Que máquinas completas são necessárias para construir uma fábrica de compósitos plásticos com dois eixos?

Uma fábrica de compósitos plásticos com dois parafusos não é uma máquina com acessórios anexados. É um sistema contínuo de manipulação de materiais em que cerca de trinta máquinas distintas devem manipular o material entre si a velocidades, temperaturas e níveis de limpeza adequados. O extrusor de parafusos co-rotantes é o coração desse sistema, mas normalmente representa apenas uma parte do número de equipamentos instalados e uma menor parte da área do pavimento. Os engenheiros que planejam uma fábrica de compósitos em torno do extrusor sozinhos quase sempre descobrem as lacunas tarde: um secador de tamanho inadequado que limita a linha em resinas higroscópicas, uma redução do alimentador que não consegue fornecer uma corrente de aditivos de 0,3%, um circuito de água de resfriamento que não consegue absorver a carga térmica do motor no verão.

Este artigo é um manual de equipamento, e não um plano de negócios. Ele descreve o fluxo de materiais, desde o saco de 1 tonelada no cais de recepção até o produto acabado paletizado, e para cada estação define o que a máquina faz, as especificações principais que são importantes, a lógica de seleção por trás dessas especificações, as variantes comuns de configuração e como a estação se conecta ao equipamento upstream e downstream. A Kerke, uma fábrica da Wanplas que se especializou em extrusoras de composto com dois parafusos em paralelo e em rotação oposta há mais de doze anos, constrói linhas completas de acordo com este padrão, e a lógica de equipamento abaixo reflete como essas linhas são realmente montadas e comissionadas.

Uma linha de mistura é tão precisa quanto o seu alimentador mais fraco, tão rápida quanto a sua etapa de resfriamento mais lenta e tão limpa quanto a sua etapa de transporte menos controlada. Especifique toda a cadeia, não apenas o extrusor.

Arquitetura de Linha e Lista de Equipamentos Principais

Uma linha de composto com duas hélices divide-se em sete blocos funcionais: manuseio e armazenamento de produtos em grandes quantidades, alimentação gravimétrica, extrusão, refrigeração e granulagem, acabamento e embalagem posteriores, utilidades e laboratório. Os fluxos de material seguem uma única direção através dos primeiros cinco blocos, enquanto as utilidades e o laboratório suportam todos eles. A compreensão dos blocos é importante porque a responsabilidade pelo escopo, pelas interfaces e pelo controle geralmente se divide exatamente por essas linhas quando uma instalação é adquirida de vários fornecedores.

O layout normalmente é organizado em dois ou três níveis. A descarga e secagem de sacos em massa ocupam o nível inferior, perto do armazém de matérias-primas. Os alimentadores estão em uma plataforma intermediária acima da entrada do extrusor, de modo que o material cai por gravidade no tambor. O extrusor, a seção de pelotização e a linha de embalagem ocupam o piso inferior em uma linha reta, normalmente exigindo uma extensão de 15 a 40 metros, dependendo da capacidade. Os serviços são agrupados fora ou em uma sala de máquinas separada para manter o ruído, a vibração e o calor longe da sala de produção.

A tabela abaixo é a lista principal de equipamentos. Ela abrange todas as estações discutidas neste artigo, indica se a estação é obrigatória para uma linha funcional ou opcional, e classifica o nível de investimento relativo em uma escala de Baixo a Premium, em vez de em moeda, porque os preços dependem da capacidade, do material de construção, do nível de automação e do país de origem.

