A configuração de uma linha de produção de compostos de plástico biodegradável com dois parafusos requer uma lista de equipamentos meticulosamente planejada que abrange todas as etapas, desde a manipulação de matérias-primas até o embalamento de pellets acabados. Resinas biodegradáveis, como PLA, PBAT, PBS e misturas à base de amido, comportam-se de forma diferente das poliolefinas convencionais: são higroscópicas, sensíveis ao calor e propensas à degradação hidrolítica. Cada peça de equipamento na linha deve ser selecionada tendo em conta estas características dos materiais. A Kerke, uma fábrica da Wanplas com mais de 12 anos de experiência especializada em extrusoras de compósitos com dois parafusos, instalou mais de 2.000 máquinas em mais de 70 países e opera uma instalação de fabricação de 19.997 metros quadrados. Como fornecedor reconhecido entre os 5 melhores na China para extrusoras de dois parafusos, a Kerke traz profundo conhecimento técnico para o projeto de linhas de produção de compostos biodegradáveis. Este artigo fornece uma lista completa, item por item, de equipamentos que abrange todos os componentes necessários para construir uma linha de produção de compostos de plástico biodegradável com dois parafusos, desde silos de armazenamento e secadores de desumidificação até extrusoras de dois parafusos, sistemas de pelotização, transportadores de refrigeração e instrumentos de controle de qualidade. Seja planejando uma linha piloto de 500 kg/h ou uma instalação de produção em escala industrial de 2.000 kg/h, este guia o leva por cada máquina, especificação e critério de seleção de que você precisa.
1. Visão geral da arquitetura da linha de produção
A linha de produção de composto de plástico biodegradável com dois parafusos é um sistema integrado de etapas de equipamento interconectadas que transformam pellets de resina bruta, pós e aditivos em pellets compostos uniformes e de alta qualidade, prontos para conversão downstream. A arquitetura segue um fluxo de processo linear, mas cada etapa incorpora características de projeto específicas para acomodar a sensibilidade térmica e reológica dos polímeros biodegradáveis. Entender o fluxo de processo completo é essencial antes de se aprofundar nas especificações individuais dos equipamentos.
A linha de produção começa com a recepção e armazenamento da matéria-prima, onde a resina recebida é descarregada, inspecionada e transferida para silos ou contentores herméticos de armazenamento. A partir do armazenamento, o material é transportado para sistemas de secagem que reduzem a umidade a níveis seguros para a extrusão. O material seco é então medido através de sistemas de alimentação de precisão no extrusor de dois parafusos, onde ocorrem a fusão, a mistura, a devolatilização e as reações químicas. A mistura passa por um trocador de tela para filtração, depois entra no sistema de granulagem, onde é cortada em grânulos, resfriada e transportada para o armazenamento do produto final.
A tabela a seguir resume as sete principais etapas de equipamento e suas funções principais:
| Etapa | Grupo de equipamentos | Função principal | Importante para os plásticos biodegradáveis, porque |
|---|---|---|---|
| 1 | Armazenamento e recepção de matérias-primas | Armazenar resina, aditivos e enchimentos | Proteção contra umidade; as resinas biodegradáveis são higroscópicas |
| 2 | Secagem e desumidificação | Reduza o teor de umidade a limites seguros | Degradação hidrolítica a temperaturas de extrusão |
| 3 | Doseamento e alimentação de precisão | Misturar resina, enchimentos e aditivos com precisão | A precisão da formulação determina as propriedades finais |
| 4 | Extrusor com dois parafusos (núcleo) | Derreter, misturar, dispersar, devolatilizar | A cisalhamento controlado e o tempo de permanência evitam a degradação térmica |
| 5 | Filtragem de fusão | Remova os contaminantes da fusão | Os contaminantes causam defeitos nos produtos biodegradáveis de parede fina |
| 6 | Pelletização e corte | Formas de pellets uniformes | A geometria dos pellets afeta a alimentação e o processamento subsequentes |
| 7 | Refrigeração, transporte, armazenamento | Pellets frios, transportar, embalar | O controle da temperatura do pellet evita a formação de grumos e a absorção de umidade |
Cada etapa deve ser especificada em conjunto com as outras. Por exemplo, o superexposição do extrusor enquanto se reduz o tamanho do sistema de alimentação pode levar a uma qualidade da mistura inconsistente e a variações na formulação. A redução do tamanho do sistema de secagem em relação à capacidade de produção do extrusor garante defeitos relacionados com a umidade. A lista de equipamentos nas seções seguintes aborda cada etapa com recomendações de modelos específicos, parâmetros técnicos e critérios de seleção.
2. Equipamentos de recepção, armazenamento e secagem de matérias-primas
A primeira categoria de equipamento em qualquer linha de produção de compostos biodegradáveis trata da recepção, armazenamento e secagem da matéria-prima. As resinas biodegradáveis, particularmente a PLA e a PBS, absorvem a umidade atmosférica de forma agressiva. O processamento desses materiais sem uma secagem adequada resulta em cisão da cadeia hidrolítica, perda de peso molecular, redução das propriedades mecânicas e defeitos visíveis, como espuma, manchas de prata e descoloração nos grânulos finais. A lista de equipamentos de armazenamento e secagem deve, portanto, ser projetada com o controle da umidade como objetivo principal de engenharia.
2.1 Silos e contentores de armazenamento
O armazenamento de matérias-primas começa com silos ou contentores herméticos e à prova de umidade, construídos em aço inoxidável ou polietileno de qualidade alimentar. Para uma linha de produção de escala média típica que processa 1.000 kg/h, recomenda-se um mínimo de três silos de armazenamento: um para a resina primária (PLA, PBAT ou PBS), um para preenchimentos ou materiais de reforço (talco, carbonato de cálcio, amido) e um para misturas de aditivos ou aditivos em pó. Cada silo deve estar equipado com uma conexão de ventilação desidratante ou de purga de nitrogênio para manter uma atmosfera interna seca.
A capacidade do silo deve fornecer pelo menos 48 horas de buffer de produção. Para uma linha de 1.000 kg/h, cada silo primário de resina deve ter capacidade para 20 a 25 toneladas. Os silos devem incluir sensores de nível (capacitivos ou de radar) para monitoramento do estoque e cones de descarga na parte inferior com uma inclinação mínima de 60 graus, para garantir a descarga de material que flui livremente sem formação de pontes, o que é um problema comum com pós à base de amido.
2.2 Secadores desumidificadores
Os secadores desumidificadores são os equipamentos mais críticos nesta etapa. Ao contrário dos secadores de ar quente convencionais, os secadores desumidificadores utilizam um circuito de ar em circuito fechado que passa por um leito dessecante (geralmente um filtro molecular) para alcançar pontos de orvalho de -40 graus Celsius ou inferior. Este ar ultra-seco é aquecido e circulado através do leito de resina, eliminando a umidade da matriz polimérica de forma eficaz.
A capacidade de secagem deve corresponder à capacidade de processamento da extrusora. Para resinas biodegradáveis, os seguintes objetivos de umidade devem ser alcançados antes de o material entrar no sistema de alimentação:
| Material | Conteúdo máximo de umidade (ppm) | Temperatura de secagem necessária (graus Celsius) | Tempo mínimo de secagem (horas) |
|---|---|---|---|
| PLA | 250 | 80 a 90 | 4 a 6 |
| PBAT | 500 | 70 a 80 | 3 a 4 |
| PBS | 300 | 80 a 90 | 4 a 5 |
| PHA | 200 | 60 a 70 | 4 a 6 |
| Misturas à base de amido | 1000 | 50 a 60 | 3 a 4 |
| Aditivo de talco (pó) | 500 | 100 a 120 | 2 a 3 |
Para uma linha de compósito de PLA com capacidade de 1.000 kg/h, é necessário um secador desumidificador com capacidade mínima de 4.000 kg, para garantir o fornecimento contínuo de material durante o ciclo de secagem de 4 a 6 horas. O secador deve incluir um sistema de ar em circuito fechado com uma cama desidratante regenerativa, um aquecedor de ar de processo com controle de temperatura PID e uma câmara de secagem isolada para minimizar as perdas de calor. A taxa de fluxo de ar deve ser calibrada para 1,2 a 1,5 metros cúbicos por minuto por quilograma de material na câmara.
