante.

As áreas fracas afetam a resistência da peça de plástico e tornam se evidentes por linhas de fluxo, que são reduzidos significativamente.

Desvio de temperatura ao longo de um curso de injeção

O uso de bicos misturadores efetivamente evita estrias de cor devido à homogeneização provocada na mistura.

Um bico de mistura é um eficiente solucionador de problemas, e o processo de moldagem por injeção pode ser melhorado em muitos aspectos que podem garantir benefícios como qualidade.

Economia significativa dos custos com masterbatches

Os processadores de termoplásticos estão utilizando a cada vez mais coloração direta com masterbatch ou líquido para reduzir os custos e aumentar a flexibilidade da produção. No entanto, nem sempre é fácil de obter tonalidade constante e uniforme, porque o resultado será afetado pelas condições do processo de fusão de temperatura, pressão de retorno de velocidade do parafuso e a cor do dispositivo dosador.

A precisão dos dosadores Gravimétrico ou Volumétrico na distribuição dos pigmentos em combinação com um bico homogeneizador é a solução perfeita para este desafio.

O bocal de mistura assegura que uma constante tonalidade de cor pode ser obtida, independente do tipo de máquina que se efetua a moldagem por injeção e parâmetros de processamento utilizados.

Além disso, o consumo de masterbatch e cores líquidas pode geralmente ser reduzido de 5% a 25%, dependendo do tipo e da cor em aplicação. Isto é devido a eficiente quebra de aglomerados de pigmentos de cor e distribuição homogênea das partículas de pigmento.

A figura mostra uma propagação de estrias de cor a partir do ponto de injeção de um componente moldado, o que pode ser significativamente reduzida pelo uso de um bocal de mistura Promix.

Melhoria da eficiência energética e menor tempo de ciclo:

Dependendo do tipo de polímero e do tipo de peça moldada, a temperatura de fusão pode frequentemente ser reduzida quando se utiliza um misturador estático por causa da sua capacidade de reduzir o desvio da temperatura de fusão no seu interior.

A possível redução em 10°C aumenta a eficiência de energia significativamente e resulta em menores tempos de resfriamento, os quais, dependendo da peça moldada, podem ser uma parte significativa do tempo de ciclo total.

Um produtor de um recipiente 2,5 kg de PP pode, por exemplo, reduzir o tempo do ciclo de 120 para 110 segundos com base em uma temperatura de fusão reduzida.

Mistura em relação da rosca da injetora com o homogeneizador estático.

Problemas de estrias de cor podem ser reduzidos através do aumento da contra pressão e utilização de maior percentual de masterbatch. No entanto, é evidente que esta abordagem não é econômica e implica em elevação nos custos de masterbatch, aumento do ciclo e, dependendo do tipo de polímero, reduz a vida do parafuso de plastificação.

Melhor homogeneização na utilização de reciclados

Devido aos tamanhos e formatos diferentes e variados das partículas dos reciclados, sua homogeneização no interior da rosca não é constante e muito deficiente.

Uma excelente aplicação é a integração de homogeneizador estático com o objetivo de melhorar a homogeneização térmica do plástico reciclado para melhor o processamento dos reciclados.

Os problemas de linhas de fluxo, descamação, manchas de acúmulo de cor, são solucionados

Pode um problema de variação de cor ser resolvido com a rosca especial de mistura?

De certa forma sim, mas com algumas desvantagens significativas em comparação a um misturador estático bem desenhado.

O desempenho de uma rosca de mistura depende da sua geometria e da pressão traseira. Dispersando aglomerados de cor, apesar de muito altas taxas de cisalhamento locais em uma rosca, é apenas parcialmente possível porque o impacto de cisalhamento é desigual e, por conseguinte, nem sempre eficazes.

Também devido à utilização de parte do comprimento da rosca para esta tarefa específica, a relação L/D é comprometida, porque há menos de comprimento disponível para plastificação.

Por último, mas não menos importante, a instalação de um bocal de mistura é muito mais rápida e mais eficiente em comparação com a instalação de um novo parafuso.

Geometria de um misturador e um projeto correto são essenciais: 

Há casos em que um homogeneizador estático não pode ajudar a melhorar o processo: Um bico homogeneizador não pode compensar um sistema desigual de distribuição com masterbatch pobres. A concepção e o dimensionamento correto do homogeneizador é essencial para se obter o máximo de benefício dentro do padrão estabelecido pelo fabricante do máster batch.

