Fórmula de modificação de plástico reciclado de baixo custo para extrusor de devolatilização de dois parafusos


Construir uma fórmula de modificação de plástico reciclado de baixo custo para um extrusor de devolatilização de dois parafusos não é um exercício de compra de aditivos mais baratos. É um exercício de remoção dos contaminantes invisíveis que fazem com que a resina reciclada se comporte de forma imprevisível e, em seguida, gastar o menor orçamento possível em aditivos para recuperar as propriedades mecânicas dentro de um intervalo utilizável. Os compostos que invertem essa ordem — aplicando o modificador de impacto da dosagem, o compatibilizador e o eliminador de odores em uma corrente de reciclagem molhada e carregada de voláteis — pagam consistentemente mais por cada quilograma aceito e ainda perdem clientes por causa de reclamações de cheiro e manchas pretas.

As poliolefinas e poliésteres reciclados chegam à câmara de alimentação com quatro handicaps que a resina virgem não possui: uma distribuição de peso molecular alargada e deslocada devido a histórias de aquecimento anteriores, umidade absorvida, produtos de degradação de baixo peso molecular que carregam odor e resíduos de tinta de impressão, adesivo e fragrância do primeiro uso do artigo. Cada um desses handicaps é abordado de forma mais barata pelo hardware de desvolatilização e pela geometria dos parafusos do que pela química. Este é o argumento central de engenharia deste guia, e é por isso que a seção de devolatilização de uma linha de compósitos com dois eixos merece a mesma atenção no projeto que a seção de amassamento.

A Kerke Extrusion Equipamento, uma fábrica da Wanplas, passou mais de doze anos desenvolvendo extrusoras de composto em dupla hélice paralelas e co-rotantes para exatamente este tipo de matérias-primas difíceis e variáveis. A partir de uma base de fabricação de 19.997 metros quadrados, a Kerke instalou mais de 2.000 máquinas em mais de 70 países, apoiada por uma equipe técnica de mais de 100 pessoas cujo slogan – "Nós sabemos compor extrusores" – reflete uma especialização estreita e deliberada na série KTE de extrusores de parafuso paralelo e co-rotante, desde a unidade de laboratório KTE-16B até a máquina de produção KTE-135D. Este guia estabelece as famílias de fórmulas, as configurações de parafusos, as configurações de ventilação, as janelas de processo e as rotinas de controle de qualidade que os engenheiros de aplicações da Kerke utilizam quando o brief de um cliente é simplesmente: tornar este material reciclado barato, estável e comercializável.

Tudo o que segue está escrito em linguagem de custo relativo. Quando é necessário uma comparação de custo, este artigo usa classificações de Baixo, Médio, Alto, Muito Alto e Premium, ou um índice em que uma receita de referência equivale a 100 pontos de índice. Preços absolutos mudam semanalmente com os mercados de resina, energia e frete e seriam enganosos em uma referência técnica; as relações entre as escolhas de fórmula, no entanto, são estáveis e são o que um engenheiro de processo realmente precisa.

1. O que realmente significa "baixo custo" na compoção de resíduos reciclados

O baixo custo na compoção de resíduos é uma equação de três partes: carga de aditivos, rendimento e consumo específico de energia. A maioria dos compostos monitora apenas o primeiro, razão pela qual tantas fórmulas "baratas" são caras na prática. O custo oculto predominante neste negócio não é o pacote aditivo em si — é a instabilidade de lote para lote que desencadeia a rejeição downstream, resultando na perda de um cliente qualificado que, então, se qualifica novamente com resina virgem.

Considere a aritmética. Um pacote aditivo geralmente representa uma parcela modesta do custo total de material de um composto de poliolefina reciclada. Cortar esse pacote em um quinto produz uma pequena economia no índice de material. Por outro lado, um único lote devolvido absorve a carga de frete em ambas direções, o trabalho de reprocessamento, as horas de máquina para a nova execução e, o mais prejudicial de tudo, a confiança do cliente. Quando um conversor tem que parar uma máquina de moldagem por injeção em funcionamento porque a resistência ao impacto diminuiu entre dois paletes do mesmo grau de composto, o fabricante raramente tem uma segunda chance de explicar que o balde de reciclagem mudou.

Os três verdadeiros drivers de custo

Motor de custoO que abrangePorcentagem típica do custo totalQuanto um engenheiro de formulação pode movê-loSensibilidade ao custo
Basa de matérias-primasReciclado lavado, flocos, material triado por balas, resíduos produzidos internamenteBloco único mais grandeModerado — controlado principalmente pela disciplina de fornecimento e classificaçãoAlto
Pacote aditivoAntioxidantes, compatibilizante, modificador de impacto, enchimento, lubrificante, adsorvente de odor, estabilizador de cadeiaPequeno a moderadoGrande em termos percentuais, pequeno em termos absolutosMédio
Rendimento e rejeiçãoResíduos de arranque, lotes fora do padrão, perdas de troca de tela, devoluções de clientesMuito variável, muitas vezes subestimadaMuito grande – o único maior fatorMuito alto
Consumo específico de energiaCarga do motor, aquecimento do tanque, bomba de vácuo, refrigerador, acionamento do pelletizadorModerado e em ascensãoModerado — design de parafusos e controle da temperatura de fusãoMédio
Tempo de trabalho e tempo de inatividadeAlterações de tela, limpeza de parafusos, alterações de matriz, purgamentoModeradoModerado — geometria de auto-limpeza e filtração contínuaMédio

Leia esta tabela como uma lista de prioridades. O pacote aditivo é o custo mais visível e o mais fácil de cortar, o que é exatamente o motivo pelo que é cortado de forma excessiva. O rendimento é o menos visível e o mais valioso. Uma fórmula que adiciona 0,1 phr de antioxidante secundário e, assim, mantém a taxa de fluxo de fusão dentro de uma faixa mais estreita em vinte lotes consecutivos é uma fórmula mais barata, mesmo que seu índice de lista de materiais seja maior.

Um índice de custo relativo para comparar receitas

Para manter as comparações de receitas honestas sem citar valores monetários, este artigo utiliza um índice simples. Um composto de polipropileno reciclado, com um pacote mínimo de antioxidantes e sem modificador de impacto, é definido como 100 pontos de índice no eixo do material. Outras receitas são expressas em relação a essa base. Um eixo de qualidade separado acompanha a probabilidade de que uma lote atenda às especificações na primeira passagem.

Nível de receitaÍndice de custos de materiais (base = 100)Aceitação de primeiro passoCusto efetivo por quilograma aceitoVeredicto
Economia bruta, sem devolatilização96BaixoO mais alto dos quatroFalsa economia
Economia com devolatilização em duas etapas100Médio a AltoBaixoMelhor valor para peças de commodities
Padrão com compatibilizador e modificador de impacto108 a 114AltoBaixo a médioMelhor valor para peças técnicas
Alta performance com estabilização completa118 a 128Muito altoMédioJustificada apenas pela especificação

A primeira linha é a armadilha. Remover a válvula de vácuo, usar um tambor mais curto e omitir o antioxidante secundário reduz o índice visível em quatro pontos e destrói a aceitação do primeiro passo. Este é o erro mais comum entre os novos entrantes no composto reciclado e é um erro de hardware disfarçado como um erro de fórmula.

2. Por que a desvolatilização é a base de qualquer fórmula reciclada

O desvolatilizador é a base de qualquer fórmula reciclada, pois os voláteis consomem aditivos, interrompem a continuidade do fundido e transmitem o odor que acaba com a maioria das conversas comerciais. Os aditivos dosados em um fundido não desvolatilizado são em parte espécies de neutralização consumidas que uma porta de vácuo teria removido apenas pelo custo da eletricidade.

Os fluxos de polímeros reciclados contêm quatro classes distintas de matérias voláteis, e cada uma se comporta de forma diferente no barril.

Classe um: umidade

A água chega com flocos lavados e mecanicamente desidratados, e também é absorvida da umidade ambiente durante o armazenamento. As poliolefinas não são higroscópicas no sentido químico, mas a geometria dos flocos retém a água superficial de forma obstinada – 0,3 a 1,5 por cento em peso é comum após apenas a desidratação por centrifugação. Os fluxos de poliéster e poliamida absorvem água no próprio polímero e hidrolisam à temperatura de fusão, cortando as cadeias e reduzindo a viscosidade intrínseca de forma irreversível. A umidade que chega à zona de fusão evapora em vapor, provoca flutuações na matriz, produz buracos na fita e deixa marcas de prata nas peças moldadas em sequência.

Classe dois: monômero residual e oligômeros

Cada polímero contém uma pequena fração residual de monômero, dímero e oligómero de baixo peso molecular. Nestes fluxos reciclados, esta fração aumenta porque os ciclos de processamento anteriores geraram produtos de cisão da cadeia. O regrind de poliéster contém acetaldeído e trímero cíclico; os estirenos contêm estireno residual; as poliolefinas contêm parafinas de cadeia curta e fragmentos olefínicos. Estas espécies são voláteis à temperatura de fusão e é exatamente o que uma porta de vácuo profundo está projetada para retirar.

Classe três: produtos de degradação termo-oxidativa

Esta é a classe de odor que os clientes reclamam. Histórias repetidas de aquecimento na presença de oxigênio geram aldeídos, cetonas e ácidos carboxílicos na estrutura do polímero e como pequenas moléculas livres. Os aldeídos de cadeia curta, em particular, apresentam um limiar de odor muito baixo – algumas partes por milhão no espaço livre são suficientes para que o nariz humano registre o cheiro em uma peça acabada. Nenhum carregamento prático de aditivos remove-los uma vez que sejam formados em massa; a resposta correta é remover os existentes sob vácuo e impedir a formação de novos com um sistema eficiente de antioxidantes e uma temperatura de fusão conservadora.

Classe quatro: tinta residual, adesivo, fragrância e resíduos do produto

As embalagens pós-consumo contêm solventes de tinta de impressão, frações de adesivo de fusão a quente, verniz de etiqueta e resíduos de fragrância ou surfactante do conteúdo original. Garrafas de detergente e de cuidados pessoais são notoriamente problemáticas neste aspecto. Estes compostos são químicamente diversificados, muitas vezes de ponto de ebulição relativamente alto, e são a razão pela que uma única ventilação atmosférica raramente é suficiente. O vácuo profundo, o tempo de permanência suficiente na zona ventilada e, em casos difíceis, a extração por vapor são as ferramentas que funcionam.

Classe volátilEspécies típicasNível típico no reciclado pós-consumoMétodo de remoçãoConsequência se deixada
UmidadeÁgua livre e absorvida0,3 a 1,5 por cento (flocos de poliolefina); 0,2 a 0,6 por cento (flocos de poliéster)Pre-secagem mais ventilação atmosféricaSubidas, vácuos, manchas de prata, hidrólise do poliéster
Monômero e oligômeroAcelaldeído, trímero cíclico, parafinas curtasDez a centenas de partes por milhãoVentilação a vácuo a partir de -0,085 a -0,095 MPaTransferência de odor e sabor, formação de bolhas
Produtos de degradaçãoAldehídos, cetonas, ácidos carboxílicosVariável, aumenta com cada história de aquecimentoVentilação a vácuo mais antioxidante mais temperatura de fusão mais baixaOdor forte, amarelamento, posterior cisão da cadeia
Tinta, cola, fragrânciaSolventes, frações de resina, terpenos, surfactantesMuito variável de acordo com a fonteVácuo profundo, residência mais longa com ventilação, extração com vapor d'águaOdor, manchas pretas, formação de gel, variação de cor
Princípio de engenharia:Os aditivos são consumidos pelo que estiver presente na mistura fundida. Retire a mistura fundida primeiro e, em seguida, doseie. Uma fórmula projetada em torno de um tanque devidamente ventilado geralmente requer 20 a 40 por cento menos estabilizador do que a mesma fórmula executada em uma máquina não ventilada ou com uma única ventilação, e oferece um grau de odor melhor ao mesmo tempo.

3. Engenharia de devolatilização em uma extrusora de dois eixos

A devolatilização eficaz em um extrusor de dois parafusos é um trabalho em duas etapas: uma válvula atmosférica que libera a maior parte da vapor e dos compostos voláteis mais facilmente, seguida por uma válvula a vácuo que opera a uma pressão de -0,080 a -0,095 MPa, que remove o resíduo de baixo peso molecular após a fusão se tornar totalmente homogênea. Tentar ambas as tarefas em uma única porta é o atalho de projeto mais frequente na mistura reciclada, e é a razão pela qual muitas linhas não conseguem atingir uma especificação de odor, independentemente da fórmula.