2.3 Transportadores a vácuo e manuseamento de materiais
A transfer de material entre silos, secadores e alimentadores deve ser realizada sem reintroduzir umidade. Os sistemas de transporte a vácuo são preferidos aos elevadores de correia aberta ou de cubo, pois operam em tubulações seladas que podem ser purgadas com ar seco. Um sistema típico de transportador a vácuo inclui uma bomba a vácuo (ventilador de canal lateral ou bomba de garras), tubos de transferência em aço inoxidável com superfícies internas lisas, uma câmara de recepção com um conjunto de filtros e uma válvula de descarga. Para materiais em pó biodegradáveis, como amido ou carbonato de cálcio, o transportador deve incluir um filtro sinterizado em aço inoxidável com uma função de pulso de jato automático de limpeza para evitar a acumulação de pó e bloqueios.
A velocidade de transporte deve ser de 1,5 a 2 vezes a capacidade do extrusor, para permitir ciclos de transferência de lote sem deixar os alimentadores posteriores sem material. Por exemplo, um extrusor de 1.000 kg/h requer um transportador a vácuo com capacidade de 1.500 a 2.000 kg/h. O diâmetro das tubulações deve ser de 60 a 90 mm para resinas em grânulos e de 90 a 120 mm para materiais em pó, para evitar a formação de pontes e interrupções no fluxo.
3. Sistemas de dosagem e alimentação de precisão
Os sistemas de dosagem e alimentação de precisão determinam a precisão da formulação do composto biodegradável final. As formulações biodegradáveis geralmente contêm 50 a 85% de resina base, 10 a 30% de enchimento ou reforço, 1 a 5% de compatibilizador e 0,5 a 3% de vários aditivos, incluindo lubrificantes, antioxidantes e masterbatch de cor. Mesmo pequenas desviações nas proporções dos aditivos podem afetar significativamente as propriedades mecânicas, a taxa de degradação e o comportamento de processamento do composto final. O sistema de alimentação deve, portanto, fornecer um fluxo de material consistente, preciso e repetível para a garganta de alimentação do extrusor.
A Kerke oferece cinco tipos de sistemas de alimentação, cada um adequado a diferentes tipos de materiais e requisitos de formulação:
3.1 Alimentadores de perda de peso
Os alimentadores de perda de peso (LIW) são o padrão de ouro para linhas de mistura biodegradáveis. Estes alimentadores operam segundo um princípio gravimétrico: todo o conjunto do alimentador está montado em uma célula de carga de alta precisão que mede continuamente a perda de peso à medida que o material é dispensado. Um sistema de controle em loop fechado ajusta a velocidade do parafuso do alimentador para manter a taxa de alimentação alvo dentro de uma precisão de +/- 0,5%. Para formulações biodegradáveis que exigem dosagem precisa de aditivos, os alimentadores de perda de peso são obrigatórios.
Uma configuração típica de alimentador LIW para uma linha de 1.000 kg/h inclui uma câmara de 50 litros, um mecanismo de alimentação com dois parafusos em rotação conjunta (para pós e pellets), uma célula de carga de 3 kg com resolução de 0,05%, e um sistema de reabastecimento que automaticamente enche a câmara sem interromper o ciclo de alimentação. Para a alimentação principal da resina, recomenda-se um alimentador LIW maior, com uma câmara de 150 litros e um mecanismo de alimentação com um parafuso único. Para aditivos líquidos, como plastificantes ou agentes de reticulação, utiliza-se um alimentador LIW líquido com uma cabeça de dosagem de bomba de engrenagem.
3.2 Alimentadores volumétricos
Os alimentadores volumétricos dispensam material em um volume fixo por unidade de tempo, calibrado em relação a uma densidade volumétrica conhecida. Embora menos precisos do que os alimentadores LIW (+/- 2 a 3 por cento de precisão típica), são adequados para materiais com densidade volumétrica consistente e para aplicações em que uma pequena variação da formulação é aceitável. Nas linhas de mistura biodegradáveis, os alimentadores volumétricos são normalmente utilizados para a corrente primária de resina, onde o material é granulado e possui uma densidade volumétrica estável.
3.3 Alimentadores laterais
O equipamento de alimentação lateral, também conhecido como alimentadores de parafuso duplo, introduz materiais no lado do tambor do extrusor, em vez de através da garganta de alimentação principal. Esta configuração é essencial para a introdução de preenchimentos, como talco, carbonato de cálcio, fibra de vidro ou pó de amido, na corrente fundida. Ao introduzir preenchimentos para baixo no fluxo de polímero já fundido, os alimentadores laterais melhoram a umectação e a dispersão, ao mesmo tempo que reduzem a formação de pó e o bloqueio da garganta de alimentação. Para compostos biodegradáveis que contêm de 20 a 40 por cento de preenchimento mineral, geralmente é necessário um alimentador lateral com capacidade de 200 a 400 kg/h.
3.4 Alimentadores Crammer
Os alimentadores Crammer são projetados para materiais de baixa densidade volumétrica, como espuma de amido, flocos de filme biodegradável ou misturas de pó de baixo peso. Estes alimentadores utilizam uma geometria de parafuso conico com um eixo Crammer que compacta o material antes de ele entrar na garganta de alimentação do extrusor. Para linhas que processam filme biodegradável reciclado ou pré-misturas à base de amido, um alimentador Crammer aumenta a densidade de alimentação efetiva em 2 a 3 vezes, permitindo que o extrusor atinja a capacidade nominal.
3.5 Sistemas de alimentação de líquidos
Os sistemas de alimentação líquida são utilizados para injetar aditivos líquidos, como plastificantes, agentes de ligação ou corantes líquidos, diretamente no tambor do extrusor. Um sistema de alimentação líquida inclui uma bomba de dosagem de precisão (bomba de engrenagem ou bomba de pistão), um tanque de armazenamento em aço inoxidável com agitação, uma linha de alimentação aquecida para manter a viscosidade do líquido e uma bocal de injeção montado no tambor do extrusor. Para compostos biodegradáveis que exigem a adição de plastificantes líquidos de 2 a 5%, um alimentador líquido com capacidade de 0,5 a 5 kg/h e precisão de +/- 1% é adequado.
| Tipo de alimentador | Material mais adequado | Precisão típica | Intervalo de capacidade (kg/h) | Posição recomendada na linha |
|---|---|---|---|---|
| Alimentador de perda de peso | Aditivos, masterbatch, resina | +/- 0.5% | 0,5 a 800 | Ventrilho de alimentação principal e portas de alimentação laterais |
| Alimentador volumétrico | Resina em granulado com densidade volumétrica estável | +/- 2 a 3% | 10 a 1000 | Garra principal do alimentador |
| Alimentador lateral (duplo-engrenagem) | Aditivos em pó, fibra de vidro, amido | +/- 1 a 2% | 50 a 500 | Abertura do cilindro posterior, zona 3 a 5 |
| Alimentador de engrenagem | Flocos de baixa densidade volumétrica, película, espuma | +/- 2% | 50 a 600 | Garra principal do alimentador |
| Alimentador de líquido | Plasticizantes líquidos, agentes de ligação | +/- 1% | 0,1 a 20 | Porto de injeção do cilindro posterior |
4. Extrusor com dois parafusos co-rotativos - Unidade de compósito do núcleo
O extrusor de dois eixos co-rotativos é o coração da linha de produção de compostos biodegradáveis. Ao contrário dos extrusores de um eixo, que se baseiam no fluxo de arrasto para o transporte do material, os extrusores de dois eixos co-rotativos utilizam elementos de eixo que se interligam, criando deslocamento positivo, ação de limpeza automática e mistura controlada por cisalhamento. Isto os torna ideais para polímeros biodegradáveis que exigem uma mistura distribuidora e dispersiva completa, sem exposição térmica excessiva. O design modular do eixo e do cilindro permite a personalização do caminho de processamento para formulações biodegradáveis específicas.
