A extrusora de dois parafusos compacta impulsiona a pesquisa de materiais em laboratório

No campo em rápida evolução da ciência dos materiais, a eficiência e a precisão da pesquisa laboratorial influenciam diretamente o desenvolvimento e a aplicação de novos materiais. Para processamento e modificação de polímeros, a tecnologia de extrusão desempenha um papel fundamental. Uma extrusora de laboratório bem projetada e de alto desempenho serve como uma ferramenta indispensável para os pesquisadores. Este artigo examina os recursos e capacidades de uma notável extrusora de rosca dupla co-rotativa de 20 mm, destacando como seu design modular, engenharia sofisticada e funcionalidade robusta capacitam os cientistas na exploração de possibilidades de materiais.

Compacto, mas poderoso: filosofia de design da extrusora de 20 mm

A extrusora de parafuso duplo co-rotativa de 20 mm herda os princípios de design de sua contraparte maior de 26 mm, ao mesmo tempo que oferece um espaço mais compacto, ideal para laboratórios com espaço limitado. Sua principal característica é um design de cano em "concha" altamente modular. Cada seção do cano mede 4D (80 mm) de comprimento, com configurações padrão variando de 32 L/D a 52 L/D, além de opções de comprimentos personalizados para acomodar requisitos específicos de pesquisa. O sistema oferece duas opções de potência de acionamento: 5,5 kW e 11 kW, atendendo a diferentes intensidades de processamento.

Design Modular e Configuração Flexível: A Arte dos Sistemas de Parafuso e Barril

1. Arquitetura sofisticada do sistema de parafusos

Como o “coração” da extrusora, o design da rosca afeta criticamente a mistura, a plastificação e o transporte do material. Esta extrusora de 20 mm apresenta um sistema de parafuso modular montado a partir de elementos individuais conectados através de eixos hexagonais endurecidos. Os blocos de amassamento independentes oferecem diversas opções de ângulo, permitindo aos pesquisadores personalizar configurações ideais de rosca com base nas características do polímero e nos objetivos de processamento. Este alto grau de personalização permite um processamento preciso e uma mistura eficiente.

Os elementos do parafuso são fabricados em aço ferramenta de alta qualidade com tratamento de endurecimento total. Para garantir uma vida operacional prolongada, sua dureza é ligeiramente inferior à dos revestimentos do cano, alcançando um equilíbrio entre a durabilidade do elemento e a longevidade do revestimento do cano.

2. Design de barril em concha de fácil utilização

O design do cano em concha representa uma inovação significativa, apresentando uma configuração de divisão central que permite que a metade superior se abra após afrouxar os parafusos do cano. Este projeto simplifica muito a limpeza, substituição e manutenção do revestimento do cilindro. Durante a operação, os pesquisadores podem observar diretamente o fluxo de fusão e as características da composição do polímero, fornecendo feedback visual valioso para otimização do processo.

A seção superior do cano é balanceada com precisão, exigindo força mínima para abrir, evitando o fechamento acidental, garantindo a segurança do operador.

3. Controle preciso de temperatura e resfriamento eficiente

Cada zona cilíndrica incorpora sistemas de resfriamento de água e aquecimento elétrico para regulação precisa da temperatura. O sistema de resfriamento de água opera através de intrincados canais internos dentro dos módulos cilíndricos, controlados por válvulas solenóides independentes e controladores de temperatura. A combinação de aquecimento elétrico de alta potência e resfriamento eficiente de água permite ajustes rápidos de temperatura ao alterar as condições de processamento, reduzindo significativamente o tempo de desenvolvimento do processo.

Variante de alto desempenho: Maxi20Compounder

Para aplicações que exigem maior rendimento e torque, a variante Maxi20Compounder oferece uma potência de acionamento de 11kW e velocidade máxima da rosca de 1200 RPM. Sua principal vantagem reside no design da caixa de engrenagens de alto torque com eixos de engrenagem de suporte adicionais. O sistema inclui lubrificação forçada fornecida por uma bomba de engrenagens externa e resfriada por um grande trocador de calor tipo placa, garantindo estabilidade e confiabilidade sob cargas pesadas.

Sistemas downstream abrangentes e componentes auxiliares

1. Sistemas versáteis de matriz e descarga

A configuração padrão inclui uma matriz de dois fios montada em um flange articulado e conectada ao cano com dois parafusos. A extremidade do cilindro possui um trocador de tela facilmente removível que suporta modos de operação com tela e sem tela. O novo design da matriz de fio minimiza o volume interno para facilitar a limpeza, sendo particularmente adequado para mudanças frequentes de cor ou produção de pequenos lotes.

Para integração com equipamentos posteriores (como rolos de resfriamento), um adaptador com grampos C pode substituir a matriz de cordão montada em flange.