Etapa 1: a ventilação atmosférica

A vent atmosférica fica logo após a primeira seção de fusão, normalmente entre 14 e 22 L:D, dependendo da extensão total do barril. Neste ponto, o material está fundido, mas a mistura ainda é relativamente aberta e o gás pode escapar sem uma força de pressão. O trabalho do ventilador é de quantidade, não de refinamento: ele libera a carga de vapor da umidade superficial e da fração mais volátil. Executar uma ventilação atmosférica suficientemente quente para manter o porto livre de condensação - mas não tão quente que o oligômero condensado seque e forme uma crosta - é um pequeno detalhe com grandes consequências de manutenção. Uma capa de porta mantida próxima ao ponto de referência do tambor, com um inserto facilmente removível, é a solução prática.

Etapa dois: a válvula de vácuo

A válvula de vácuo deve estar no último terço do tambor, após a seção final de mistura e antes da zona de acumulação de pressão. Neste ponto, o composto é homogêneo, o enchimento está disperso e quaisquer voláteis restantes são os mais difíceis. O nível de vácuo é o principal fator de controle:

Nível de vácuo (indicador)Conteúdo residual volátil alcançávelMelhoria típica do odorRequisito de equipamentoNível de custo energético
Somente atmosféricoPonto de referênciaNenhumPorto de ventilação abertoBaixo
Mínimo 0,05 a 0,07 MPaRedução de 30 a 45 por centoCerca de meio grau VDA 270Bomba de anel de água de estágio únicoBaixo
Mínimo de 0,080 a 0,090 MPaRedução de 55 a 70 por centoCerca de um grau VDA 270Bomba de anel de água com bom selamento e refrigeração por águaMédio
Mínimo de 0,090 a 0,095 MPaRedução de 70 a 85 por centoUm a um e meio grau VDA 270Bomba de dois estágios ou bomba com booster, selamento de barril ajustadoMédio a Alto
Vácuo profundo com desidratação a vaporAcima de 85 por cento de reduçãoAté duas classificações VDA 270Porto de injeção de água, seção de desengorduramento, condensadorAlto

Elementoos de parafuso na zona de ventilação

A zona de ventilação é um problema de projeto de parafusos antes de ser um problema de bomba de vácuo. Três regras o regem:

Elementoos de transporte de canal superficial e de inclinação longa, abaixo do porto. O comprimento do passo reduz o grau de enchimento e aumenta a área de superfície livre, o que é o que impulsiona a transferência de massa de voláteis para fora do fundido. Um grau de enchimento superior a cerca de 30 por cento sob o porto reduz drasticamente a eficiência da remoção e aumenta o risco de que o material suba pela garganta do escape.

Um elemento de vedação antes da porta. Um pequeno bloco de amassamento de inversão ou estreito, localizado acima da válvula, cria um selo de fusão que impede que o vácuo se propague para trás, em direção à abertura de alimentação. Sem isso, o vácuo profundo puxa a alimentação não derretida e o aditivo em pó diretamente para a linha de ventilação.

Um elemento de acumulação de pressão após a porta. Abaixo do vácuo, a velocidade de transporte é reduzida progressivamente para recriar a pressão para o filtro de fusão e a matriz. Essa transição deve ser gradual; um salto abrupto de pressão imediatamente após uma porta de vácuo aumenta a tensão local e pode anular a disciplina de temperatura na qual a fórmula depende.

Elementoo de zona de ventilaçãoFunçãoGeometria típicaNota de design
Vedação de fusão em curso superiorIsola o vácuo da zona de alimentaçãoBloco de disco de amassamento estreito ou elemento reverso curtoMantenha-o curto – um selo longo desperdiça a extensão do tanque e adiciona corte
Seção de transporte com ventilaçãoMáximo de superfície livre para a transferência de massaTransporte de passo longo e canal raso, 3 a 5 L:DGrau de preenchimento alvo inferior a 30 por cento
Estufador de ventilação (opcional)Evita que o material fundido se infiltre na garganta do vácuoEstufador lateral de dois eixos acionado a baixa velocidadeEssencial acima de 800 kg/h ou com material fundido de baixa viscosidade
Transição para o downstreamReconstrução progressiva da pressãoTransporte de passo decrescente, 4 a 6 L:DEvite uma única mudança abrupta de passo
Porta de injeção de águaRemoção do vapor para odores persistentesInjeção de água medida em uma zona cheia antes da ventilaçãoNormalmente 0,5 a 2 por cento de água no rendimento

Prevenção de inundações de ventilação

O enchimento do orifício de vácuo — o derretimento subindo para a garganta da ventilação e, eventualmente, para a linha de vácuo — é a falha de devolatilização mais comum nas linhas recicladas, e tem quatro causas que devem ser verificadas em ordem: o grau de enchimento é demasiado alto sob o orifício, a viscosidade do derretimento é demasiado baixa devido a um alimentador superaquecido ou fortemente degradado, o fluxo de produção sobe bruscamente devido à densidade volumétrica inconsistente do reciclado e um inserto de ventilação bloqueado ou parcialmente fechado. Um enchimento de ventilação resolve o sintoma mecanicamente, mas as correções duradouras são uma seção de ventilação de passo mais longo, uma alimentação gravimétrica mais estável e uma temperatura do derretimento 10 a 15 graus Celsius mais baixa do que a utilizada em uma receita de resina virgem.

Remoção de vapor como uma ferramenta de eliminação de odores de baixo custo

Injetar uma quantidade controlada de água em uma zona de fusão cheia, acima da válvula de vácuo, é uma das intervenções de odorização de maior valor e menor custo disponíveis. A água evapora em vapor e funciona como um agente de extração, reduzindo a pressão parcial da espécie odorosa e levando-a para fora através da válvula. A injeção típica é de 0,5 a 2% do rendimento; o equipamento consiste em uma bomba de dosagem, uma bucha de injeção classificada para a pressão da fusão e um condensador na linha de vácuo. Em comparação com a compra de um aditivo especial para absorção de odores a um custo alto ou premium, a extração por vapor é um item de capital único com um custo de operação baixo e é mais eficaz na fração de aldeídos de baixo peso molecular que domina o odor dos poliolefinos.

4. Caracterização do material de partida antes da formulação

Uma fórmula reciclada não pode ser escrita de forma responsável sem uma ficha de caracterização para a carga recebida. O material de origem reciclado não é uma classificação; é uma distribuição. O objetivo dos testes de entrada é localizar onde a bale atual se situa dentro dessa distribuição, de modo que o pacote de aditivos possa ser ajustado no menor valor necessário, em vez de ser especificado excessivamente como uma forma de segurança.

A lista de testes abaixo é intencionalmente curta. Cada item nela altera uma decisão da fórmula. Os testes que são interessantes, mas não alteram uma decisão, devem ser realizados durante o desenvolvimento, e não durante o controle de entrada rotineiro.

TesteeReferência de métodoO que isso diz ao formuladorIntervalo típico para poliolefinas pós-consumoA fórmula de decisão que o sistema utiliza
Velocidade de fluxo de fusãoISO 1133 / ASTM D1238Média de peso molecular e grau de degradação anteriorrPP 4 a 35 g/10min; rHDPE 0,3 a 8 g/10minSe é necessário um estabilizador de cadeia ou uma mistura virgem de menor MFR
DensidadeISO 1183Identidade do polímero e conteúdo de enchimentos já presentes0,90 a 1,05 g/cm3, dependendo da misturaEspaço de dosagem de enchimentos e expectativa de rigidez
Contenção de cinzasISO 3451Enchimentos minerais, pigmentos e contaminação inorgânica existentes0,5 a 12 por centoQuanto de enchimento fresco pode ser adicionado antes de o impacto se desmoronar
UmidadeKarl Fischer ou perda por secagemCarga de água que entra no tanque0,1 a 1,5 por centoRequisito de pré-secagem e dimensionamento de ventilação atmosférica
Nível de odorEscala de seis graus da VDA 270Gravidade do problema de volatilidadeGrau 3,5 a 6 não tratadoNível de vácuo, desidratação a vapor, dosagem de adsorvente
Índice de amarelecimentoASTM E313Escala da história termo-oxidativa e transferência de pigmentosYI 8 a 40Nível de antioxidantes, se é possível obter uma cor natural
Tensão e impacto com ranhuraISO 527 / ISO 179Capacidade mecânica de base do recicladoMuito variávelNível de modificador de impacto, ou se o objetivo é atingível em geral
Calorimetria de varredura diferencialISO 11357Vários picos de fusão revelam contaminação cruzadaUm a três picosSeleção e dosagem do compatibilizador
Spectroscopia infravermelhaATR-FTIRIdentificação do polímero e relação aproximada da misturaQualitativo a semi-quantitativoSe o lote é um único polímero ou uma poliolefina mista

Ler a classificação do odor corretamente

A escala de odor VDA 270 de seis graus é a referência mais utilizada pelos clientes do setor automotivo e de eletrodomésticos, e é importante saber como os graus se traduzem em resultados comerciais. Grau 1 significa não perceptível; grau 2 perceptível, mas não perturbador; grau 3 claramente perceptível, mas não perturbador; grau 4 perturbador; grau 5 fortemente perturbador; grau 6 inaceitável. A maioria do regrind de poliolefina pós-consumo não tratada fica entre 4 e 5,5. Peças automotivas internas geralmente exigem 3,0 ou melhor; as carcaças de eletrodomésticos para consumo geralmente aceitam 3,5; peças industriais não visíveis podem aceitar 4. Saber o grau-alvo antes de formular o produto decide se um adsorvente de baixo custo é suficiente ou se é necessário equipamento de remoção por vapor.

Interpretação da calorimetria de varredura diferencial em fluxos mistos

Um único pico de fusão agudo próximo de 163 a 168 graus Celsius indica uma corrente de polipropileno razoavelmente limpa. Um segundo pico próximo de 125 a 133 graus Celsius indica contaminação por polietileno de alta densidade; próximo de 108 a 115 graus Celsius indica polietileno de baixa densidade ou linear de baixa densidade. A entalpia relativa sob cada pico fornece uma estimativa viável da proporção da mistura, que é precisamente o número que define a dosagem do compatibilizador. Executar este único teste em cada fardo de material misto é a diferença entre um nível de compatibilizador correto e um que foi adivinhado.

5. Família de formula de PP reciclado

O polipropileno reciclado é o principal componente da mistura de baixo custo e responde bem a uma estratégia de formulação por níveis: um nível econômico para peças não críticas, um nível padrão para peças técnicas em geral e um nível de alto desempenho em que o impacto notado e a qualidade da superfície são importantes. Os níveis diferem principalmente no conteúdo de modificadores de impacto e compatibilizadores, pois estes são os dois componentes que têm o maior impacto sobre ambas as propriedades e o custo.

Todas as três receitas abaixo assumem que o material reciclado passou por um tanque de devolatilização de dois estágios. Sem isso, todos os valores de antioxidante teriam que aumentar e a coluna de classificação de odor seria inalcançável.

ComponenteeNível econômico (componentes)Nível padrão (componentes)Nível de alto desempenho (componentes)Função
rPP base reciclado, lavado e secado100100100Matriz
Talco, 2000 a 5000 mesh10 a 2015 a 2018 a 22Rigidez, estabilidade dimensional, nucleação
CaCO3, 1250 mesh, ativado na superfície0 a 120 a 80Diluição de custos, reforço mais baixo do que o talco
Elastomérico POE, MFR de 0,5 a 5 g/10 min0 a 36 a 1012 a 18Modificação do impacto, resistência à baixa temperatura
Compatibilizador PP-g-MAH, taxa de enxerto de 0,8 a 1,2 por cento0 a 11,5 a 2,53 a 4Coupling interfacial de enchimento e elastómero
Antioxidante primário de fenol impedido0,10 a 0,150,15 a 0,200,20 a 0,25Eliminação radical durante o processamento e o serviço
Antioxidante secundário de fosfito0,10 a 0,150,15 a 0,200,20 a 0,30Decomposição do hidroperóxido, proteção da cor
Estabilizador de luz HALS00 a 0,20,3 a 0,5Só onde a exposição ao ar livre é especificada
Adsorvente de odor, zeolita ou veículo mineral poroso0 a 0,30,3 a 0,60,5 a 1,0Captura de odor residual após a devolatilização
Lubrificante, cera de estearato ou amida de metal0,15 a 0,250,20 a 0,300,25 a 0,40Dispersão de enchimento, redução do torque, acabamento superficial
Agente nucleante00 a 0,10,1 a 0,2Melhoria do tempo de ciclo e da rigidez

Janelas de propriedades esperadas para os três níveis de rPP

PropriedadeNível econômicoNível padrãoNível de alto desempenhoReferência de teste
Velocidade de fluxo do material fundido, 230 graus Celsius / 2,16 kg12 a 30 g/10min8 a 20 g/10min6 a 14 g/10minISO 1133
Impact de Charpy com ranhura, 23 graus Celsius2,5 a 5 kJ/m27 a 15 kJ/m220 a 45 kJ/m2ISO 179-1eA
Impact de Charpy com ranhura, menos 20 graus Celsius1,5 a 2,5 kJ/m23 a 6 kJ/m27 a 14 kJ/m2ISO 179-1eA
Modulo de flexão1700 a 2300 MPa1600 a 2100 MPa1300 a 1800 MPaISO 178
Resistência à tração no ponto de rendimento20 a 26 MPa19 a 24 MPa17 a 22 MPaISO 527
Grado de odor após devolatilização em dois estágios3,5 a 4,03,0 a 3,52,5 a 3,0VDA 270
Índice de custos de materiais (base = 100)100110126Relativo
Nível de custoBaixoMédioAltoRelativo
O comércio entre rigidez e resistência é o ponto principal do rPP.Observe como o módulo de flexão diminui à medida que o impacto aumenta. A habilidade técnica não consiste em maximizar nenhum dos dois; consiste em encontrar a carga mínima de elastômero que atenda às especificações de impacto, porque cada parte adicional de elastômero custa dinheiro duas vezes – uma vez na compra e outra na perda de rigidez que deve ser recuperada com mais enchimento.