A série de extrusores paralelos co-rotativos KTE da Kerke varia de KTE-16B (escala de laboratório) a KTE-135D (escala industrial de alta capacidade). Para a compilação biodegradável, os modelos KTE-95D e KTE-135D são os mais comumente selecionados. A seguinte tabela de especificações detalha o KTE-95D, um extrusor versátil de médio porte, adequado para linhas de produção com capacidade de 500 a 1.000 kg/h:
| Especificações do Kerke KTE-95D Extrusor de dois eixos co-rotativos | |
|---|---|
| Diâmetro do eixo | 95 mm |
| Relação L/D | 40:1 a 48:1 (modular, configurável) |
| Intervalo de velocidade da roda | 50 a 600 rpm |
| Potência do motor | 250 kW (standard), 315 kW (opção de alta torque) |
| Classificação de torque | 1,8 a 2,0 Nm/cm3 (cambio de alta torque) |
| Zonas de barril | 10 a 12 zonas, cada uma com controle de temperatura independente |
| Aquecimento do tanque | Caldeiras de alumínio, de 6 a 9 kW por zona |
| Refrigeração do tanque | Canais de refrigeração interna por água, controle de válvulas proporcional por zona |
| Número de portas de ventilação | 2 a 4 (configurações de ventilação natural e de vácuo) |
| Taxa de transferência (composto PLA/PBAT) | 600 a 1.200 kg/h (depende da formulação) |
| Configuração de alimentação | Alimentação principal + 2 portas de alimentação laterais + 1 porta de injeção de líquido |
| Material do revestimento do barril | Bimetálica, liga resistente ao desgaste (HRC 60 a 65) |
| Material do elemento de parafuso | Aço de ferramentas de alta velocidade W6Mo5Cr4V2, superfície nitrida |
| Sistema de controle | PLC Siemens com HMI táctil de 15 polegadas, controle de temperatura em loop fechado |
| Sistema de vácuo | Bomba de vácuo com anel de água, vácuo final de 0,08 a 0,1 MPa |
4.1 Projeto de parafusos para plásticos biodegradáveis
A configuração do parafuso é o fator mais importante que determina a qualidade da mistura e a exposição térmica em um extrusor de dois parafusos. A Kerke projeta cada conjunto de parafusos usando software de engenharia assistida por computador, selecionando entre uma gama completa de elementos de transporte, blocos de amassamento, elementos reversos e anéis de mistura. Para compostos biodegradáveis, a disposição dos parafusos geralmente segue esta arquitetura:
- Zona de alimentação e transporte (L/D 4 a 8): Elementos de transporte com voo profundo transportam o material da garganta de alimentação para o tambor, com o mínimo de cisalhamento, evitando o derretimento prematuro ou a formação de pontes.
- Zona de fundição e mistura inicial (L/D 8 a 16): Elementos de transporte de passo estreito, seguidos por blocos de amassamento de 30 e 60 graus, iniciam a fundição e começam a mistura distributiva. Esta zona deve aplicar uma força de corte suficiente para derreter a resina, sem causar degradação térmica.
- Alimentação lateral e zona de dispersão (L/D de 16 a 24): Uma porta de ventilação precede a abertura de alimentação lateral. Após a introdução do enchimento, blocos de amassamento de 90 graus e elementos de mistura especiais proporcionam uma mistura dispersiva para desintegrar os aglomerados do enchimento.
- Zona de devolatilização (L/D 24 a 32): Um elemento de transporte reverso cria um selo de fusão antes da válvula de vácuo, impedindo o fluxo da válvula. A seção de ventilação utiliza elementos de transporte com voo profundo para maximizar a área de superfície para a remoção de compostos voláteis.
- Zona de mistura final e dosagem (L/D 32 a 40+): Blocos de amassamento adicionais garantem a homogeneização, seguidos por elementos de transporte que criam pressão para o sistema de matriz e de pelotização.
4.2 Controle de temperatura do tambor
Um controle preciso da temperatura do tambor é crítico para o processamento de polímeros biodegradáveis. A PLA, por exemplo, possui uma janela de processamento estreita de 170 a 200 graus Celsius. Exceder 210 graus Celsius causa rápida degradação térmica e descoloração. Cada zona do tambor no KTE-95D possui controle de temperatura PID independente com aquecedores de alumínio fundido que fornecem aquecimento e canais de refrigeração interna que fornecem refrigeração ativa. A precisão de controle de temperatura é de +/- 1 grau Celsius em estado estacionário. Este nível de controle evita pontos quentes localizados que poderiam desencadear a degradação térmica de polímeros biodegradáveis sensíveis ao calor.
4.3 Sistema de vácuo e devolatilização
A compilação biodegradável gera significativos voláteis, incluindo umidade residual, monômeros e subprodutos de degradação. O KTE-95D está equipado com um sistema de devolatilização a vácuo que possui uma bomba de vácuo com anel de água capaz de alcançar o vácuo final de 0,08 a 0,1 MPa. A porta de vácuo está posicionada na zona de devolatilização e inclui um inserto de ventilação projetado para evitar o entupimento do material. Um sistema de coleta de condensado captura os voláteis extraídos, impedindo que entrem na bomba de vácuo. Para formulações com alto teor de voláteis, um sistema de vácuo em duas etapas com uma bomba de apoio e uma bomba de raízes pode ser especificado.
5. Sistemas de filtração por fusão e de troca de tela
A filtração de fusão remove impurezas como resíduos, partículas de gel reticulado, fragmentos de metal e matérias estranhas da mistura de polímero antes que ela chegue à matriz de pelotização. Na produção de compostos biodegradáveis, a filtração é particularmente importante porque as impurezas causam defeitos em produtos de parede fina, como filmes biodegradáveis, recipientes de embalagem alimentícia e filme de cobertura agrícola. Mesmo pequenas partículas de gel podem criar pontos fracos em filmes biodegradáveis, causando falha prematura durante o uso.
5.1 Tipos de trocador de tela
Dois tipos principais de trocadores de tela são utilizados em linhas de mistura biodegradáveis: trocadores de tela com deslizamento manual e trocadores de tela contínuos (também chamados de "back-flush" ou "dobro-piston"). Os trocadores de tela com deslizamento manual exigem uma breve interrupção da produção para trocar a tela de filtro, o que os torna adequados para linhas menores ou formulações com níveis baixos de contaminação. Os trocadores de tela contínuos utilizam um design de dupla cavidade que permite a troca da tela sem interromper a extrusora, mantendo o fluxo e a pressão da mistura constantes.
Para linhas biodegradáveis que operam a uma velocidade de 500 kg/h ou superior, é altamente recomendado o uso de um trocador de tela contínuo. A interrupção necessária para uma troca manual de tela provoca um pico de pressão que pode danificar as cadeias de polímeros biodegradáveis devido ao cisalhamento excessivo. Além disso, o reinício após uma troca de tela produz pellets fora dos parâmetros especificados que devem ser segregados e reprocessados, reduzindo assim a produção total.
5.2 Seleção da malha de filtro
A seleção da malha da tela de filtro depende do tamanho do contaminante a ser removido e da queda de pressão aceitável. Para compostos biodegradáveis destinados a aplicações em película, uma faixa de malha de 80 a 120 (180 a 125 microns) é típica. Para compostos de grau para moldagem por injeção, 40 a 80 malhas (425 a 180 microns) geralmente são suficientes. Uma malha mais fina proporciona uma melhor filtração, mas aumenta a queda de pressão e requer mudanças de tela mais frequentes. A configuração do pacote de tela geralmente utiliza uma disposição em camadas: uma tela de suporte grossa (20 a 40 malhas) que suporta uma tela de filtração fina (80 a 120 malhas), mantida no lugar por uma placa de quebra.
Para compostos que contêm elevadas cargas de enchimento ou conteúdo reciclado biodegradável, recomenda-se um trocador de tela de enxágue automático. Este sistema periodicamente inverte uma pequena parte do fluxo de fusão através do filtro para limpar a superfície da tela, prolongando a vida útil da tela de horas para dias e reduzindo o tempo de inatividade para trocas de tela.