O tamanho da máquina, a força de injeção e o tipo de polímero têm um impacto importante sobre a escolha correta do homogeneizador. Um projeto inadequado de misturador ou com geometria irregular estará resolvendo o problema apenas parcialmente e não a todos. Além disso, a queda de pressão pode ser demasiadamente elevada ou o polímero pode construir depósitos no interior do misturador e começar a decompor-se. Um misturador bem concebido não deve adicionar mais do que 5%, a queda de pressão para a pressão de injeção.

Além disso, a geometria do misturador tem uma influência importante sobre o desempenho. Uma mistura eficaz depende da secção transversal, do comprimento adequado e com pequena queda de pressão. A geometria de um único misturador não irá apresentar o mesmo resultado para todas as aplicações de processo. Um misturador de geometria incorreta ou projeto pode levar a resultados pobres que, em muitas vezes, pode ser interpretado como ruim.

A limpeza dos bocais de mistura

Em homogeneizadores mal dimensionado, percebe-se a formação de acúmulos ou depósitos que dificulta a limpeza de todo o fluxo do plástico.

Isso dificilmente acontece quando a geometria interna cria fluxos de plástico em toda sua extrutura de mistura, as tolerâncias de residência e instalação do conjunto do bico são aplicadas corretamente. Em geral, um bico homogeneizador bem concebido não tem de ser removido ou desmontado para limpeza. Devido à geometria interna que garante um fluxo constante em toda a transversal, a limpeza pode ser feita com o novo polímero ou purga de material no misturador.

A figura apresenta os resultados dos testes de limpeza em linha com um bocal de mistura Promix demonstrando que um volume de limpeza de apenas 5 vezes o volume do misturador é suficiente para limpar completamente o bocal de mistura. Isto é muito menos do que, por exemplo, a limpeza de uma secção de tubo vazio ou a limpeza da rosca de plastificação.

Qualidade do aço é importante

A tensão mecânica de impacto de um misturador estático, durante o ciclo de injeção é considerável. O misturador estático tem de suportar em curso, alternando as cargas de queda de pressão de até 100 bar (cerca de 1500 psig). Isso só pode ser realizado com misturadores estáticos feitos de aço de alta qualidade, com geometria otimizada.

Um aspecto importante se trata da utilização de bicos bem desenhados e de alta qualidade de mistura que seguindo as instruções operacionais retarda em muito o uso de peças de reposição. Mesmo que o processo inclua material plástico com elementos abrasivos, como fibras de vidro, se o misturador estático for de alta qualidade, bem projetado e aplicado corretamente, vai durar vários anos.

O problema mais grave é a falta de espera de segurança após o cilindro ter chegado na temperatura ajustada.

Quando o indicador do painel indica que a temperatura ajustada foi atingida, indica que a temperatura do cilindro foi alcançada, e nada  quer dizer que a massa plástica esteja fundida. Por isto é obrigatório que se espere aproximadamente 10 minutos após todas as temperaturas tenham atingido o valor ajustado.

Quando se tenta injetar com a massa parcialmente fundida, o centro está ainda sólido e as regiões em contado com o cilindro estão fluidas.  Com isto a massa sólida é forçada contra o centro do bico homogeneizador, danificando-o totalmente.Por isto, é interessante ajustar a segurança da injetora para somente iniciar o processo após 10 minutos da última zona de aquecimento ter atingido a temperatura ajustada.

Conclusões:

Os homogeneizadores melhoram a estabilidade do processo, a redução do consumo de masterbatch e aumentam a janela de processamento de moldagem por injeção. Muitos problemas de qualidade existentes podem ser resolvidos com misturadores estáticos de uma forma fácil, rápida e econômica. A busca de conselho de especialistas de mistura vai garantir sucesso ao selecionar o homogeneizador certo para sua aplicação processo. www.promix-solutions.com

 

Por Rolf Heusser is CEO of Promix Solutions

Traduzido pelo representante no Brasil –– Luis Antonio Pavezzi  – luis.pavezzi@hdbrepr.com.br

Publicação Autorizada ao Moldes Injeção Plásticos

 

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