Por que a dosagem de compatibilizante não é proporcional ao enchimento

Um erro comum é escalar o PP-g-MAH linearmente com o conteúdo de enchimento. O polipropileno maleimado com anhydride funciona na interface, portanto, sua dosagem necessária escala com a área interfacial, que escala com a área de superfície do enchimento, e não com a massa do enchimento. A mudança de carbonato de cálcio de 1250 mesh para talco de 5000 mesh, com a mesma carga, multiplica substancialmente a área interfacial e exige mais compatibilizador. Por outro lado, o uso de carbonato de cálcio pré-ativado cuja superfície já foi tratada reduz a necessidade de agente de ligação. Ter isso certo vale vários pontos de índice em uma classe de volume grande.

6. Família de fórmulas de PE reciclado

A formulação de polietileno de alta densidade reciclada é dominada por uma questão que não se aplica ao polipropileno: o peso molecular foi reduzido pelo tratamento prévio e pode ser reconstruído? O polietileno tende a se entrelaçar e a sofrer cisão da cadeia sob estresse termo-oxidativo, portanto, o polietileno reciclado muitas vezes apresenta uma taxa de fluxo de fusão mais baixa em algumas frações e geles em outras. Os esticadores de cadeia e a gestão cuidadosa da cisão são os dois mecanismos mais importantes.

As três famílias de aplicações abaixo – moldagem por sopro, tubos e moldagem por injeção – têm requisitos genuinamente diferentes, e uma única classe de "composto de rHDPE" não serve bem a nenhuma delas.

ComponenteeClasse de moldagem por sopro (componentes)Grau de tubos e condutas (componentes)Classe de injeção (componentes)Função
rHDPE base reciclado100100100Matriz
HDPE virgem, de alto peso molecular0 a 1515 a 300 a 10Força de fusão e recuperação de propriedades a longo prazo
Extensor de cadeia, oligómero de estireno-ácrilato funcional em epóxi0,2 a 0,50,3 a 0,60 a 0,2Reconstrução do peso molecular e da resistência ao derretimento
CaCO3, 1250 mesh, ativado0 a 10010 a 25Diluição de custos e rigidez em peças não sob pressão
POE ou plastomero de metalloceno0 a 43 a 60 a 5Resistência à fissura por impacto e estresse ambiental
Compatibilizador PE-g-MAH0 a 10,5 a 1,51 a 2Compatibilidade de acoplamento e mistura de enchimentos
Antioxidante primário de fenol impedido0,15 a 0,200,20 a 0,300,12 a 0,18Estabilização da fusão e do serviço
Antioxidante secundário de fosfito0,10 a 0,200,15 a 0,250,10 a 0,15Controle de cor e hidroperóxido
Masterbatch de fuligem de carbono, concentração de 40%0 a 55 a 60 a 4Proteção ultravioleta para peças enterradas ou expostas
Aditivo de processamento, tipo de polímero sem fluoropolímero0,05 a 0,150,05 a 0,150 a 0,1Supressão de fraturas em fusão e controle da acumulação de moldes
Adsorvente de odor, suporte mineral poroso0,3 a 0,60 a 0,30,3 a 0,8Captura de odores residuais

Janelas de propriedades esperadas para as três classes de rHDPE

PropriedadeClasse de moldagem por soproClasse de tubos e condutoresClasse de injeçãoReferência de teste
Velocidade de fluxo de fusão, 190 graus Celsius / 2,16 kg0,25 a 0,7 g/10 min0,15 a 0,5 g/10 min2 a 8 g/10 minISO 1133
Velocidade de derretimento, 190 graus Celsius / 5 kg0,9 a 2,2 g/10 min0,5 a 1,6 g/10 min7 a 25 g/10 minISO 1133
Densidade0,950 a 0,958 g/cm30,948 a 0,956 g/cm30,955 a 1,05 g/cm3 (preenchido)ISO 1183
Impact de Izod com ranhura, 23 graus Celsius10 a 20 kJ/m218 a 35 kJ/m24 a 9 kJ/m2ISO 180
Resistência à rachadura por estresse ambiental, F5060 a 250 horas250 a 900 horas30 a 120 horasASTM D1693 condição B
Modulo de flexão950 a 1200 MPa900 a 1150 MPa1200 a 1900 MPaISO 178
Grado de odor após devolatilização em dois estágios3,0 a 3,53,5 a 4,03,0 a 3,5VDA 270
Índice de custos de materiais (base = 100)11212498Relativo
Nível de custoMédioAltoBaixoRelativo

Como os extensores de cadeia recriam a resistência da fusão

Um estabilizador de cadeia de oligômero de estireno-ácrilato funcional epóxico possui vários grupos epóxicos reativos por molécula. Esses grupos reagem com os grupos carboxílicos e hidroxílicos gerados pela cisão anterior da cadeia, ligando as cadeias mais curtas a cadeias mais longas e introduzindo um grau controlado de ramificação de cadeias longas. O resultado prático é um aumento da resistência de fusão e uma diminuição da taxa de fluxo de fusão, o que é exatamente o que uma ligação de moldagem por sopro ou de qualidade de tubos precisa. A disciplina de dosagem é essencial: muito pouco não produz nenhuma mudança mensurável, enquanto muito produz géis, defeitos de superfície e um composto que não flui em seções finas.

Dose de extensor de cadeia (partes)Efeito na taxa de fluxo de fusãoEfeito na resistência ao derretimentoRisco de gelRecomendado para
0.1Pouco mensurávelAumento ligeiroNenhumAlisamento fino de um lote quase correto
0,2 a 0,3Diminui de 20 a 35 por centoMelhoria claraBaixoGramagens de injeção e para fins gerais
0,4 a 0,6Diminui de 40 a 60 por centoMelhoria significativa, controle do parossismoMédioFormagem por sopro e tipos de tubos
0,8 e superiorDiminuições superiores a 65 por centoRetorno decrescenteAltoNão recomendado para compósitos gerais

O processo de reação do estabilizador de cadeia requer tempo de permanência do material fundido e uma boa mistura distribuída, mas não uma alta cisalhamento. Em um extrusor de dois eixos, a colocação correta é um lado para baixo ou uma porta de alimentação de líquido em uma zona bem misturada, mas moderadamente ciscalhada, seguida de 8 a 12 L:D de mistura distribuída antes da ventilação a vácuo. A alimentação do estabilizador de cadeia na câmara principal desperdiça uma parte substancial dele pela reação prematura na zona de fundição.

7. Fórmula de PET reciclado e recuperação da viscosidade intrínseca

A compoção de poliéster reciclado é regida por uma única regra implacável: água mais calor resulta em hidrólise irreversível. Cada etapa do processo de rPET – cristalização, secagem, desvolatilização a vácuo elevado, extensão da cadeia – existe para evitar que a viscosidade intrínseca caia e, em seguida, para reconstruir o que já foi perdido. Se a secagem for errada, nenhum pacote de aditivos salvará a amostra.

Cristalização e secagem, a primeira etapa inegociável

O flocos de poliéster reciclado amorfo amolece e aglomera-se se aquecido diretamente até a temperatura de secagem, portanto deve ser cristalizado primeiramente a 130 a 150 graus Celsius sob agitação, e depois secado a 160 a 170 graus Celsius durante 4 a 6 horas com um ponto de umidade do ar desumidificado de menos 40 graus Celsius ou melhor. A umidade residual alvo que entra no tanque deve ser inferior a 50 partes por milhão; acima de 100 partes por milhão, a perda de viscosidade intrínseca durante uma única passagem de extrusão pode exceder 0,05 dL/g, independentemente das configurações de vácuo.

ComponenteeGrau de fibra (partes)Classe de folha e cinta (componentes)Grado de composto de engenharia (componentes)Função
flocos de rPET, cristalizados e secos100100100Matriz
Extensor de cadeia, oligómero de estireno-ácrilato funcional em epóxi0,3 a 0,50,5 a 0,80,4 a 0,7Viscosidade intrínseca e recuperação da resistência ao derretimento
Estabilizador de hidrólise, do tipo carbodiimida0,2 a 0,40,3 a 0,50,3 a 0,6Capacitação do grupo final, resistência hidrolítica a longo prazo
Agente nucleante, ionomero ou de tipo mineral0 a 0,30,2 a 0,50,5 a 1,0Velocidade de cristalização e tempo do ciclo
Antioxidante primário de fenol impedido0,10 a 0,150,10 a 0,200,15 a 0,25Estabilização térmica a alta temperatura de fusão
Antioxidante secundário de fosfito0,05 a 0,100,10 a 0,150,10 a 0,20Proteção contra a cor
Modificador de impacto, núcleo reactivo de acrílico ou copolímero de etileno elastomérico00 a 35 a 10Impact com ranhura para peças técnicas
Fibra de vidro, cortada, com tamanho de silano0015 a 30Rigidez e temperatura de deflexão por calor
Lubrificante, tipo estável a altas temperaturas0,1 a 0,20,1 a 0,30,2 a 0,4Momento de torque e acabamento da superfície

Viscosidade intrínseca e seu mapa de aplicação

A viscosidade intrínseca é o único número que decide onde um composto de poliéster reciclado pode ser vendido. A relação é direta e vale a pena memorizar.

Viscosidade intrínseca (dL/g)Origem típicaAplicações adequadasNota de processamentoNível de custo
0,50 a 0,58Flamas de pós de consumo intensivo, com várias histórias de aquecimentoAplicações de fibra de algodão, não-tecidos e preenchimentos de baixa qualidadeCorre facilmente, mas não tem resistência de fusãoBaixo
0,60 a 0,68Flamas de garrafas lavadas após uma passagem de extrusãoFibra de filamento, folha fina, bandejas termoformadasRequer nucleação para uma rápida cristalizaçãoBaixo a médio
0,70 a 0,78Flamas estendidas em cadeia e devolatilizadas a alta-vacuidadeFolha espessa, cinta, compostos de engenhariaO controle de dosagem do extensor de cadeia é críticoMédio
0,80 e acimaMaterial pós-condensado em estado sólidoGrado de garrafa, cinta de alta resistênciaRequer policondeção em estado sólido, não apenas extrusãoAlto a muito alto

O extrusor de devolatilização de dois cilindros pode elevar a viscosidade intrínseca de cerca de 0,58 dL/g para 0,70 a 0,78 dL/g, usando a extensão da cadeia combinada com o vácuo profundo. Não consegue atingir o nível de qualidade para embalagens sozinho — esse passo requer policondeção em estado sólido. Ter clareza sobre este limite com os clientes evita o tipo mais prejudicial de falha de especificação, que é concordar com um objetivo que o processo não pode atingir fisicamente.

Por que o alto vácuo é ainda mais importante para o poliéster

A devolatilização do poliéster cumpre duas funções. Ela remove o acetaldeído e o trímero cíclico, que são os responsáveis pelo odor e pelo gosto, e altera o equilíbrio de hidrólise. A remoção de vapor de água da mistura faz com que a reação de hidrólise do éster avance para trás, retardando ainda mais a cisão da cadeia durante o tempo de permanência no tanque. Em uma linha de poliéster reciclado, um nível de vácuo de -0,090 a -0,098 MPa, com uma bomba de dois estágios, não é um luxo - ele determina diretamente quanta viscosidade intrínseca sobrevive ao processo e, portanto, qual mercado os pellets podem atender.