5.3 Integração da bomba de fusão
A bomba de fusão (bomba de engrenagem) instalada entre o trocador de tela e a matriz de granulagem estabiliza a pressão e a velocidade de fluxo da fusão, o que é crítico para a produção de pellets uniformes. A bomba de fusão absorve as flutuações de pressão da extrusora e fornece uma saída de volume constante para a matriz. Para linhas de compósitos biodegradáveis, é recomendada uma bomba de fusão com dentes de engrenagem endurecidos, carcaça aquecida e um circuito de feedback com transdutor de pressão. A bomba deve ser dimensionada para lidar com 1,2 a 1,5 vezes a taxa máxima de produção da extrusora, para permitir uma futura expansão da capacidade.
6. Sistemas de pelletização e corte
O sistema de granulagem converte o fio de fusão contínuo que sai da matriz do extrusor em grânulos uniformes. A escolha do método de granulagem afeta significativamente a forma dos grânulos, a uniformidade de tamanho, a densidade aparente e o comportamento do processo downstream. Para plásticos biodegradáveis, a qualidade dos grânulos é especialmente importante, pois grânulos irregulares ou com caudas causam problemas de alimentação em máquinas de moldagem por injeção e extrusoras de filme. A Kerke oferece seis configurações de sistemas de granulagem, cada uma adequada a diferentes materiais, taxas de produção e requisitos de qualidade dos grânulos.
Para a produção de compostos biodegradáveis de alta capacidade, o extrusor KTE-135D combinado com um sistema de granulação submerso é a configuração mais comum. A tabela de especificações a seguir detalha o KTE-135D:
| Especificações do extrusor duplo de parafusos rotativos Kerke KTE-135D | |
|---|---|
| Diâmetro do eixo | 135 mm |
| Relação L/D | 40:1 a 48:1 (modular, configurável) |
| Intervalo de velocidade da roda | 50 a 500 rpm |
| Potência do motor | 500 kW (padrão), 630 kW (opção de alta torque) |
| Classificação de torque | 1,8 a 2,0 Nm/cm3 (cambio de alta torque) |
| Zonas de barril | 12 a 14 zonas, cada uma com controle de temperatura independente |
| Aquecimento do tanque | Caldeiras de alumínio fundido, de 9 a 12 kW por zona |
| Refrigeração do tanque | Canais de refrigeração interna por água, controle de válvulas proporcional por zona |
| Número de portas de ventilação | 3 a 5 (configurações de ventilação natural e de vácuo) |
| Taxa de transferência (composto PLA/PBAT) | 1.200 a 2.500 kg/h (depende da formulação) |
| Configuração de alimentação | Alimentação principal + 3 portas de alimentação laterais + 2 portas de injeção de líquido |
| Material do revestimento do barril | Bimetálica, liga resistente ao desgaste (HRC 60 a 65) |
| Material do elemento de parafuso | Aço de ferramentas de alta velocidade W6Mo5Cr4V2, superfície nitrida |
| Sistema de controle | PLC Siemens com HMI táctil de 15 polegadas, controle de temperatura em loop fechado |
| Sistema de vácuo | Bomba de vácuo com anel de água, vácuo final de 0,08 a 0,1 MPa |
6.1 Comparação dos métodos de granulagem
A tabela a seguir compara os seis métodos de granulagem oferecidos pela Kerke, com aplicabilidade específica para compostos de plástico biodegradáveis:
| Método de granulagem | Forma do grânulo | Intervalo de rendimento (kg/h) | Qualidade do grânulo | Adequação para plásticos biodegradáveis | Custo relativo do equipamento |
|---|---|---|---|---|---|
| Pelletização de fios refrigerados a água | Cortes cilíndricas | 100 a 3.000 | Bom | Adequado para a maioria dos compostos de PLA e PBAT; método padrão | Baixo |
| Pelletização de fios refrigerados a ar | Cortes cilíndricas | 100 a 1.500 | Bom | Adequado para formulações sensíveis à umidade, onde o contato com a água é indesejável | Baixo |
| Cortes quentes na face do matriz com arrefecimento | Forma de lente | 100 a 800 | Moderado | Limitado a linhas de baixa capacidade e formulações específicas | Baixo |
| Anel de água para corte a quente | Spherical | 200 a 2.000 | Muito boa | Excelente para PLA e PBS; produz pellets redondos uniformes | Médio |
| Cortes quentes com névoa de água excêntrica | Quase esférico | 200 a 1.500 | Muito boa | Adequado para misturas biodegradáveis sensíveis ao calor | Médio |
| Pelletização subaquática | Spherical | 500 a 5.000+ | Excelente | Melhor escolha geral para linhas de compostos biodegradáveis de alta capacidade; pellets uniformes, superfície lisa | Alto |
6.2 Componentes do sistema de pelotização submersa
Para a produção de compostos biodegradáveis em escala industrial, o sistema de pelotização submersa é a configuração preferida. Neste sistema, o fio fundido é cortado na face da matriz debaixo d'água, e os pellets são imediatamente resfriados e transportados pelo fluxo de água para um secador centrífugo. Os componentes principais incluem uma placa de matriz aquecida com vários orifícios de pelotização, uma cabeça de corte com pressão de faca ajustável, uma câmara de água com água circulante controlada por temperatura, uma bomba de suspensão de pellets em água, um secador centrífugo e um sistema de tratamento de água.
A placa de matriz é aquecida para manter a temperatura do fio fundido na face da matriz, impedindo a solidificação prematura que poderia bloquear os orifícios da matriz. Para polímeros biodegradáveis, a temperatura da placa de matriz é normalmente ajustada para 5 a 10 graus Celsius acima do ponto de fusão do polímero. A cabeça de corte usa 4 a 8 facas feitas de carburo de tungstênio ou aço ferrífero, girando a 1.500 a 3.000 rpm, dependendo das exigências de tamanho dos pellets. O diâmetro dos pellets é determinado pelo diâmetro do orifício da matriz e geralmente é de 2,5 a 4,0 mm para compostos biodegradáveis. A comprimento dos pellets é controlado pela relação entre a velocidade da faca e a taxa de produção do extrusor.
6.3 Corte quente na face do anel de água
Para linhas biodegradáveis de capacidade média (200 a 2.000 kg/h), o sistema de corte quente na face do anel de água oferece um excelente equilíbrio entre a qualidade dos pellets e o custo do equipamento. Neste sistema, o fio fundido é cortado na face da matriz por uma faca rotativa, e os pellets são lançados para um anel de água de resfriamento que os resfria. Os pellets são esféricos com uma superfície lisa e o sistema requer menos espaço e menor investimento em capital do que um sistema de pelotização submersa. No entanto, o sistema de anel de água está limitado a taxas de produção mais baixas e pode produzir pellets maiores ou finos se a distância entre a faca e a matriz não for mantida com precisão.
7. Equipamentos de resfriamento, transporte e armazenamento de pellets
Após a pelotização, os pellets devem ser resfriados, secos, transportados e armazenados antes do empacotamento. O equipamento de resfriamento e transporte garante que os pellets atingam uma temperatura e um nível de umidade estáveis, adequados para armazenamento e processamento downstream. Um resfriamento inadequado leva ao agrupamento de pellets, à formação de pontes nos silos de armazenamento e à absorção de umidade, o que pode comprometer a qualidade dos compostos biodegradáveis.
7.1 Resfriadores de leito fluido vibratórios
Para sistemas de pelotização resfriados por ar, um resfriador de leito fluido vibratório é usado para reduzir a temperatura dos pellets após a corte. O resfriador consiste em uma plataforma perfurada vibratória através da qual é soprado ar ambiente ou refrigerado. Os pellets são transportados ao longo da plataforma pela vibração, enquanto são resfriados pela corrente de ar. Para pellets biodegradáveis, a temperatura de saída deve ser inferior a 40 graus Celsius para evitar o agrupamento. Um resfriador de leito fluido com 3 a 5 metros quadrados de área de plataforma pode manipular de 500 a 1.500 kg/h de pellets, dependendo da densidade volumétrica e capacidade térmica do composto.
7.2 Secadores centrífugos
Para sistemas de pelotização baseados em água (submersos e anel de água), um secador centrífugo remove a água da superfície dos pellets. O secador usa uma cesta rotativa com elevadores internos que lançam os pellets contra uma tela enquanto o ar é aspirado através do leito de pellets. Um secador centrífugo bem projetado reduz a umidade superficial dos pellets para abaixo de 0,1 por cento. Para pellets biodegradáveis, o secador deve incluir uma fonte de ar aquecida (40 a 60 graus Celsius) para fornecer secagem secundária suave e evitar a absorção de umidade durante o processo de secagem.