2. Opções flexíveis de alimentação lateral

Alimentadores laterais opcionais de rosca simples ou dupla podem ser conectados diretamente nas laterais do módulo de cilindro, exigindo módulos de cilindro especiais com aberturas e plugues. A extrusora oferece vários módulos de alimentação lateral pré-conectados para flexibilidade ideal da posição de alimentação. Os alimentadores laterais empregam parafusos duplos de 20 mm com relação L/D de 7 e acionamentos de velocidade variável, com cilindros refrigerados a água como padrão.

3. Sistema de alimentação principal confiável

O sistema de alimentação padrão consiste em um funil volumétrico de aço inoxidável com uma única rosca e braço agitador acima da rosca de alimentação. A alimentação com parafuso duplo é opcional. A rosca de alimentação é acionada por um motorredutor CA de frequência variável de 0,3kW com controle digital de velocidade, alojado no gabinete de controle.

4. Sistema de ventilação otimizado

A configuração 32 L/D inclui uma zona de ventilação padrão, enquanto os modelos 40 L/D e mais longos apresentam duas zonas de ventilação (uma para ventilação a vácuo e outra para ventilação atmosférica). Ambas as aberturas podem acomodar ventilação a vácuo. O sistema de vácuo compreende uma caixa de ventilação de aço inoxidável com janela de visualização, válvula reguladora de vácuo e manômetro, além de um coletor de resina para evitar entupimento da linha da bomba. A caixa se conecta a dois filtros de vácuo grandes e a uma bomba de vácuo tipo palheta instalada no gabinete inferior.

Segurança e Controle: Monitoramento Abrangente de Processos

1. Proteção robusta contra sobrecarga

Todas as extrusoras de rosca dupla de 20 mm incorporam um motor de acionamento de 5,5 kW com limitador de torque. Se ocorrer sobrecarga do parafuso, o limitador de torque desengata imediatamente o acoplamento do motor enquanto os sensores param o motor, com luzes de advertência indicando sobrecarga do parafuso.

2. Sensores de precisão e controles inteligentes

A ponta do parafuso abriga sensores de pressão e temperatura de fusão de 300 bar. Sensores de fusão adicionais são instalados em módulos de barril alternados, com dados exibidos nos indicadores digitais de temperatura do painel de controle (quatro para modelos 32 L/D, cinco para modelos 40 L/D).

O painel de controle inclui indicadores digitais de velocidade (para parafusos principais e de alimentação) com botões de ajuste para cima/para baixo, além de um display digital de torque (mostrando a porcentagem do torque máximo).

3. Indicadores de alerta abrangentes

O sistema de luz de advertência exibe claramente: sobrepressão na ponta do parafuso, baixa pressão da água de resfriamento, cilindro de garra aberto, sobrecarga do motor, sobrecarga do limitador de torque, sobrecarga do alimentador e falha em atingir as temperaturas definidas devido a elementos de aquecimento danificados.

4. Controle independente de temperatura PID

O gabinete inferior abriga um painel de controle dedicado com controladores PID digitais independentes com autoajuste (um por zona de barril mais um para a matriz). Isso inclui recursos à prova de falhas que impedem a inicialização da extrusora até que as temperaturas definidas sejam atingidas e interrompem automaticamente a operação se as temperaturas caírem abaixo dos limites predefinidos.

Opções de materiais e melhorias de desempenho

1. Escolhas de materiais resistentes ao desgaste e à corrosão

As extrusoras padrão apresentam eixos roscados de alto torque, com diversas opções de materiais para aplicações especializadas:

• Parafusos/revestimentos de barril de alta resistência ao desgaste:Aços CPM9V e CPM10V (Crucible, EUA) para compostos contendo cargas abrasivas como pós cerâmicos.
• Parafusos/revestimentos de cilindro com resistência moderada à corrosão:Aço inoxidável SUS440C para PVC e resinas similares.
• Parafusos/revestimentos de cilindro extremamente resistentes à corrosão:Aço M390 (Alemanha) para fluoropolímeros e plásticos altamente corrosivos, oferecendo dureza e resistência ao desgaste superiores em comparação às ligas tradicionais de Inconel.

2. Vantagens de desempenho do Maxi20Compounder

O motor de acionamento de 11kW do Maxi20Compounder permite velocidades de parafuso de até 1200 RPM. Sua caixa de engrenagens de alto torque emprega lubrificação forçada com óleo por meio de bomba de engrenagens e trocador de calor de placas grandes, projetado especificamente para aplicações de alto rendimento.

Referências de capacidade de produção

A tabela a seguir apresenta dados de rendimento para o modelo LTE20-40 (40 L/D, motor de 5,5 kW, 800 RPM) ao processar vários polímeros:

*Nota: Polímeros estrelados podem exigir condições especiais de processamento ou aditivos.

Conclusão

A extrusora de dupla rosca co-rotativa de 20 mm, com seu design sofisticado, alta modularidade, opções de configuração flexíveis e desempenho robusto, representa uma solução ideal para pesquisas laboratoriais. Seja para estudos fundamentais, desenvolvimento de novos materiais ou produção experimental em pequena escala, ele fornece aos pesquisadores uma plataforma de processamento estável, confiável e eficiente para promover a inovação na ciência dos materiais.