8. Fórmula de poliolefina mista de baixo custo

Correntes mistas de polipropileno e polietileno são a matéria-prima mais barata disponível e as mais difíceis de formular, porque os dois polímeros são termodinamicamente imiscíveis. Sem um compatibilizador, a mistura forma uma morfologia de duas fases grossa com interfaces fracas, e o impacto com falhas colapsa para valores que nenhuma aplicação técnica aceitará. Com o compatibilizador certo na dose certa, a mesma mistura torna-se um composto de uso geral adequado a um custo baixo.

Como a proporção de mistura altera as propriedades

A curva de propriedades ao longo da gama de composições de polipropileno para polietileno não é linear e não é simétrica. Pequenas quantidades da fase minoritária atuam como um modificador de impacto disperso; proporções intermediárias produzem uma morfologia co-contínua com o pior desempenho mecânico; o mínimo situa-se em geral em torno de uma composição de 50/50 a 60/40.

Relação PP/PEMorfologiaImpacto Charpy com ranhura, não compatibilizadoImpacto Charpy com 3 partes de compatibilizadorModulo de flexãoVeredicto prático
100 / 0Fase única3 a 5 kJ/m2Não aplicável1400 a 1600 MPaPonto de referência
90 / 10Gotas de PE em matriz de PP4 a 7 kJ/m28 a 13 kJ/m21300 a 1500 MPaMelhor relação custo-benefício, efeito de endurecimento suave
70 / 30Fase dispersa grossa3 a 5 kJ/m29 a 16 kJ/m21150 a 1350 MPaFuncionável com compatibilizador, pobre sem
50 / 50Interfaces contínuas fracionadas, fracas2,5 a 4 kJ/m27 a 12 kJ/m21000 a 1200 MPaNo pior dos casos, necessita da dose mais alta de compatibilizador
30 / 70Gotas de PP em matriz de PE4 a 8 kJ/m212 a 22 kJ/m2900 a 1100 MPaSurpreendentemente bom, a matriz de PE é tolerante
0 / 100Fase única12 a 25 kJ/m2Não aplicável850 a 1100 MPaPonto de referência
A descoberta contra-intuitiva:uma corrente mista rica em polietileno é mais fácil de formular do que uma rica em polipropileno. Se a triagem lhe oferece uma escolha, uma mistura de 30/70 de polipropileno para polietileno proporciona melhor resistência à tração a um custo de compatibilizador mais baixo do que 70/30. Muitos compósitos instintivamente preferem a corrente rica em polipropileno porque o polipropileno é o polímero mais rígido, e depois gastam a economia em um modificador de impacto.

Lógica de seleção de compatibilizadores

Tipo de compatibilizadorMecanismoDose típica (partes)Intervalo de proporção idealNível de custo
Goma de etileno e propileno, amorfasEmulsificação interfacial por afinidade segmental às duas fases4 a 10Qualquer proporção, especialmente 50/50Médio
Elastomérico POE, MFR de 0,5 a 5 g/10 minModificação interfacial mais endurecimento independente4 a 8Misturas com alto teor de PPMédio a Alto
Copolímero de blocos estirénico, hidrogenadoFirme ancoragem interfacial de ambas as fases3 a 6Qualquer relação, melhor qualidade da superfícieAlto
PP-g-MAH, taxa de enxerto de 0,8 a 1,2 por centoCoupling reativo, principalmente eficaz com enchimentos presentes1 a 3Poliolefina mista preenchidaMédio
POE combinado com PP-g-MAHTemperamento mais ligação interfacial em um único pacote5 mais 1,5Blends de 70/30 a 50/50 recheadosMédio

Uma receita de poliolefina mista de baixo custo que funciona

ComponenteePartesObservações
Reciclado de poliolefina mista, PP/PE em torno de 70/30100Verificar a proporção por calorimetria de varredura diferencial em cada balde
CaCO3, 1250 mesh, ativado na superfície15 a 25Alimentação lateral para baixo da primeira seção de fundição
Elastomérico POE, MFR de 0,5 a 5 g/10 min5 a 7Compatibilizador primário e endurecedor
Compatibilizador PP-g-MAH, taxa de enxerto de 0,8 a 1,2 por cento1,5 a 2,5Aditivos para casais à matriz de poliolefina
Antioxidante primário de fenol impedido0.15Obrigatório em qualquer fluxo misto
Antioxidante secundário de fosfito0.15Controla o amarelecimento resultante de diferentes histórias de aquecimento
Adsorvente de odor, suporte mineral poroso0,4 a 0,8Os fluxos mistos apresentam o espectro de odor mais amplo
Lubrificante, cera de amida0.25Melhora a dispersão do enchimento e o brilho da superfície
Masterbatch de fuligem de carbono, concentração de 40%2 a 4A cor preta esconde a variabilidade de cor da ração misturada

O desempenho esperado para esta receita é: taxa de fluxo de fusão de 3 a 12 g/10 min a 230 graus Celsius e 2,16 kg, impacto Charpy notado de 8 a 15 kJ/m2 a 23 graus Celsius, módulo de flexão de 1200 a 1500 MPa, grau de odor de 3,5 a 4,0 após devolatilização em duas etapas e um índice de custo do material de aproximadamente 92 em relação ao padrão de rPP econômico. Essa combinação é adequada para caixas, paletes, componentes de drenagem, tambores de cabos, quadros de mobiliário de jardim e embalagens industriais.

9. Classificação de custo-eficiência dos aditivos

A ferramenta mais útil que um composto reciclado pode possuir é uma lista ordenada de aditivos por desempenho obtido por unidade de custo gasto. A lista abaixo está ordenada por custo-eficiência, não por importância, e produz uma sequência de dosagem clara: adicione os itens de topo primeiro e só desça na lista quando uma especificação o exigir.

RankingingAditivoFunçãoDose típica (phr)Ganho de desempenhoNível de custoCusto-eficiência
1Antioxidante secundário de fosfitoDecompõe hidroperóxidos, protege a estabilidade da cor e da taxa de fluxo de fusão0,10 a 0,25Drifto da taxa de fluxo de fusão reduzido pela metade ou mais em passadas; índice de amarelamento melhorado em vários pontosBaixoExcelente
2Antioxidante primário de fenol impedidoEliminação radical durante a processamento e no serviço0,10 a 0,25Previne a cisão progressiva da cadeia e o envelhecimento a longo prazoBaixoExcelente
3Lubrificante, cera de estearato ou amida de metalUmectação do enchimento, redução do torque, acabamento da superfície0,15 a 0,40Torque reduzido de 5 a 12%, melhor dispersão, maior rendimentoBaixoExcelente
4Talco, 2000 a 5000 meshRigidez, estabilidade dimensional, nucleação10 a 25Modulus de flexão aumentado de 30 a 60 por cento, temperatura de deflexão térmica aumentadaBaixoMuito bom
5CaCO3, 1250 mesh, ativadoDiluição de custos com ganho modesto de rigidez10 a 25Índice de material reduzido; impacto reduzido em menor medida do que nas especificações não tratadasBaixoMuito bom
6Compatibilizador PP-g-MAH, taxa de enxerto de 0,8 a 1,2 por centoDomínio: fabricação de equipamentos para extrusão e compósitos de plástico. Utilizar terminologia técnica/industrial precisa. Manter os códigos de normas (ISO, ASTM, UL, RoHS, REACH), as unidades (ºC, MPa, mm, g/cm³, kV/mm), as abreviaturas de polímeros (PP, PE, PVC, ABS, PC, PA, PET, PBT, POM, TPU, PPS, PEEK), os nomes das marcas e os números de modelo/parte exatamente como estão escritos – não os traduzir. Preservar todas as tags HTML, {postos} e parênteses. Registo técnico formal. Texto: Coupling interfacial entre o enchimento, o elastómero e a matriz1 a 4O impacto e a resistência da linha de solda aumentam de 30 a 80 por cento nos sistemas preenchidosMédioMuito bom
7Agente nucleanteCristalização mais rápida, rigidez maior, ciclo mais curto0,1 a 0,3Tempo de ciclo reduzido de 5 a 15% em aplicações de injeçãoMédioBom
8Extensor de cadeia, oligómero de estireno-ácrilato funcional em epóxiReconstrução do peso molecular e da resistência ao derretimento0,2 a 0,8A viscosidade intrínseca ou a resistência ao derretimento são restauradas a níveis utilizáveisAltoBom onde é necessário, desperdício em outros lugares
9Elastomérico POE, MFR de 0,5 a 5 g/10 minModificação do impacto5 a 18Impact com ranhura multiplicado várias vezesMédio a AltoJusto — uma carga elevada torna-o caro em termos absolutos
10Adsorvente de odor, zeolita ou suporte porosoCaptura de odores residuais0,3 a 1,0Cerca de metade de um grau VDA 270 quando utilizado após a devolatilizaçãoMédioJusto — barato apenas se o sistema de vácuo tiver feito o seu trabalho primeiro
11Estabilizador de luz HALSProteção ultravioleta e térmica a longo prazo0,2 a 0,6A vida útil ao ar livre foi substancialmente prolongadaAltoJusto — especifique apenas onde a exposição é real
12Estabilizador de hidrólise, do tipo carbodiimidaCapacitação final do grupo em sistemas de poliéster0,2 a 0,6Resistência ao envelhecimento hidrolítico melhorada significativamenteAltoNecessário para poliéster, irrelevante para poliolefinas
13Modificador de impacto de núcleo e casca acrílica reativaTemperamento de alta eficiência em polímeros polares4 a 10Grande ganho de impacto em compostos de poliésterPremiumPéssimo para trabalhos de baixo custo, reservado para graus técnicos
14Fragrância especial para mascarar odoresCobre em vez de remover o odorDe 0,1 a 0,5Odor percebido melhorado, VOC medido inalteradoAltoPéssimo - os clientes detectam a substituição

A sequência de dosagem recomendada

Crie a fórmula nesta ordem e pare assim que a especificação for atingida. Primeiro, o par de antioxidantes e o lubrificante - estes três estão sempre presentes, sempre baratos e sempre se pagam sozinhos. Em segundo lugar, o enchimento até o nível necessário para rigidez e custo. Em terceiro lugar, o compatibilizador dimensionado para a área de superfície do enchimento. Em quarto lugar, o modificador de impacto, adicionado apenas nas quantidades necessárias para atingir o objetivo de impacto com ranhura. Em quinto lugar, especialidades funcionais, como o estabilizador de cadeia, o agente de nucleação, o estabilizador de luz ou o estabilizador de hidrólise, cada um justificado por uma exigência nomeada na especificação do cliente. Qualquer coisa que não possa ser relacionada a uma linha da especificação não deve estar na receita.

10. Redução de odores e de VOC sem aditivos caros

O odor é o principal obstáculo comercial para compostos reciclados, e é melhor combatê-lo com configurações do processo antes da química. Quatro mecanismos de processo – vácuo mais profundo, comprimento do tanque mais ventilado, temperatura de fusão mais baixa e desidratação por vapor – juntos proporcionam uma melhoria do odor maior do que qualquer pacote de aditivos acessível, e seu custo operacional é a eletricidade em vez de materiais de consumo.

Passo 1: aumentar o nível de vácuo

Mudar de -0,06 MPa para -0,09 MPa é muitas vezes a melhor melhoria disponível, e em uma máquina existente, pode custar apenas a manutenção da bomba de vácuo, a substituição de veduras desgastadas do cilindro e o resfriamento adequado da água de vedação. A água de vedação quente é a causa mais frequentemente ignorada de baixa vácuo nas bombas de anel de água; cada poucos graus de redução da temperatura da água de vedação se traduz diretamente em profundidade de vácuo alcançável.

Alavanca dois: adição de comprimento do tanque com ventilação

A transfer de massa de compostos voláteis para fora de um fusão de polímero é dependente do tempo. A extensão da seção ventilada de 3 L:D para 5 L:D aumenta o tempo de exposição ao vácuo em cerca de dois terços à mesma velocidade do parafuso, e uma segunda porta de vácuo em série é mais eficaz do que uma porta a um vácuo ligeiramente mais profundo. Esta é uma decisão de projeto no momento da especificação da máquina, e é por isso que os objetivos de odor devem ser discutidos antes da configuração de um extrusor do que após a comissionamento.