7.3 Sistemas de transporte de pellets
Os pellets secos e resfriados são transportados para armazenamento ou embalagem utilizando sistemas de transporte pneumático ou transportadores de correia. O transporte pneumático é preferido para pellets biodegradáveis, pois opera em tubulações fechadas, minimizando a absorção de umidade. O sistema de transporte deve utilizar transporte de fase densa de baixa velocidade (de 2 a 5 metros por segundo) em vez de transporte de fase diluída (de 15 a 25 metros por segundo), para evitar a atrito dos pellets e a formação de finos. Para uma linha de 1.000 kg/h, um transportador pneumático com diâmetro de tubulação de 50 mm e um alimentador de válvula rotativa é tipicamente especificado.
7.4 Armazenamento e embalagem de pellets acabados
Os pellets acabados são armazenados em silos selados ou diretamente embalados em sacos impermeáveis. Para armazenamento em grandes quantidades, silos de aço inoxidável com ventiladores desidratadores mantêm a secura dos pellets durante o armazenamento. Para o produto embalado em sacos, utiliza-se uma máquina de embalagem automática com um sistema de pesagem e selador a quente. Cada saco deve incluir um pacote desidratante e ser fabricado em material impermeável à umidade (como polipropileno tecido revestido de alumínio) para manter a qualidade dos pellets durante o transporte e o armazenamento. Para pellets biodegradáveis, o tempo de armazenamento deve ser minimizado e os silos devem ser purgados com nitrogênio seco para armazenamento a longo prazo superior a 30 dias.
8. Lista de verificação de equipamentos auxiliares e utilitários
Além do equipamento de produção primária, uma linha de produção de compostos biodegradáveis requer uma variedade de equipamentos auxiliares e de utilidade para suportar uma operação contínua e eficiente. Esses sistemas são frequentemente negligenciados durante o planejamento inicial do projeto, mas a sua ausência ou dimensionamento inadequado pode causar gargalos de produção, problemas de qualidade e paradas não programadas.
8.1 Mixador de alta velocidade
Um misturador de alta velocidade (também chamado de misturador de alta intensidade) é utilizado para a pré-mistura de componentes em pó antes da extrusão. Para compostos biodegradáveis, o misturador mistura o pó ou os pellets de resina base com enchimentos, aditivos e masterbatch de cor para criar uma pré-mistura homogênea que é consistentemente alimentada para o extrusor. Um misturador de alta velocidade típico para uma linha de 1.000 kg/h possui um volume de trabalho de 500 litros, um motor de 30 a 45 kW e opera a 500 a 1.500 rpm. O misturador deve incluir agitadores de alta e baixa velocidade para uma eficiência de mistura óptima e uma válvula de descarga compatível com o transporte pneumático.
8.2 Chiller de água
Os refrigeradores de água fornecem água refrigerada para o resfriamento de barris, a água de pelotização e o resfriamento posterior do secador. A capacidade de refrigeração deve considerar todas as cargas de resfriamento na linha. Para uma extrusora KTE-95D que opera a 800 kg/h, a exigência total de remoção de calor é de aproximadamente 120 a 150 kW, o que requer um refrigerador com pelo menos 180 kW de capacidade nominal (levando em conta as perdas de eficiência). Os refrigeradores devem ser especificados com um circuito de loop fechado, um trocador de calor de aço inoxidável e uma torre de resfriamento ou um condensador refrigerado a ar. Para linhas biodegradáveis, a estabilidade da temperatura da água de +/- 1 grau Celsius é importante para um controle consistente da temperatura dos barris.
8.3 Torre de refrigeração
A torre de resfriamento elimina o calor do condensador do refrigerador e de outros equipamentos refrigerados a água. Para uma linha de compostos biodegradáveis de 1.000 kg/h, normalmente é necessário uma torre de resfriamento com capacidade de eliminação de calor de 200 a 250 kW. A torre deve ser dimensionada para a temperatura da umidade ambiente local e deve incluir um sistema de tratamento de água para prevenir a formação de depósitos, corrosão e crescimento biológico no circuito de água de resfriamento.
8.4 Compressor de ar
O ar comprimido é necessário para a transportação pneumática, válvulas pneumáticas, cilindros operados a ar e ar para instrumentos. Uma linha de compósitos biodegradáveis geralmente requer 5 a 10 metros cúbicos por minuto de ar comprimido a 0,6 a 0,8 MPa. O compressor deve ser do tipo sem óleo para evitar a contaminação dos pellets biodegradáveis e deve incluir um secador de ar refrigerado e um filtro de partículas para fornecer ar limpo e seco.
Sistema de vácuo 8.5
O sistema de vácuo para devolatilização inclui uma bomba de vácuo de anel de água, um separador de condensado e um tanque de amortecimento a vácuo. A capacidade da bomba deve ser dimensionada para lidar com a carga de voláteis da formulação. Para a compilação de PLA com 3 a 5 por cento de conteúdo volátil, uma bomba de vácuo com 100 a 200 metros cúbicos por hora de deslocamento é geralmente adequada. O sistema deve incluir um tanque de coleta de condensado com drenagem automática para evitar a transferência de líquido para a bomba.
8.6 Sistemas elétricos e de controle
O sistema de controle de linha integra todos os equipamentos em uma arquitetura de controle unificada. A Kerke utiliza hardware de PLC da Siemens com uma HMI de tela táctil de 15 polegadas para a interface do operador. O sistema de controle gerencia a velocidade do extrusor, as temperaturas do cilindro, as taxas de alimentação, a pressão de vácuo, a velocidade do granulador e as temperaturas do sistema de água. As capacidades de registo de dados e monitorização remota permitem aos engenheiros de produção acompanhar os parâmetros do processo e diagnosticar problemas remotamente. O painel elétrico deve incluir proteção de fase, proteção contra sobrecarga do motor e circuitos de parada de emergência conformes com os padrões CE.
8.7 Sistema de recolha de pó
Para linhas que processam enchimentos em pó ou amido, um sistema de coleta de pó é essencial para a segurança dos trabalhadores e a limpeza. O sistema inclui capuzes de captura nos pontos de transferência, tubos de ar, um coletor de pó em cartucho com limpeza por jato pulsado e um exaustor. O coletor de pó deve ser classificado para o tipo específico de pó e deve cumprir as regulamentações locais de saúde e segurança do trabalho em relação à exposição a partículas no ar.
9. Matriz de seleção de equipamentos por capacidade anual
A seleção da configuração adequada de equipamentos para uma linha de produção de compostos biodegradáveis depende principalmente da capacidade anual de produção almejada. A seguinte matriz de seleção relaciona os objetivos comuns de capacidade anual com os modelos de extrusora Kerke, sistemas de pelotização e configurações aproximadas da linha. Esta matriz assume uma operação em turno único de 2.000 horas por ano para a faixa de menor capacidade e uma operação em três turnos de 6.000 horas por ano para a faixa de maior capacidade.
| Capacidade anual (toneladas/ano) | Produção por hora (kg/h) | Model de extrusora recomendado | Sistema de granulagem recomendado | Potência do motor (kW) | Footprint de linha estimada (metros quadrados) | Nível relativo de investimento |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 200 a 400 | 100 a 200 | KTE-50D | Face de matriz ou fio refrigerado a ar | 55 a 75 | 100 a 150 | Baixo |
| 500 a 1.000 | 250 a 500 | KTE-75D | Molde de anel de água para a face ou para o fio | 110 a 160 | 150 a 250 | Médio |
| 1.000 a 2.000 | 500 a 800 | KTE-95D | Anel de água ou subaquático | 250 a 315 | 250 a 350 | Médio a Alto |
| 2.000 a 4.000 | 800 a 1.500 | KTE-110D | Pelletização subaquática | 355 a 450 | 350 a 500 | Alto |
| 4.000 a 8.000 | 1.500 a 2.500 | KTE-135D | Pelletização subaquática | 500 a 630 | 500 a 700 | Muito alto |
| 8,000+ | 2,500+ | KTE-135D + KTE-SE em dois estágios | Pelletização subaquática (dual-line) | 630+ x2 | 700+ | Premium |
A matriz de seleção acima fornece um ponto de partida para a seleção do equipamento. Vários fatores adicionais influenciam a configuração final, incluindo a formulação biodegradável específica, o número de tipos de produto a produzir, o nível de automação necessário e a infraestrutura disponível na fábrica. Para clientes que não estejam certos do modelo adequado, a Kerke oferece um extrusor de dois parafusos de laboratório (KTE-16B a KTE-35D) para testes de formulação e desenvolvimento do processo, permitindo a escalada baseada em dados para equipamentos de escala de produção.