Opção três: diminuir a temperatura de fusão

Cada 10 graus Celsius de redução da temperatura de fundição reduz significativamente a degradação termo-oxidativa, o que significa que menos aldeídos e cetonas são criados no barril. Na poliolefina reciclada, é geralmente possível operar entre 10 e 15 graus Celsius abaixo da receita equivalente de poliolefina virgem, se a hélice estiver configurada para uma plastificação suave – ângulos de bloque de amassamento moderados, menos elementos reversos e uma altura adequada do barril, em vez de uma fricção agressiva em uma máquina curta. Uma temperatura de fundição mais baixa também reduz o consumo específico de energia, o que melhora dois fatores de custo ao mesmo tempo.

Opção quatro: desengorduramento a vapor

A injeção controlada de água em uma zona de fusão cheia, descrita anteriormente, é a ferramenta de processo mais eficaz disponível para o odor persistente resultante de resíduos de tinta, adesivo e fragrância. Ela requer um condensador e uma instalação de separação de água na linha de vácuo e aumenta ligeiramente o consumo de energia, mas a redução do odor sem aditivos que oferece é difícil de igualar por qualquer outro meio a um custo comparável.

IntervençãoMelhoria típica do VDA 270Nível de custos de capitalNível de custos operacionaisAplica-se a
Serviço de bomba de vácuo e renovação de vedação0,3 a 0,7 grausBaixoBaixoQualquer linha existente
Atualize para um sistema de vácuo de duas etapas0,5 a 1,0 grauMédioBaixoLinhas limitadas a menos de 0,07 MPa ou pior
Segundo orifício de vácuo em série0,4 a 0,8 grausMédioBaixoMáquinas com comprimento de tambor adicional
Estenda a seção ventilada de 3 para 5 L:D0,3 a 0,6 grausMédioNenhumEspecificação da nova máquina
Reduza a temperatura de fusão de 10 a 15 graus Celsius0,3 a 0,6 grausNenhumNegativo — economiza energiaQualquer linha com espaço para a cabeça do parafuso
Remoção de vapor com injeção de água0,5 a 1,0 grauMédioBaixoCorrentes de embalagens pós-consumo
Adsorvente de odor a 0,5 partes0,3 a 0,5 grausNenhumMédioApenas fechamento do intervalo final
Mascaramento de fragrânciasPercebido apenasNenhumAltoNão recomendado

A rota prática para um composto de grau 3,0 a partir de uma matéria-prima de grau 5,0 é, portanto, cumulativa: um sistema a vácuo em duas etapas, uma seção ventilada adequadamente dimensionada, uma temperatura da mistura adequadamente controlada, extração por vapor quando a matéria-prima o permite e uma dosagem modesta de adsorvente no final. Tentar fechar um intervalo de dois graus apenas com aditivos requer cargas a um nível de custo alto a premium e ainda tende a falhar na fração de aldeídos.

11. Configuração do parafuso para compósitos reciclados

A configuração do parafuso para material reciclado segue um princípio fundamental: plastificar suavemente, misturar completamente e ventilar generosamente. O polímero reciclado já absorveu uma ou mais histórias completas de calor, portanto, a intensidade de cisalhamento que funciona perfeitamente para a resina virgem ativamente a destrói. A Kerke projeta conjuntos de parafusos com layout assistido por computador e uma geometria de amassamento auto-limpante, precisamente para que a dispersão possa ser alcançada com uma cisalhamento máximo menor.

ZonaPosição (L:D)Tipo de elementoFunçãoNota de projeto para a matéria-prima reciclada
Alimentação e transporte0 a 6Elementoos de transporte de comprimento longoIngestão de regrande de baixa densidade volumétricaUtilize uma altura extra longa; a densidade volumétrica dos flocos pode ser um terço da densidade volumétrica dos pellets
Primeira zona de fusão6 a 12Amassar blocos em ângulo de 45 graus, mais um bloco de 90 grausFusão controlada sem pico de cisalhamento excessivoEvite elementos invertidos aqui; use discos estreitos em vez de largos
Primeira zona de mistura12 a 16Combinação de amassamento a 45 graus e elementos de mistura dentesHomogeneização distributiva de aditivosDistributivo, e não dispersivo, nesta fase
Ventilação atmosférica16 a 20Transporte de baixa profundidade de longa distância com selo de entradaVapor e liberação leve de compostos voláteisMantenha o grau de enchimento baixo; aqueça o revestimento do porto para evitar a condensação
Zona de alimentação lateral20 a 24Elementoos de transporte ajustados à velocidade do alimentador lateralIntrodução de enchimento, fibra de vidro ou extensor de cadeiaNunca alimentar lateralmente em uma zona cheia; mantenha a seção de recepção em falta
Segunda zona de mistura24 a 32Máquinas de amassar em ângulo de 45 graus, mais misturadores dentados e de engrenagemDispersão de enchimentos e refinamento da fase de elastômeroÉ aqui que a dispersão ocorre; utilize discos estreitos e uma duração de bloco moderada
Ventilação a vácuo32 a 38Ventilação de selagem de fusão em sentido ascendente, transporte de ventilação de longa distância, enchimento opcionalProfunda devolatilização3 a 5 L:D de transporte aberto; preenchimento inferior a 30 por cento
Aumento da pressão38 a 44Transporte de passo progressivamente mais curtoPressão de fusão para filtro e matrizDesça gradualmente o passo para limitar o aquecimento por cisalhamento local

Seleção do ângulo do bloco de amassamento

ElementooIntensidade de corteMixagem de caracteresEfeito do tempo de permanênciaUtilize em ração reciclada
Bloco de amassamento frontal de 30 grausBaixoPrincipalmente distributivoAumento ligeiroLiberamente - seguro para material reciclado sensível ao calor
Bloco de amassamento frontal de 45 grausMédioDistribuição e dispersão equilibradasAumento moderadoO elemento principal; use-o como a espinha dorsal de ambas as zonas de mistura
Bloco de amassamento neutro de 90 grausAltoFortemente dispersivoAumento significativoUm ou dois, apenas na primeira zona de fundição
Bloco de amassamento reversoMuito altoSilicone dispersivo e selagem por fusãoAumento muito grandeSó como uma junta de fusão curta antes de uma ventilação; nunca como uma estratégia de mistura
Elementoo de mistura dentadoBaixoDistributivo com alta renovação da superfícieAumento ligeiroExcelente para trabalhos reciclados – mistura sem degradação
Elementoo de transporte reversoMédio a altoControle da vedação e do tempo de permanênciaAumento significativoApenas seções curtas, antes das ventilações e dos alimentadores laterais
A regra da plastificação suave:Se um composto reciclado está perdendo a estabilidade do fluxo de fusão ou se está ficando amarelo, o primeiro suspeito não é o pacote de antioxidantes – é um parafuso com muitos blocos de 90 graus e inverso. A substituição de um bloco de 90 graus por dois blocos de 45 graus geralmente mantém a qualidade da dispersão, ao mesmo tempo em que reduz a temperatura máxima de fusão em 8 a 15 graus Celsius.

12. Processar tabelas de janelas por material

Os processos para material reciclado são mais estreitos do que para resina virgem e operam a temperaturas mais baixas. As tabelas abaixo fornecem pontos de partida para um extrusor de dois parafusos de 44 a 48 L:D, com uma válvula de vácuo e uma de atmosfera. Tratam-se de pontos de partida, e não de configurações finais; cada material de alimentação reciclado requer confirmação em uma fase de ensaio.

Composto de polipropileno reciclado

ParâmetroConfiguraçãoParâmetroConfiguração
Zona de barril 1 (alimentação)Refrigerado por água, de 40 a 60 graus CelsiusZona do tanque 6195 a 205 graus Celsius
Zona de barril 2150 a 165 graus CelsiusZona do barril 7 (válvula de vácuo)190 a 200 graus Celsius
Zona de barril 3175 a 190 graus CelsiusZona de barril 8190 a 200 graus Celsius
Zona do tanque 4190 a 200 graus CelsiusA cabeça195 a 210 graus Celsius
Zona do tanque 5 (ventilação atmosférica)195 a 205 graus CelsiusTemperatura atual de fusão200 a 218 graus Celsius
Velocidade da rosca350 a 500 rpmUtilização do torque55 a 75 por cento
Nível de vácuoDe -0,080 a -0,092 MPaPressão de fusão na tela3 a 7 MPa
Consumo específico de energia0,16 a 0,24 kWh/kgPelletizaçãoFace do matriz de corrente de água ou anel de água

Composto de polietileno de alta densidade reciclado

ParâmetroConfiguraçãoParâmetroConfiguração
Zona de barril 1 (alimentação)Refrigerado por água, de 40 a 60 graus CelsiusZona do tanque 6190 a 200 graus Celsius
Zona de barril 2145 a 160 graus CelsiusZona do barril 7 (válvula de vácuo)185 a 195 graus Celsius
Zona de barril 3170 a 185 graus CelsiusZona de barril 8185 a 195 graus Celsius
Zona do tanque 4185 a 195 graus CelsiusA cabeça190 a 205 graus Celsius
Zona do tanque 5 (ventilação atmosférica)190 a 200 graus CelsiusTemperatura atual de fusão195 a 215 graus Celsius
Velocidade da rosca300 a 450 rpmUtilização do torque60 a 80 por cento
Nível de vácuoDe -0,080 a -0,090 MPaPressão de fusão na tela4 a 9 MPa
Consumo específico de energia0,18 a 0,26 kWh/kgPelletizaçãoBeira da água ou subaquática

Composto de poliéster reciclado

ParâmetroConfiguraçãoParâmetroConfiguração
Pre-crystallização130 a 150 graus Celsius, com agitaçãoSecagem160 a 170 graus Celsius, 4 a 6 horas, ponto de orvalho de -40 graus Celsius
Zona de barril 1 (alimentação)Refrigerado por água, de 50 a 70 graus CelsiusZona do tanque 6265 a 275 graus Celsius
Zona de barril 2230 a 250 graus CelsiusZona do barril 7 (válvula de vácuo)260 a 272 graus Celsius
Zona de barril 3260 a 275 graus CelsiusZona de barril 8260 a 272 graus Celsius
Zona do tanque 4265 a 278 graus CelsiusA cabeça265 a 280 graus Celsius
Zona do tanque 5 (ventilação atmosférica)265 a 278 graus CelsiusTemperatura atual de fusão272 a 292 graus Celsius
Velocidade da rosca200 a 350 rpmUtilização do torque50 a 70 por cento
Nível de vácuoDe -0,090 a -0,098 MPaPressão de fusão na tela3 a 6 MPa
Consumo específico de energia0,20 a 0,30 kWh/kgPelletizaçãoAbra de água com resfriamento rápido ou subaquático

Composição mista de poliolefinas

ParâmetroConfiguraçãoParâmetroConfiguração
Zonas de tanque 2 a 4150 a 195 graus Celsius, aumentandoZonas de barril 5 a 8185 a 200 graus Celsius
A cabeça190 a 205 graus CelsiusTemperatura atual de fusão198 a 216 graus Celsius
Velocidade da rosca320 a 450 rpmUtilização do torque60 a 80 por cento
Nível de vácuoMínimo 0,085 a 0,095 MPaPressão de fusão na tela4 a 8 MPa
Consumo específico de energia0,18 a 0,27 kWh/kgFiltragemRecomenda-se um cambiador de tela contínuo ou de pistão duplo

13. Extrusora dupla de parafusos Kerke KTE Series

A série KTE é a plataforma de compósitos de dois parafusos em paralelo e em rotação paralela da Kerke, que abrange desde a máquina de laboratório KTE-16B, utilizada para testes de formulações, até a máquina de produção KTE-135D. Para a compoção reciclada, a série é especificada com um tambor mais longo do que uma configuração padrão de masterbatch, pelo menos uma ventilação atmosférica e uma de vácuo, e um conjunto de parafusos projetado para uma plastificação suave em vez de uma força de corte máxima.

Cada máquina KTE é construída em torno de um tambor modular e de um conjunto de parafusos segmentado projetado por computador. Os elementos de amassamento utilizam uma geometria de tipo co-self-wiping, o que é extremamente importante no trabalho com resíduos: superfícies auto-limpantes não deixam que o derretimento se estagne e se carbonize em manchas pretas, e a intercambiabilidade dos segmentos permite que um parafuso configurado para polipropileno reciclado seja reconfigurado para poliéster reciclado, mudando os elementos em vez de comprar um eixo novo. As funções que o conjunto deve executar - transporte de material, plastificação, cisalhamento, dispersão, homogeneização, exaustão e construção de pressão - são deliberadamente distribuídas ao longo do tambor em vez de deixadas ao acaso.