Para aplicações especializadas, como compostos biodegradáveis à base de amido com cargas de preenchimento muito elevadas (40 a 60 por cento de amido), pode ser recomendado um sistema de extrusão em dois estágios, utilizando um extrator de dois parafusos da série KTE como máquina principal e um extrator de um parafuso da série SE como máquina secundária. O extrator de dois parafusos gestiona a mistura intensiva e a devolatilização, enquanto o extrator de um parafuso fornece pressão estável para a formação de pellets. Esta configuração é particularmente eficaz para materiais que tendem a apresentar fluxo em surto ou de ventilação em um extrator de um estágio.
10. Aplicações na compoção de plásticos biodegradáveis
A lista de equipamentos descrita neste artigo suporta toda a gama de aplicações de mistura de plásticos biodegradáveis. Cada família de polímeros biodegradáveis apresenta características de processamento distintas que influenciam a seleção de equipamentos, o projeto dos parafusos, os perfis de temperatura do tanque e o método de granulagem. A compreensão desses requisitos específicos à aplicação garante que a linha de produção esteja configurada para um desempenho otimizado com o material alvo.
10.1 Compósito de PLA (ácido poliláctico)
O PLA é o polímero biodegradável mais amplamente produzido, derivado de amido vegetal fermentado. É um termoplástico cristalino com ponto de fusão de 150 a 180 graus Celsius e temperatura de transição vítrea de 55 a 65 graus Celsius. A compilação de PLA requer um cuidadoso controle da umidade (abaixo de 250 ppm), uma cisalhamento moderado da engrenagem e temperaturas do cilindro de 170 a 200 graus Celsius. Os compostos típicos de PLA incluem PLA preenchido com talco para melhor resistência ao calor, PLA misturado com PBAT para melhor resistência e PLA com plastificantes para aplicações de filmes flexíveis. A configuração do extrusor de dois eixos para PLA geralmente utiliza uma relação L/D de 40:1 com dois portas de ventilação a vácuo para uma devolatilização completa.
10.2 Compósito de PBAT (Tereftalato de polibutileno adipato)
O PBAT é um copolímero biodegradável flexível utilizado principalmente como componente de mistura com PLA ou amido para melhorar a flexibilidade e a resistência. O PBAT tem um ponto de fusão de 110 a 120 graus Celsius e é processado a temperaturas relativamente baixas (160 a 190 graus Celsius). As linhas de compósito de PBAT beneficiam de um alimentador lateral para a introdução de amido ou carbonato de cálcio como preenchimento, e de uma configuração de mistura distribuída com zonas de amassamento estendidas. O PBAT é menos sensível à umidade do que o PLA, mas ainda deve ser secado para abaixo de 500 ppm para evitar a hidrólise durante o processamento.
10.3 Compósito de PBS (Polibutileno succinato)
O PBS é um poliéster biodegradável semicristalino, com boa resistência ao calor (temperatura de deformação por calor de 90 a 95 graus Celsius) e excelente processabilidade. Os compostos de PBS são utilizados em filmes agrícolas, embalagens compostáveis e utensílios descartáveis. O PBS é processado a 180 a 210 graus Celsius e requer uma tração moderada. Para compostos de PBS reforçados com fibras naturais, como fibra de bambu ou celulose, um alimentador lateral é essencial para introduzir a fibra na mistura sem uma redução excessiva da sua extensão. A temperatura do tambor na zona de alimentação lateral deve ser reduzida para evitar a queima da fibra.
10.4 Misturas a base de amido
A amido termoplástico (TPS) é produzido pela gelatinização do amido nativo com um plastificante (geralmente glicerol ou sorbitol) no extrusor. A TPS é então misturada com PLA, PBAT ou PBS para produzir compostos biodegradáveis com boa processabilidade e taxas de biodegradação. O processamento do amido requer um alimentador de compressão para o pó de amido de baixa densidade, um alimentador líquido para o plastificante e uma zona de devolatilização estendida para remover a água liberada durante a gelatinização. A configuração do parafuso deve incluir blocos de amassamento de alta intensidade na zona de gelatinização, seguidos por elementos reversos para selagem do material fundido antes da porta de ventilação.
10.5 Compósito de PHA (Polyhydroxyalkanoate)
O PHA é uma família de poliésteres biodegradáveis produzidos por fermentação bacteriana. Os compostos de PHA têm uma janela de processamento estreita e são propensos à degradação térmica acima de 180 graus Celsius. A compilação de compostos de PHA requer configurações de parafusos suaves com blocos de amassamento de cisalhamento mais baixos, tempos de permanência mais curtos e temperaturas de tambor mais baixas (150 a 175 graus Celsius). O sistema de granulagem deve utilizar anel de água ou corte subaquático com placas de matriz refrigeradas para evitar que os grânulos se aderam, uma vez que os grânulos de PHA podem ser adesivos a temperaturas superiores a 40 graus Celsius.
10.6 Produção de masterbatch biodegradável
Além da mistura direta, a mesma linha de equipamentos pode produzir misturas mestre biodegradáveis: dispersões concentradas de pigmentos, preenchimentos ou aditivos em uma resina de transporte biodegradável. A produção de misturas mestre requer uma mistura de cisalhamento mais elevada para a dispersão de pigmentos e telas de filtro mais finas (de 120 a 200 malhas) para a remoção do gel. A configuração do parafuso para a produção de misturas mestre geralmente utiliza mais elementos de mistura dispersivos e uma relação L/D mais longa (de 44:1 a 48:1) para garantir a dispersão completa de cargas elevadas de pigmentos (de 40 a 60%).
11. Instalação, comissionamento e suporte pós-venda
Obter a lista de equipamentos é apenas o primeiro passo. A instalação adequada, a comissionamento e o suporte contínuo são igualmente críticos para alcançar uma produção estável e maximizar o retorno do investimento. A Kerke, apoiada pela marca Wanplas, oferece serviços e suporte completos, projetados para minimizar o tempo de arranque e garantir a confiabilidade da produção a longo prazo.
11.1 Testes pré-embarque
Cada extrusora Kerke é submetida a um rigoroso protocolo de testes pré-embarque antes de deixar a fábrica. Os testes incluem operação contínua por 72 horas em condições simuladas de carga, verificação de todas as zonas de temperatura do cilindro, calibração da precisão do alimentador, validação do desempenho do sistema de vácuo e inspeção de todos os bloqueios de segurança. O cliente é convidado a testemunhar o teste pré-embarque, pessoalmente ou por meio de uma ligação de vídeo remota. Um relatório detalhado dos parâmetros medidos é fornecido com a máquina. Esses testes garantem que o equipamento chegue ao local do cliente pronto para instalação sem defeitos inesperados.
11.2 Instalação e comissionamento
A Kerke envia engenheiros experientes ao local do cliente para supervisionar a instalação e a comissionamento. A equipa de instalação ajuda na posicionamento do equipamento, nas conexões de utilidades (eléctricas, de água e de ar) e na integração de todos os componentes da linha. O comissionamento inclui testes em funcionamento sem água, testes em funcionamento com a formulação de produção real, otimização de parâmetros e produção de pellets de amostra inicial para verificação da qualidade. Um período típico de comissionamento para uma linha completa de compostos biodegradáveis é de 10 a 15 dias úteis, dependendo da complexidade da linha e da prontidão do local.