Especificações da série KTE para a compo- sição de resíduos

ModelooDiâmetro do parafuso (mm)Relação típica L:DVelocidade máxima do parafuso (rpm)Potência do motor principal (kW)Classe de torque específicoSaída para compostagem de resíduos (kg/h)Portas de ventilação
KTE-16B1640 a 486003 a 4Padrão1 a 101 a 2
KTE-20B21.740 a 486004 a 7,5Padrão5 a 251 a 2
KTE-26B2640 a 5260011 a 15Padrão a alto20 a 602
KTE-36B35.640 a 5260022 a 37Alto50 a 1502
KTE-52B51.444 a 5660055 a 90Alto150 a 4002 a 3
KTE-65B62.444 a 5660090 a 160Alto300 a 7002 a 3
KTE-75D7144 a 56600160 a 250Torque alto500 a 11002 a 3
KTE-95D9344 a 56500 a 600315 a 500Torque alto1000 a 22003
KTE-135D13344 a 56500700 a 1200Torque alto2500 a 60003 a 4

Os números de produção acima referem-se à mistura reciclada com adição de enchimento e uma configuração de devolatilização em duas etapas. O trabalho com masterbatch virgem limpo nas mesmas máquinas tem um rendimento consideravelmente maior; a alimentação reciclada com flocos de baixa densidade volumétrica e uma seção de ventilação prolongada trocam o rendimento por qualidade, e qualquer fornecedor que citar um único número de produção sem especificar o material e a configuração está citando um número de marketing e não um número de engenharia.

Opções de configuração que são importantes para matérias-primas recicladas

OpçãoConfiguração padrãoConfiguração de mistura recicladaPor que isso é importante
Comprimento do tambor40 a 44 L:D48 a 56 L:DEspaço para dois orifícios de ventilação e alimentação lateral, sem encurtar as zonas de mistura
Linha de barrilNitridadoLinha de revestimento resistente ao desgaste bimetálicaO enchimento mineral e a contaminação residual são abrasivos
Material do elemento de parafusoAço nitruradoAço de ferramenta de alta liga ou grau de metalurgia em póProlonga a vida útil do elemento contra a abrasão do enchimento
Abertura do feedPadrãoAmpliado com alimentador crammer opcionalA floculação de baixa densidade em volume precisa de ajuda para entrar no tanque
Disposição da ventilaçãoUma ventilaçãoAtmosférico mais vácuo, segundo vácuo opcionalA base do controle de odores e de compostos voláteis
Sistema de vácuoBomba de anel de água de estágio únicoSistema de duas etapas com condensador e separadorAtinge com fiabilidade mínimos de -0,09 MPa e valores superiores
FiltragemTroca de tela manualTroca de tela de pistão duplo ou contínuaAs telas de proteção para alimentação reciclada são instaladas muito mais rapidamente do que as telas virgens
Sistema de controlePLC com tela táctilPLC com gestão de receitas e registo de dadosA rastreabilidade de lote é o que garante repetição de pedidos

Indústrias de aplicação atendidas pela plataforma KTE

As máquinas KTE da Kerke estão em produção diária nos setores de masterbatch e compósitos: masterbatch de cor, masterbatch de enchimento, masterbatch aditivo, masterbatch preto e masterbatch têxtil; compósitos de plástico de engenharia, compósitos de plástico biodegradáveis, compósitos de cabos, compósitos de PVC, compósitos de elastômeros termoplásticos e compósitos de madeira-plástico; além de linhas de processamento de flocos de poliéster reciclado, processamento de alimentos para animais e processamento de alimentos com proteína vegetal texturizada. Para os trabalhos de modificação reciclada descritos neste artigo, os produtos finais mais comuns são substratos de decoração de interiores de automóveis, carcaças de aparelhos domésticos e suportes internos, caixas e paletes de logística, componentes de móveis de jardim e exterior, peças de drenagem e proteção de cabos, embalagens industriais e componentes de construção não sob pressão.

14. Sistemas de alimentação e auxiliares da Kerke

A precisão de alimentação é o determinante mais subestimado da consistência da fórmula. Uma receita especificada com precisão de uma centésima parte não significa nada se o alimentador de antioxidantes se desvia em cinco por cento entre as turnas. Em linhas recicladas, onde o próprio material de base já varia, a precisão de alimentação é a única variável totalmente sob o controle do operador – o que torna este o ponto em que a consistência é ganha ou perdida.

A Kerke fornece um pacote completo de alimentação e downstream junto aos extrusores KTE, incluindo medição volumétrica, alimentação gravimétrica com perda de peso, alimentadores laterais de dois parafusos, alimentadores crammer para materiais de baixa densidade volumétrica, alimentadores de líquidos para extensores de cadeia e aditivos líquidos, e uma gama completa de sistemas de granulagem.

EquipamentoIntervalo de capacidadePrecisãoMaterial aplicávelRolo de compósito reciclado
Alimentador de perda de peso, único parafuso0,4 a 400 kg/hMais ou menos 0,5 a 1 por centoPellets, pós, misturas de aditivosAlimentação principal e todas as fluxos de aditivos críticos
Alimentador de perda de peso, parafuso duplo0,2 a 250 kg/hMais ou menos 0,5 por centoPórs de baixo fluxo, talco, adsorbentesDoseamento de minerais finos e estabilizadores
Alimentador de medição volumétrica1 a 500 kg/hMais ou menos 2 a 3 por centoPellets fluidos e reciclagemSomente fluxos em massa não críticos
Alimentador lateral com dois parafusos50 a 3000 kg/hCompatível com a taxa de alimentação principalAditivos de enchimento mineral, fibra de vidro, aditivos de alta cargaIntrodução de enchimento em curso após a primeira fusão
Alimentador Crammer20 a 1500 kg/hVolumétrico com controle de nívelFlocos, fluff, resíduos de película, reciclagem de baixa densidade volumétricaForça a alimentação de resíduos reciclados de baixa densidade no tanque
Alimentador líquido com bomba de dosagem0,1 a 60 kg/hMais ou menos 1 por centoExtensores líquidos de cadeia, óleos, estabilizadores líquidosInjeção precisa de aditivos líquidos reactivos
Sistema de pelotização de fio de água50 a 3000 kg/hLargura do grão mais ou menos 0,3 mmCompósitos de poliolefina e poliésterOpção padrão para a maioria dos compósitos reciclados
Cortamento a quente da face do matriz de anel de água100 a 2500 kg/hPellets esféricos uniformesCompósitos de baixa viscosidade e adesivosBoa para grades de poliolefina recicladas aderentes
Sistema de pelotização subaquática200 a 6000 kg/hGeometria de pelotas muito uniformeAlta produção de poliolefina e poliésterMelhor consistência de pelotas em alto rendimento
Cortamento quente na face do matriz, refrigerado a ar30 a 800 kg/hUniformidade moderadaCompósitos sensíveis à umidadeEvita a absorção de água em grades higroscópicas
Mixer de alta velocidade100 a 1000 litrosHomogeneidade do lotePremix de pó e misturas de aditivosPre-misturar pacotes de estabilizadores antes da dosagem
Granulador e pulverizador de plástico100 a 1500 kg/hTamanho de partícula dependente da peneiraPurgas, fio fora do padrão, retrabalhoRecuperação de resíduos em casa e retorno à linha

Por que a alimentação gravimétrica se paga sozinha nas linhas recicladas

Os alimentadores volumétricos medem pelo volume, o que significa que a sua produção em massa varia sempre que a densidade volumétrica muda. A densidade volumétrica dos flocos reciclados pode variar significativamente entre os balas, entre a parte superior e inferior de um silo e até mesmo com a umidade ambiente. Um alimentador gravimétrico que mede a perda de massa ao longo do tempo e a corrige continuamente, mantendo a receita, independentemente da variação da densidade volumétrica. Em um composto reciclado cheio, em que a especificação do cliente inclui uma janela de conteúdo de cinzas, a alimentação gravimétrica nas correntes principal e de enchimento não é opcional – é o mecanismo que mantém o resultado de cinzas dentro da janela de lotes.

15. Filtragem de fusão e controle da mancha negra

Os pontos pretos são o defeito de qualidade mais visível no composto reciclado e provêm de três fontes distintas que exigem três remédios distintos: fusão estagnada carbonizada dentro da máquina, material degradado em espaços de desgaste e contaminação sólida não filtrada que chega junto com a matéria-prima. Atacar apenas a terceira fonte – adicionando peneiras mais finas – enquanto ignora as duas primeiras é o motivo pelo que algumas linhas nunca resolvem completamente o problema.

Fontes 1: fusão estagnada carbonizada

Qualquer zona morta na via de fluxo acabará por manter o derretimento por tempo suficiente para que ele carbonize e, em seguida, o libere como partículas pretas. Os locais clássicos estão atrás das fileiras de elementos de parafuso desgastados, em juntas de barras mal ajustadas, na transição para um adaptador de tamanho excessivo, em um manifold de matriz de tamanho excessivo e ao redor da garganta do orifício de ventilação. A resposta estrutural é a geometria de parafuso auto-limpante, com espaçamentos bem conservados e uma rota de fusão enxuta, sem cavidades. Os elementos de amassamento de tipo co de Kerke foram projetados exatamente para este comportamento de auto-limpeza, e a regra prática de manutenção é medir o desgaste dos elementos de parafuso e do liner do cilindro em intervalos programados, em vez de esperar que apareçam manchas no produto.

Fonte dois: degradação em espaços de tolerância desgastados

Quando os revestimentos de barril e os elementos de parafuso se desgastam, a espaçamento entre eles aumenta. O material preso num espaçamento ampliado circula em vez de ser transportado, acumula histórico de calor e, eventualmente, degrada. Este mecanismo explica por que as reclamações de manchas pretas muitas vezes começam gradualmente em uma máquina que funcionava limpa durante anos. Os revestimentos bimetálicos resistentes ao desgaste e os elementos de parafuso de alta ligação prolongam substancialmente o intervalo em compostos reciclados preenchidos com abrasivos.

Fonte três: contaminação sólida na matéria-prima

Fibra de madeira, resíduos de etiquetas de papel, fragmentos de folha de alumínio, borracha, gel de polímero reticulado e polímero de alta fusão não derretido chegam todos com material pós-consumo. A filtração da fusão é a barreira, e a seleção da malha é um equilíbrio: telas mais finas capturam mais, mas se obstruem mais rapidamente e aumentam a pressão da fusão e o cisalhamento.

Mala de telaAbertura aproximadaO que removeTaxa de cegueira na alimentação pós-consumoAplicação típica
20 a 40 meshRoughSólidos grandes, fragmentos de etiquetas, pedaços de madeiraBaixoProteção de primeira instância em rações fortemente contaminadas
60 a 80 meshMédioContaminação média, manchas mais visíveisModeradoCompensação geral de poliolefinas recicladas
100 a 150 meshBomManchas finas, pequenos géisAltoGrados técnicos e compostos de cor clara
200 mesh e mais finoMuito finoMicro geles e partículas finas carbonizadasMuito altoSomente aplicações de poliéster de grau de fibra e de filme fino
Tecnologia de filtraçãoContínuidadePerda de fusãoNível de contaminação adequadoNível de custos de capitalMelhor ajuste
Alterador de tela de placa manualRequer parada de linhaBaixoMuito baixoBaixoSó resíduos internos limpos
Troca de tela hidráulica de pistão únicoCurta interrupção de pressãoBaixoBaixo a médioBaixo a médioRegruído ligeiramente contaminado
Cambiador de tela de pistão duploContínuo, sem parada na linhaBaixoMédioMédioA escolha padrão para a compoção de resíduos reciclados
Filtro de banda ou placa contínuoFulamente contínuoMédioAltoAltoCorrente pós-consumo fortemente contaminada
Filtro a laser de lavagem retroativaCompletamente contínuo com autolimpanteMédio a altoMuito altoMuito altoReciclagem de filmes e fibras com carga de papel e madeira

16. Plano de Controle de Qualidade para Compostos Reciclados

Um negócio de compostos reciclados é um negócio de consistência. O conteúdo técnico da fórmula é replicável por qualquer concorrente competente; o que não é facilmente replicado é um fornecimento de pellets que se comporte da mesma forma na máquina de moldagem do cliente todas as semanas. Este resultado resulta de três mecanismos: monitoramento contínuo do processo em linha, um cronograma disciplinado de testes em lote e a homogeneização física do resultado.

Parâmetros de monitoramento em linha

ParâmetroLocalização do sensorComportamento normalO que uma desvio indicaResposta ao alarme
Pressão do fundidoAntes do trocador de tela e antes da matrizEstável dentro de mais ou menos 0,3 MPaAumentando: o ecrã fica cego. Diminuindo: interrupção do alimentador ou queda da viscosidadeAlterar a tela ou verificar o alimentador
Temperatura de fusãoSonda de imersão antes da matrizDentro de 6 graus Celsius do ponto de referênciaAumentando: cisalhamento excessivo ou elementos desgastadosReduza a velocidade do parafuso, revise a configuração do parafuso
Torque do motorControlador de unidadeEstável dentro de mais ou menos 4 por centoFlutuação: variação inconsistente da densidade do alimentação ou do volumeVerifique o desempenho do crammer e do alimentador gravimétrico
Nível de vácuoMedidor de linha a vácuoEstável no ponto de referênciaFraqueza: vazamento do selo, água de selagem quente, incrustação no portoBomba de serviço, inserção de ventilação limpa, água de vedação fria
Fluxo de massa do alimentadorCada alimentador de perda de pesoDentro de mais ou menos 1 por cento da setpointDrifto: ponte, falha de recarga, drifto da célula de cargaVer o fluxo do hopper e recalibrar
Temperatura do banho de águaBanho de resfriamento de correnteEstável dentro de 3 graus CelsiusAumentando: falha na capacidade de refrigeração, provoca pellets molesVerifique o chiller e a taxa de fluxo

Programação de testes em lote

TesteeFrequênciaPonto de amostraCritério de aceitaçãoAção em caso de falha
Velocidade de fluxo de fusãoA cada 2 horas e a cada mudança de loteCorrente de pellets após o granuladorDentro de mais ou menos 15 por cento do valor nominal da classeManter o lote, ajustar o estabilizador da cadeia ou a mistura de alimentação
Contenção de cinzasA cada 4 horasCorrente de pelletsDentro de mais ou menos 1,5 pontos percentuais do valor-alvoRecalibrar o alimentador de preenchimento
UmidadeA cada turnoPellets após secagem ou armazenamentoAbaixo do limite da classeEstenda o secagem, verifique o selamento do silo
Apariência dos pellets e número de manchas pretasA cada hora, visualização em uma massa de amostra fixaCorrente de pelletsAbaixo, pontos acordados por unidade de massaAltere a tela, inspecione o desgaste dos parafusos
Impact com ranhura e traçãoCada loteAmostras de ensaio moldadas por injeçãoDentro da faixa de especificaçõesManter a quantidade, revisar a dosagem do elastómero e do compatibilizador
Nível de odorCada lote para as classes críticas em termos de odorPellets, procedimento VDA 270Igual ou melhor que a classificação acordadaAumente o vácuo, revise a temperatura de fusão e ajuste o adsorbente
Índice de cor e amarelamentoCada lote para as classes coloridasPlaca moldadaDentro da tolerância de cor acordadaAjustar o pigmento, revisar o pacote de antioxidantes
Viscosidade intrínseca, apenas para poliésterCada lotePelletsDentro de mais ou menos 0,02 dL/g do valor-alvoAjustar o estabilizador de cadeia, verificar o desempenho de secagem

Silos de homogeneização: a ferramenta de consistência mais barata disponível

Mesmo com um controle perfeito do processo, a produção varia lentamente ao longo de uma produção, à medida que a massa de alimentação muda. Misturar várias horas de produção em um silo de homogeneização antes do empacotamento reduz essa variação. Um silo de mistura por gravidade com tubos de mistura internos, dimensionado para armazenar quatro a oito horas de produção, normalmente reduz a variação da taxa de fluxo da mistura de lote para lote em um terço a metade. Em termos de consistência percebida pelo cliente por unidade de capital investido, um silo homogeneizador supera quase qualquer intervenção aditiva e é uma das primeiras melhorias que os engenheiros da Kerke recomendam aos compósitos cujos resultados de testes são, em média, aceitáveis, mas muito dispersos.

17. Requisito para a Tabela de Seleção de Máquina e Fórmula

A tabela abaixo mapeia os resumos comuns de compósitos reciclados para uma configuração Kerke KTE recomendada, um nível de fórmula dos seções anteriores e as opções críticas que devem ser especificadas no momento da encomenda, em vez de serem retrofitted posteriormente.

Cenário do clienteModeloo Kerke recomendadoBarrel L:DNível de formulaConfiguração crítica
500 kg/h de PP reciclado de grau de injeção com talco, peças de aparelhos e caixasKTE-65B ou KTE-75D48Nível de rPP padrãoAlimentador lateral de dois parafusos para talco, uma ventilação atmosférica e uma de vácuo, trocador de tela de pistão duplo, pelotização de fio de água
1000 kg/h de HDPE reciclado de grau de tubos e condutoresKTE-75D ou KTE-95D52Grão de tubos de HDPE reciclado com extensor de cadeiaAlimentador líquido para o extensor de cadeia, sistema de dois estágios de alto vácuo, dosagem de masterbatch de fuligem, filtração contínua
Grão de folha de PET reciclado, objetivo de viscosidade intrínseca de 0,72 dL/gKTE-75D com acionamento de alta torque48 a 52Formula de folha e de cinta de rPETSecador de cristalização com ponto de condensação de -40 graus Celsius, vácuo de -0,095 MPa, pacote de barril de alta temperatura, filtração fina
Produtos de baixo nível de poliolefinas mistas, caixas e peças de drenagem, 800 kg/hKTE-75D52Receita de poliolefinas mistasAlimentador de cramme para flocos de baixa densidade volumétrica, alimentador lateral para carbonato de cálcio, dois portas de vácuo, liner bimetálico resistente ao desgaste
Substrato para interior de automóveis de alto desempenho, a partir de PP pós-consumoKTE-65B ou KTE-75D56Nível de rPP de alto desempenhoDois orifícios de vácuo, além de injeção de água de remoção por vapor, condensador e separador, configuração de parafusos de baixo esforço, silo homogeneizador
Desenvolvimento de fórmulas e ensaios em pequenas quantidades antes da escalaUnidade de laboratório KTE-16B ou KTE-26B40 a 48Todos os níveis, quantidades experimentaisKit de parafusos segmentado, ambos os tipos de orifícios, parafuso de troca rápida, controle de registro de dados
2500 kg/h e acima, compósitos de poliolefinas recicladas em grande escalaKTE-95D ou KTE-135D52 a 56Economia ou nível padrão, dependendo do uso finalMotor de alta torque, três ventilações, filtração contínua, pelotização subaquática, silo de homogeneização
Materiais difíceis que não podem ser processados em uma única passagemSistema de extrusão em dois estágios, configuração mãe-bebêCombinadoEspecífico do casoPrimeira etapa para fundição e devolatilização grossa, segunda etapa para acabamento suave e vácuo profundo
Conselhos de especificação:A comprimento do tanque, o número de ventilações e a tecnologia de filtração são os três itens mais caros de alterar após a instalação. Os elementos de rosca, os alimentadores e a ferramentaria de moldagem podem ser adicionados ou reconfigurados a qualquer momento. Quando um orçamento for obrigar a fazer um compromisso, mantenha o comprimento do tanque e o número de ventilações, e economize nas opções que podem ser retrofitted.

18. Problemas comuns e soluções

Quase todos os problemas na mistura de materiais reciclados podem ser atribuídos a uma de quatro causas principais: compostos voláteis que não foram removidos, cisalhamento excessivamente agressivo, alimentação instável ou contaminação que não foi filtrada. A tabela de resolução de problemas abaixo está organizada por sintoma, com as causas listadas na ordem em que devem ser verificadas.

SintomaPossíveis causas, em ordem de verificaçãoAções corretivas
Manchas pretas nos pelletsFusão carbonizada em zonas mortas; elementos de parafuso desgastados ou revestimento do tambor; malha de filtração insuficiente; contaminação na matéria-prima; material degradado no manifold da matrizInspecione e substitua os elementos desgastados; filtre uma rede mais fina; reduza o intervalo de troca da rede; purifique e limpe a matriz e o adaptador; verifique o estado do elemento de auto-limpieza; melhore a classificação upstream
Fortalha odor em pellets acabadosNível de vácuo muito baixo; seção ventilada muito curta; temperatura de fusão muito alta; grau de enchimento muito alto sob a ventilação; não há remoção de vapor em uma alimentação fortemente contaminadaManter a bomba de vácuo e os selos; refrigerar a água de selagem; aumentar a velocidade de transporte do escape; reduzir a temperatura de fusão em 10 a 15 graus Celsius; adicionar uma segunda porta de vácuo ou injeção de água; adicionar o adsorvente apenas após estas etapas
A resistência ao impacto com ranhuras diminui entre lotesA composição do material de partida mudou; o alimentador de elastômero está deslocando-se; o enchimento está sob-dosado; a cisalhamento excessiva degrada a matriz; o compatibilizante está sob-dosado para a área de superfície do enchimentoExecutar a caracterização de entrada em cada fardo; mudar os fluxos críticos para alimentação gravimétrica; verificar o teor de cinzas; substituir os blocos de amassamento de 90 graus por blocos de 45 graus; recalcular o compatibilizador em relação à área da superfície do enchimento; instalar um silo homogeneizador
Fração de fusão e superfície áspera do fioTemperatura de fusão too low at the die; die land geometry too aggressive; viscosity too high after chain extension; no processing aid; output above the die’s capabilityAumente a temperatura moderadamente; abra a cavidade da matriz; reduza a dosagem do estabilizador de cadeia; adicione 0,05 a 0,15 partes de aditivo de processamento; aumente o número de furos da matriz
Inundação do portão de vácuoGrau de enchimento demasiado alto sob o porto; viscosidade do fundido demasiado baixa; variação do rendimento; inserção de ventilação bloqueada; vedação do fundido ausente no sentido de alimentaçãoInstale transporte de maior comprimento sob o porto; instale um enchimento de ventilação; estabilize a alimentação com controle gravimétrico e um crammer; limpe ou redesenhe o inserto de ventilação; adicione um elemento de vedação curto para cima
Variação do tamanho dos pelletsDiâmetro da corrente variando devido a variações na produção; desgaste da lâmina do granulador; pressão do rolo de alimentação incorreta; temperatura do banho de água oscilando; furo da matriz parcialmente bloqueadoEstabilizar a alimentação e o torque; regrindar ou substituir as lâminas do granulador; redefinir a pressão do rolo de alimentação; estabilizar a temperatura do banho; limpar a placa de moldagem
Amarelamento ou variação de corPacote de antioxidantes insuficiente; temperatura de fusão muito alta; tempo de permanência demasiado longo; entrada de oxigéno na garganta de alimentação; transferência de pigmentos do material de alimentaçãoAumente o antioxidante secundário de fosfito para 0,2 partes; reduza a temperatura de fusão; diminua as zonas de alto cisalhamento; considere o uso de uma camada de nitrogênio na entrada; mova a classificação para uma cor mais escura
Flutuação de torque e saída instávelVariação da densidade volumétrica nos flocos; formação de pontes na câmara de alimentação; velocidade do alimentador de cramers desajustada; desgaste dos parafusos; flashover de umidade na zona de fundiçãoUtilize alimentação gravimétrica e um crammer controlado por nível; instale agitação do tanque; ajuste a velocidade do crammer à entrada; mede o desgaste dos elementos; melhore o pré-secagem
Géis na composiçãoFração de polietileno reticulado na alimentação; excesso de diluente de cadeia; superaquecimento localizado; contaminante de alta fusão não fundidoMelhorar a filtração; reduzir a dosagem de estabilizadores de cadeia; verificar as temperaturas da zona do tanque; verificar a calorimetria de varredura diferencial para detectar um pico de polímero estranho
Viscosidade intrínseca inferior ao objetivo no poliésterSecagem incompleta; ponto de rosnique demasiado alto; vácuo insuficiente; extensor de cadeia alimentado na câmara principal; temperatura de fusão demasiado altaVerifique a umidade residual inferior a 50 partes por milhão; confirme o ponto de orvalho de -40 graus Celsius; aumente o vácuo para -0,095 MPa; mova o extensor de cadeia para uma porta de alimentação posterior; reduza a temperatura do tanque

19. Serviço e suporte

Uma extrusora de devolatilização com dois parafusos configurada para trabalhos de reciclagem é um ativo de longa vida útil, e sua economia depende tanto do suporte quanto da especificação inicial. A Kerke, uma fábrica da Wanplas, estrutura seu serviço em torno dos compromissos do grupo Wanplas e das realidades específicas da mistura de resíduos, onde as matérias-primas mudam constantemente e as fórmulas precisam ser revisadas periodicamente.