11.3 Política de peças de reposição
Na base da promessa da marca Wanplas, a Kerke fornece peças de reposição gratuitas no valor de US$ 500 por máquina, todos os anos. Isso inclui peças de desgaste críticas, como elementos de parafuso, revestimentos de tambor, anéis de retenção, vedantes e telas de filtro. Além disso, peças danificadas durante o período de garantia são substituídas gratuitamente. A Kerke mantém um inventário completo de peças de reposição em sua fábrica de 19.997 metros quadrados, garantindo a rápida expedição de peças de reposição para minimizar o tempo de parada da produção. Para clientes em locais remotos, a Kerke recomenda a manutenção de um kit de peças de reposição no local, incluindo telas de reposição, bandas de aquecimento, termopares e parafusos de alimentação.
11.4 Formação do operador
É fornecido um treinamento abrangente ao operador durante o período de comissionamento. O treinamento abrange a operação da máquina, os procedimentos de segurança, as alterações na configuração dos parafusos, a manutenção rotineira, a resolução de problemas e os procedimentos de controle de qualidade. O treinamento é adaptado à formulação específica do cliente e à configuração do equipamento, garantindo que os operadores possam gerenciar independentemente a produção diária. A Kerke também fornece manuais de operação detalhados, diagramas de configuração de parafusos e programações de manutenção, em formatos eletrônicos e impressos.
11.5 Monitoramento remoto e suporte
Os extrusores Kerke estão equipados com capacidades de monitoramento remoto que permitem aos engenheiros da fábrica na sede da Kerke acessar os dados do PLC da máquina, revisar os parâmetros do processo e diagnosticar problemas em tempo real. Esta capacidade de suporte remoto reduz significativamente o tempo de resolução de problemas para os clientes internacionais, uma vez que muitos problemas podem ser resolvidos sem esperar que um engenheiro viaje até o local. O suporte remoto está disponível através de conexões protegidas por VPN e está incluído como parte do pacote padrão de serviços pós-venda.
11.6 Política de visitas à fábrica
Como parte da política de fábrica aberta da marca Wanplas, a Kerke dá as boas-vindas a todos os clientes potenciais e existentes para visitar sua instalação de produção. As visitas de fábrica permitem que os clientes inspecionem a qualidade dos equipamentos em primeira mão, visualizem as máquinas em processo de montagem e teste, discutam os requisitos técnicos com a equipe de engenharia e testemunham os ensaios com suas formulações específicas. A fábrica Kerke está localizada em Nanjing, na China, com acesso conveniente aos aeroportos internacionais e conexões de trem de alta velocidade. As visitas podem ser agendadas com pouco tempo de antecedência e são adaptadas aos interesses e ao horário específicos de cada cliente.
12. Perigos comuns e guia de resolução de problemas
Mesmo com uma lista de equipamentos bem concebida, a produção de compostos biodegradáveis pode enfrentar problemas operacionais. A tabela a seguir resume os problemas mais comuns, suas causas raiz e as soluções recomendadas. Entender esses problemas com antecedência ajuda os operadores a evitar defeitos e manter uma qualidade consistente dos pellets.
| Problemaa | Causa Raiz | Equipamentos envolvidos | Solução |
|---|---|---|---|
| Formação de bolhas ou manchas de prata nos pellets | Umidade excessiva no material de alimentação | Secador desumidificador, sistema de vácuo | Verifique o ponto de rosnique do secador abaixo de -40 graus Celsius; verifique o desempenho da bomba de vácuo; aumente o tempo de secagem |
| Descoloração do pellet (amarelo ou marrom) | Degradação térmica resultante de uma temperatura excessiva do tanque ou de um tempo de permanência prolongado | Extrusor de dois parafusos | Reduza a temperatura do tambor em 5 a 10 graus Celsius; verifique se há pontos mortos na configuração do parafuso; reduza a velocidade do parafuso |
| Tamanho ou forma inconsistente dos pellets | Flutuações de pressão do derretimento na face da matriz | Pompa de derretimento, granulador, trocador de tela | Instalar ou realizar manutenção na pompa de derretimento; verificar se a tela está obstruída; verificar a afiação e alinhamento da lâmina do granulador |
| Aglomeração de pellets no armazenamento | Refrigeração inadequada dos pellets | Cooler de leito fluido, secador centrífugo, refrigerador de água | Reduzir a temperatura da saída dos pellets abaixo de 40 graus Celsius; aumentar a capacidade do refrigerador; verificar o fluxo de ar do secador |
| Surgência da extrusora ou rendimento instável | Inconsistência na alimentação ou formação de pontes na garganta de alimentação | Perda de peso no alimentador, refrigeração da garganta de alimentação | Verificar a calibração do alimentador; verificar se há formação de pontes no material; garantir que a água de refrigeração da garganta de alimentação esteja fluindo |
| Fluxo de ventilação ou excesso de material na porta de vácuo | Selo inadequado do derretimento antes da porta de ventilação ou rendimento excessivo | Configuração de hélice de extrusora dupla | Adicionar elemento de transporte reverso antes da porta de ventilação; reduzir o rendimento; verificar o estado do inserto da porta de ventilação |
| Dispersão deficiente do enchimento | Shear insuficiente na zona de mistura ou ponto de introdução incorreto do enchimento | Configuração do parafuso, posição do alimentador lateral | Reconfigurar a zona de mistura com blocos de amassamento de 90 graus; mover o alimentador lateral para o início do processo para um tempo de mistura mais longo |
| Desgaste excessivo do parafuso e do cilindro | Conteúdo de enchimento abrasivo ou lubrificação insuficiente do cilindro | Extrusor de parafusos duplos e cilindro | Especificar revestimento de cilindro bimetálico e elementos de parafuso endurecidos; monitorar o desgaste em intervalos programados; considerar revestimento de carburo de tungstênio para formulações altamente abrasivas |
| Obstrução da fenda da prensa de pellets submersa | Temperatura da placa da prensa muito baixa ou melha contaminada | Prensa de pellets, trocador de tela | Aumentar o aquecimento da placa da prensa; verificar a integridade do pacote da tela; verificar as partículas de gel reticulado na melha |
| Geração elevada de finos ou pó de pellets | Velocidade de transporte de pellets excessiva ou formulação de pellets frágil | Transportador pneumático, formulação de pellets | Reduzir a velocidade do ar de transporte para fase densa; adicionar um modificador de impacto à formulação; verificar o estado da lâmina da prensa de pellets |
12.1 Programação de manutenção preventiva
Um programa estruturado de manutenção preventiva prolonga a vida útil dos equipamentos e evita paragens não programadas. Os seguintes intervalos de manutenção são recomendados para uma linha de produção de compostos biodegradáveis que opera 6.000 horas por ano:
- Diariamente: Inspecionar os tanque de alimentação para verificar se não há pontes; verificar os pontos de temperatura do tanque; verificar o nível de água da bomba de vácuo; inspecionar as lâminas do granulador para verificar o desgaste; limpar as telas do filtro se a queda de pressão ultrapassar o limite.
- Semanalmente: Lubrificar as caixas de engrenagens de acordo com as especificações do fabricante; inspecionar e limpar as inserções de ventilação a vácuo; verificar todos os indicadores de fluxo de água de refrigeração; inspecionar os filtros de transporte pneumático; verificar a calibração do alimentador de perda em peso.
- Mensalmente: Inspecionar os elementos de parafuso para verificar o desgaste; verificar o estado do liner do cilindro com um escopo de furo; testar todos os bloqueios de segurança; inspecionar as conexões elétricas para verificar se os terminais estão soltos; substituir os filtros do compressor de ar.
- Trimestral: Trocar o óleo do câmbio; inspecionar e substituir os anéis de desgaste da bomba de fundição; calibrar todos os sensores de temperatura; inspecionar e limpar o enchimento da torre de resfriamento; realizar análise de vibração do motor principal e do câmbio.
- Anualmente: Inspeção completa do parafuso e do cilindro; substituição de elementos de parafuso desgastados; inspeção e retrabalho de furos na placa de matriz; revisão ou substituição de facas do granulador; backup completo do PLC e atualização do software.
Perguntas Frequentes
Qual é a relação L/D recomendada para a mistura de plásticos biodegradáveis?