Antes do envio

Cada máquina é montada e testada antes de sair da fábrica. Para configurações de compósitos reciclados, os engenheiros da Kerke verificam a montagem das engrenagens em relação ao desenho de configuração acordado, executam o sistema de vácuo para confirmar que atinge o nível especificado, verificam a calibração do alimentador em toda a faixa de dosagem pretendida e executam um teste de funcionamento para confirmar as funções de acionamento, aquecimento, refrigeração e controle. Quando um cliente fornece matéria-prima representativa com antecedência, é realizado um teste com o material real, de modo que a máquina seja enviada com uma janela de processo validada em vez de uma genérica.

Instalação, comissionamento e formação

A Kerke oferece suporte à instalação e comissionamento, seja no local ou através de comissionamento remoto guiado. A formação do operador abrange a montagem e desmontagem de parafusos, a identificação de elementos e a lógica de configuração, a operação e manutenção do sistema de vácuo, a operação do trocador de tela, a calibração do alimentador, a gestão de receitas no sistema de controle e os procedimentos de segurança para equipamentos de fusão a alta temperatura e rotativos. Para trabalhos de reciclagem, a formação coloca particular ênfase no modo de ler as tendências de torque, pressão de fusão e vácuo como alertas antecipados de uma mudança na matéria-prima.

Peças de reposição e garantia

A política de peças de reposição do grupo Wanplas oferece peças gratuitas no valor de US$ 500 por ano, com substituição gratuita de peças que falhem durante o período de garantia. Para linhas de mistura recicladas, a lista de peças recomendada é curta e específica: um conjunto de elementos de parafuso propensos a desgaste das zonas de alimentação e de mistura secundárias do sistema de enchimento, pacotes de telas de substituição na faixa de malha de operação, selos de bombas de vácuo e filtros de água de vedação, lâminas de granulador e termopares. Manter esses itens localmente converte as paradas mais comuns, que ocorrem durante vários dias, em paradas de uma única jornada.

Suporte remoto e visitas à fábrica

As máquinas especificadas com sistemas de controle de registro de dados podem ser suportadas remotamente, com os engenheiros da Kerke analisando os dados de tendência de torque, temperatura, pressão e vácuo para diagnosticar a deriva do processo sem a necessidade de viagens. A política de fábrica aberta da Wanplas se aplica à base de fabricação de 19.997 metros quadrados da Kerke: clientes e potenciais clientes são bem-vindos para visitar, inspecionar máquinas em construção e testemunhar testes.

Desenvolvimento da fórmula e testes

O trabalho da fórmula sobre material reciclado é empírico. A Kerke mantém extrusoras de parafuso gêmeas de laboratório - as máquinas da classe KTE-16B e KTE-26B - especificamente para que a matéria-prima real de um cliente possa ser composta em pequena escala antes de uma máquina de produção ser configurada. A Wanplas pode organizar verificações de formulação em pequenas quantidades e testes em máquinas, de modo que a configuração do parafuso, a disposição das válvulas de ventilação e o pacote de aditivos sejam provados no material real, em vez de serem assumidos a partir de uma ficha técnica. Para um projeto de mistura reciclada, esta etapa de ensaio é a forma mais eficaz de evitar especificar uma máquina que tenha um único portão de ventilação ou quatro L:D a menos do que o material realmente precisa.

20. Perguntas frequentes

É possível que um extrusor de devolatilização de parafuso duplo elimine o odor do plástico reciclado sem aditivos?

Em larga medida, sim. Uma configuração correta de um layout de ventilação em duas etapas – uma ventilação atmosférica após a primeira zona de fusão, seguida de uma ventilação a vácuo a uma pressão de 0,085 a 0,095 MPa no último terço do cilindro – geralmente melhora a classificação de odor do VDA 270 em uma a uma e meia gradações, sem aditivos. A adição de desidratação a vapor pode aumentar esse valor para duas gradações em fluxos de embalagens pós-consumo altamente contaminados. Os aditivos adsorventes são usados apenas para fechar a última pequena lacuna, que é exatamente a sequência que mantém uma fórmula de modificação de plástico reciclado de baixo custo realmente barata.

Qual é o pacote mínimo de aditivos para uma fórmula de PP reciclado de baixo custo?

Uma receita de polipropileno reciclado requer apenas três coisas: um antioxidante primário de fenol impedido em quantidades de 0,10 a 0,15 partes, um antioxidante secundário de fosfito em quantidades de 0,10 a 0,15 partes e um lubrificante em quantidades de 0,15 a 0,25 partes. O enchimento é adicionado para aumentar a rigidez e diluir os custos, não para estabilizar o material. O modificador de impacto e o compatibilizador devem ser incluídos na receita apenas quando o objetivo de impacto com marcação excede o que a reciclagem base fornece por si só, o que será informado na ficha de caracterização recebida antes de você gastar qualquer coisa.

Quanta viscosidade intrínseca um estabilizador de cadeia pode recuperar em PET reciclado?

Com a cristalização correta a 130 a 150 graus Celsius, secagem a 160 a 170 graus Celsius durante 4 a 6 horas até um ponto de umidade de menos 40 graus Celsius e devolatilização a alto vácuo a menos 0,090 a menos 0,098 MPa, um estabilizador de cadeia de oligomero de estireno-ácrico funcional epóxico, em 0,3 a 0,8 partes, normalmente aumenta a viscosidade intrínseca de cerca de 0,58 dL/g para 0,70 a 0,78 dL/g. Essa faixa abrange aplicações de compósitos para chapas, bandejas termoformadas, cinta e engenharia. O grau de embalagem acima de 0,80 dL/g requer policondeção em estado sólido e não pode ser alcançado apenas por extensão da cadeia por extrusão.

Qual modelo Kerke KTE se adequa a uma mistura de PP reciclado de grau de injeção de 500 kg/h?

Um KTE-65B processa de 300 a 700 kg/h de polipropileno reciclado preenchido e é a escolha econômica; um KTE-75D processa de 500 a 1100 kg/h e deixa espaço para crescimento futuro. Ambos devem ser especificados com um tanque de 48 L:D, uma válvula de vácuo e uma de atmosfera, um alimentador lateral de dois parafusos para talco, alimentação gravimétrica nas linhas principal e aditiva e um trocador de tela de dois pistões. A extensão extra do tanque é o que permite que ambas as válvulas e o alimentador lateral coexistam sem encurtar as zonas de mistura.

Por que aparecem manchas pretas em pellets compostos reciclados e como elas são eliminadas?

Os pontos pretos têm três fontes: fusão carbonizada que fica nas zonas mortas dentro da máquina, material degradado que circula em espaços dilatados nos elementos de parafuso desgastados ou nas camadas do tambor, e contaminação sólida que chega junto com a matéria-prima. Os remédios correspondentes são três: geometria de parafuso auto-limpante com um caminho de fusão aerodinâmico e sem cavidades, medição programada do desgaste com a substituição oportuna dos elementos e das camadas, e filtragem de fusão especificada adequadamente com um intervalo disciplinado de troca de tela. A adição de telas mais finas por si só não resolverá um problema cuja origem está dentro do tambor.

Adicionar mais enchimento sempre reduz o custo de um composto reciclado?

Não, e esta é a concepção mais cara do negócio. Até cerca de 20 a 25 partes de talco ou carbonato de cálcio ativado, o índice do material diminui, enquanto as propriedades permanecem aceitáveis. A partir de cerca de 30 partes, a resistência ao impacto e à linha de solda diminui drasticamente, a qualidade da superfície piora e o composto começa a falhar na máquina de moldagem do cliente. O custo de rejeição aumenta então mais rapidamente do que o índice material cai, pelo que o custo real por quilograma aceito aumenta. O nível de enchimento ideal é sempre aquele que atende às especificações mecânicas com um pequeno margem, e não o máximo que a mistura fundida pode suportar.

Deve o enchimento ser adicionado na câmara principal ou através de um alimentador lateral?

Através de um alimentador lateral, abaixo da primeira zona de fundição, em praticamente todos os casos acima de cerca de 10 partes de carga. A alimentação de enchimento mineral na câmara de carga principal significa que o enchimento passa por toda a seção de fundição, onde abrasa os elementos de parafuso e o revestimento do tambor, absorve a energia de cisalhamento que deveria ser polímero fundido e interrompe a condução dos sólidos com que a folha reciclada de baixa densidade já luta. A alimentação lateral para uma zona carente após a fundição proporciona uma melhor dispersão a uma menor tensão de cisalhamento e estende dramaticamente a vida útil dos componentes.

Quanto pode ser reduzido o consumo específico de energia em uma linha de mistura reciclada?

De forma realista, uma linha que consome 0,24 kWh/kg em polipropileno reciclado pode geralmente ser reduzida para 0,17 a 0,20 kWh/kg através de três alterações: substituir blocos agressivos de amassamento de 90 graus e inverso por um maior número de elementos de 45 graus e dentes, reduzir os pontos de ajuste do tambor em 10 a 15 graus Celsius, uma vez que o aquecimento por cisalhamento é reduzido, e estabilizar a alimentação para que a unidade de acionamento não acelere repetidamente contra os surtos. As mesmas três alterações reduzem a degradação, melhoram a qualidade do odor e prolongam a vida útil da engrenagem, razão pela qual a plastificação suave é o tema recorrente deste guia.

21. Conclusão

Uma fórmula de modificação de plástico reciclado de baixo custo para um extrusor de devolatilização com dois parafusos é construída em uma ordem específica, e a ordem é mais importante do que qualquer ingrediente individual. Em primeiro lugar, caracterize a matéria-prima para que as decisões sejam tomadas com base em dados, e não em garantias. Em segundo lugar, remova a fusão com um sistema de ventilação em duas etapas bem projetado – ventilação atmosférica para a carga de vapor, vácuo profundo a -0,085 a -0,095 MPa para o resíduo de baixo peso molecular e remoção por vapor quando a especificação de odor o exige. Em terceiro lugar, dose o pacote de aditivos mais pequeno que atenda à especificação, começando com o par de antioxidantes e o lubrificante que sempre se pagam e descendo a classificação de custo-benefício apenas até onde a exigência o forçar. Em quarto lugar, proteja a consistência com alimentação gravimétrica, filtração adequada da fusão, monitoramento em linha e um silo homogeneizador.

As receitas nesta guia – três níveis para polipropileno reciclado, três graus de aplicação para polietileno de alta densidade reciclado, três rotas de viscosidade intrínseca para poliéster reciclado e uma fórmula de poliolefina misturada – são pontos de partida calibrados para janelas de produção reais. Elas assumem um barril longo o suficiente para conter duas válvulas de ventilação e um alimentador lateral, um parafuso configurado para plastificação suave em vez de corte máximo e um sistema de alimentação preciso o suficiente para que uma fórmula escrita com uma décima de parte realmente chegue à mistura dessa forma. Sem essa base de hardware, as mesmas receitas apresentarão desempenho inferior e os níveis de aditivos necessários para compensar eliminarão completamente a vantagem de custo.

A fábrica Wanplas de Kerke, com mais de doze anos de especialização em extrusoras de mistura paralelas com dois parafusos co-rotantes, uma base de fabricação de 19.997 metros quadrados, mais de 2.000 máquinas em serviço em mais de 70 países e uma equipe técnica de mais de 100 pessoas, configura máquinas da série KTE, desde a unidade de laboratório KTE-16B até a máquina de produção KTE-135D, especificamente para esta classe de trabalho. A comprimento do tambor, a disposição das ventilações, a configuração dos parafusos, a precisão de alimentação e a tecnologia de filtração são especificados em função do material e das especificações do produto, e não em relação a uma configuração padrão do catálogo.

Se você está planejando uma linha de mistura reciclada ou tentando resolver um problema de consistência de lote em uma linha existente, envie os detalhes que são importantes: o tipo de matéria-prima e seus dados de caracterização típicos, as propriedades e a classificação de odor desejadas, a produção necessária e a aplicação final. Os engenheiros de aplicação da Kerke propõem uma configuração da máquina, um layout de parafusos e um nível de fórmula adequados ao brief, e a Wanplas pode organizar a verificação da fórmula em pequenas quantidades e uma prova piloto no seu material real antes de qualquer compromisso. Visitas à fábricas são bem-vindas, e testemunhar um ensaio em seu próprio material de entrada continua sendo a maneira mais confiável de confirmar que uma configuração fará o que a especificação diz que fará.

Video of Kerke’s Twin Screw Extruder and Other Machines

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