Para a maioria das formulações biodegradáveis, incluindo misturas de PLA e PBAT, recomenda-se uma relação L/D de 40:1 a 48:1. Isto fornece uma distância suficiente do tambor para a completa fusão, mistura, devolatilização e ventilação, sem uma exposição térmica excessiva. Relações L/D mais curtas (de 32:1 a 36:1) podem funcionar para formulações simples com baixo teor de enchimento, mas limitam a capacidade de incorporar várias entradas laterais e portas de ventilação. Relações L/D mais longas (acima de 48:1) aumentam o tempo de permanência e podem causar degradação térmica em polímeros biodegradáveis sensíveis ao calor.
É possível que o mesmo extrusor de parafusos duplos processa tanto o PLA quanto o PBAT?
Sim, o mesmo extrusor da série KTE pode processar tanto PLA quanto PBAT, alterando a configuração do parafuso e o perfil de temperatura do tambor. No entanto, é necessário um ciclo de purga completo entre as alterações de material para evitar contaminação cruzada. O material de purga deve ser uma resina biodegradável compatível ou um composto de purga comercial. Para operações que exigem frequentes alterações de material, um design de tambor de liberação rápida com conexões de fixação reduz significativamente o tempo de alteração, de horas para minutos.
Qual método de granulagem funciona melhor para plásticos biodegradáveis?
A pelotização submersa e o corte a quente em faces de matrizes a anel de água são as opções mais comuns para compostos biodegradáveis. A pelotização submersa produz pellets esféricos uniformes com superfícies lisas, o que o torna ideal para linhas de alta capacidade e para materiais que são aderentes quando cortados. O corte a quente em matrizes a anel de água oferece menores custos de equipamento e é adequado para linhas de média capacidade que produzem de 200 a 2.000 kg/h. Para formulações sensíveis à umidade, em que o contato com a água é indesejável, a pelotização de fios refrigerados por ar é uma alternativa, embora exija mais espaço no chão e produza pellets cilíndricos em vez de esféricos.
Quanto espaço de piso é necessário para uma linha completa de compósitos biodegradáveis?
A área de piso depende da capacidade e configuração da linha. Uma linha de 500 kg/h baseada em um extrusor KTE-75D normalmente requer 200 a 300 metros quadrados, enquanto uma linha de 1.500 kg/h baseada em um KTE-110D pode precisar de 400 a 600 metros quadrados, incluindo armazéns para a matéria-prima, equipamentos de utilidade e áreas de armazenamento de pellets acabados. A área deve incluir espaço adequado ao redor do extrusor para a remoção das engrenagens (geralmente 3 a 4 metros no extremo de acionamento), espaço livre para o acesso ao alimentador (mínimo 3 metros) e corredores de acesso para manutenção e limpeza.
Qual é o nível de umidade aceitável para a resina biodegradável antes da alimentação?
O PLA deve ser secado para abaixo de 250 ppm (0,025 por cento) de teor de umidade antes da extrusão. O PBAT é menos sensível, mas deve ainda ficar abaixo de 500 ppm. O PBS requer secagem abaixo de 300 ppm. As misturas à base de amido exigem secagem abaixo de 1.000 ppm para evitar a formação de espuma e a degradação hidrolítica durante a extrusão. Superar estes níveis de umidade causa a cisão da cadeia hidrolítica, o que reduz o peso molecular e degrada irreversivelmente as propriedades mecânicas. O secador desumidificador deve ser monitorizado continuamente, com o ponto de neblina e a temperatura de secagem registados para a rastreabilidade da qualidade.
Com que frequência os elementos de parafuso devem ser substituídos em um extrusor de dois parafusos?
O período de substituição dos elementos de parafuso depende da abrasividade do material e do número de horas de operação. Para compostos biodegradáveis que contenham enchimentos minerais, como talco ou carbonato de cálcio, com uma carga de 20 a 30%, é necessário inspecionar os elementos de parafuso a cada 3.000 a 4.000 horas de operação e substituí-los a cada 8.000 a 12.000 horas. Para compostos de PLA ou PBAT sem enchimentos, os elementos de parafuso podem durar 15.000 horas ou mais. Sinais de desgaste incluem maior espaçamento entre as pontas dos voos do parafuso e a parede do cilindro, redução do rendimento a uma velocidade constante do parafuso e qualidade de mistura deficiente. A Kerke utiliza aço de ferramentas de alta velocidade W6Mo5Cr4V2 com superfícies nitruradas para elementos padrão e oferece elementos revestidos com carboneto de tungstênio para aplicações altamente abrasivas.
A Kerke pode fornecer um extrusor de escala de laboratório para o desenvolvimento de fórmulas?
Sim, a Kerke oferece extrusoras de dupla hélice de laboratório, a partir do modelo KTE-16B, projetadas para ensaios de formulação, testes de materiais e desenvolvimento de processos. Estas unidades de laboratório replicam o comportamento de processamento das extrusoras de escala de produção, permitindo uma escalabilidade confiável. As extrusoras de laboratório apresentam o mesmo design modular de hélice e cilindro que os modelos de produção, permitindo que o trabalho de formulação realizado na máquina de laboratório seja transferido diretamente para a linha de produção. A Kerke também oferece serviços de testes de amostras na sua fábrica, onde os clientes podem enviar suas matérias-primas para ensaios de mistura, acompanhados de documentação completa dos parâmetros do processo.
Qual é o prazo típico para uma linha completa de mistura biodegradável?
O prazo padrão de configuração é geralmente de 60 a 90 dias a partir da confirmação do depósito. Configurações personalizadas com layouts de tambores especializados, vários alimentadores laterais ou sistemas automatizados de manuseio de materiais podem exigir de 90 a 120 dias. A Kerke fornece um cronograma detalhado do projeto após a confirmação das especificações técnicas, incluindo o projeto de engenharia, a fabricação, os testes pré-embarque, o transporte e os prazos de instalação. Para projetos urgentes, a Kerke às vezes pode oferecer fabricação acelerada, alocando recursos de produção adicionais, sujeito à capacidade da fábrica.
Conclusão
A construção de uma linha de produção de compostos de plástico biodegradável com dois parafusos requer uma lista abrangente de equipamentos que abrange sete etapas principais: armazenamento e secagem de matérias-primas, dosagem e alimentação de precisão, extrusão com dois parafusos, filtração do material fundido, granulação, resfriamento e transporte de pellets e sistemas auxiliares de utilidade. Cada etapa deve ser especificada com atenção aos características únicas de processamento dos polímeros biodegradáveis, incluindo sua sensibilidade à umidade, janelas de processamento térmico estreitas e suscetibilidade à degradação hidrolítica e térmica. A matriz de seleção de equipamentos fornecida neste artigo relaciona os objetivos de capacidade anual a modelos específicos de extrusoras Kerke, desde a KTE-50D para produção em escala piloto até a KTE-135D para linhas industriais de alta capacidade que processam até 2.500 kg/h.
A fábrica da Wanplas, com mais de 12 anos de experiência especializada em extrusoras de mistura de dois parafusos, mais de 2.000 máquinas instaladas em mais de 70 países e uma instalação de fabricação de 19.997 metros quadrados, fornece linhas completas de produção de compostos biodegradáveis, com suporte técnico completo. Desde a extrusora de laboratório KTE-16B para desenvolvimento de formulações até a extrusora de produção KTE-135D com pelotização subaquática, cada máquina é apoiada por testes antes do envio, instalação e comissionamento no local, peças de reposição gratuitas de US$ 500 por ano, treinamento abrangente para operadores e suporte a monitoramento remoto. A política de fábrica aberta convida você a visitar a instalação da Kerke em Nanjing, na China, para inspecionar a qualidade dos equipamentos, discutir os requisitos técnicos com a equipe de engenharia e testemunhar testes com sua formulação biodegradável específica.
Se está a planear uma linha de produção de compostos plásticos biodegradáveis, envie os detalhes da sua formulação, a capacidade almejada e as especificações do produto à equipa de engenharia da Kerke para uma proposta de configuração de equipamento personalizada. Quer necessite de uma linha completa "chave na mão" ou de máquinas individuais para atualizar a sua configuração existente, a Kerke e a marca Wanplas estão prontas para apoiar o seu projeto, desde a concepção até à produção completa. Convide-nos a agendar uma visita à fábrica, solicitar uma prova de funcionamento de amostra ou discutir as suas necessidades de lista de equipamento com os nossos especialistas técnicos.