Não.	Equipamento	Função	Especificação chave	Estado	Investimento relativo
1	Estação de descarga de sacos	Descarga sacos de resina, enchimento ou masterbatch	Elevador de 1 a 2 t, descarga vibratória, capuz anti-pó	Recomendado	Baixo
2	Transportador a vácuo	Transferência pneumática de pellets e pó	300 a 3000 kg/h, tubo de DN38 a DN76	Essencial	Baixo
3	Tanque de armazenamento	Buffer de matéria-prima entre as entregas e a linha	1 a 20 m³, carbono ou aço inoxidável, sensor de nível	Recomendado	Baixo a médio
4	Secador desumidificador	Remover a umidade ligada da resina higroscópica	Ponto de rosnha −40°C, tanque de 50 a 1000 kg	Essencial para PA, PC, PET	Médio
5	Britador (granulador)	Recupera massas de inicialização, fios e pellets fora do padrão	7,5 a 45 kW, tela de 6 a 12 mm	Recomendado	Baixo
6	Alimentador de perda de peso	Medição gravimétrica de resina e aditivos	Precisão ±0,5%, 0,5 a 2000 kg/h	Essencial	Médio a alto
7	Alimentador volumétrico	Medição de baixo custo para tarefas com uma única receita tolerante	Virabrete ou disco, precisão tipicamente ±2% a 10% ±5%	Opcional	Baixo
8	Bomba de injeção de líquido	Injetar óleo, silicone ou agente de acoplamento na mistura fundida	Embretador ou tipo de engrenagem, 0,5 a 50 L/h	Opcional	Médio
9	Alimentador lateral	Introduza fibra ou pó abaixo do processo de fundição	Motor de dupla hélice, lado único ou duplo, opção com ventilação	Essencial para as notas preenchidas	Médio
10	Controlee central de pesagem	Gestão de receitas e rastreabilidade de lotes	PLC mais HMI, biblioteca de receitas, relatórios de lote	Recomendado	Médio
11	Extrusor de parafusas gêmeas co-rotantes	Derreta, disperse, devolatilize e pressurize	Ø20 a Ø135 mm, L/D de 36 a 52:1, 300 a 1200 rpm	Essencial	Alto a Premium
12	Motor principal e caixa de velocidades	Fornecer torque aos eixos dos parafusos	Unidade de acionamento com inversor AC ou PMSM, caixa de engrenagens com dentes endurecidos	Essencial	Incluído com o extrusor
13	Aquecimento e refrigeração do tanque	Controlee de temperatura da zona ao longo do tambor	6 a 12 zonas, ±1 a 2°C, circuito de água macia	Essencial	Incluído com o extrusor
14	Sistema de devolatilização a vácuo	Remove a umidade, o monômero e os compostos voláteis da mistura fundida	−0,08 a −0,095 MPa, ciclone mais filtro	Essencial	Médio
15	Alterador de tela	Filtrar géis, carbonato e contaminação da fusão	40 a 200 mesh, tipos manuais a contínuos	Essencial	Baixo para Alto
16	Bomba de fusão (bomba de engrenagem)	Estabilize a pressão e a saída	Flutuação da pressão no canal inferior ±2%	Opcional	Alta
17	Cabeça da matriz	Coloque os fios ou forneça a face da matriz de granulação	Matriz de fios com 20 a 120 furos Ø2,5 a 4 mm	Essencial	Baixo a médio
18	Banho de água com faca de ar	Refrigere e secar os fios antes da corte	2 a 6 m de comprimento, faca de ar alimentada por ventilador	Essencial para linhas de fios	Baixo
19	Granulador de fios	Corte os fios refrigerados em pellets	20 a 120 m/min, comprimento do pellet de 2 a 4 mm	Essencial para linhas de fios	Médio
20	Anel de água ou pelletizador subaquático	Tiração de faces para grãos de baixa viscosidade ou de alta produção	Cabeça de lâmina rotativa, circuito de água de processo	Alternativa à corte de costa	Alto a Premium
21	Secador centrífugo	Secar os pellets por centrifugação após o contacto com a água	A umidade residual na superfície é normalmente inferior a 0,1%	Essencial para corte úmido	Baixo a médio
22	Tela vibratória (classificador)	Remove longas, finas e gêmeas da corrente de pellets	Dois ou três decks, aberturas de 2 a 6 mm	Essencial	Baixo
23	Misturador de silo	Homogeneize vários lotes de produção	2 a 30 m³, gravidade ou mistura agitada	Recomendado	Médio
24	Detector de metais e separador magnético	Protect customers’ machines from metal contamination	Máximo magnético de terras raras mais detetor de queda livre	Recomendado	Baixo a médio
25	Máquina de pesagem e embalagem automática	Preencher e lacrar sacos de 25 kg ou sacos a granel	Saco de válvula de 25 kg ou saco de 500 a 1000 kg	Opcional	Médio a alto
26	Paletizador e embalador de estiramento	Empilhar e embrulhar sacos acabados para envio	Robótico ou de guindaste, 300 a 900 sacos/h	Opcional	Alta
27	Sistema de água de refrigeração	Rejeitar o calor dos barris, da caixa de engrenagens e da pelotização	Torre de refrigeração, bombas, trocador de placas, amaciante	Essencial	Médio
28	Compressor de ar e secador	Forneça ar seco e limpo para válvulas e transporte	0,6 a 0,8 MPa, secador refrigerado ou com desumidificador	Essencial	Baixo a médio
29	Extração de poeira e fumos	Captura poeira em pó e fumaça de efluentes	Filtro de saco de pulso-jet, carbono ativado ou oxidante	Essencial	Médio
30	Distribuição e controle elétrico	Potência, proteção, automação e dados	Transformador, gabinetes de controle, PLC, HMI, SCADA	Essencial	Médio a alto
31	Conjunto de equipamento de laboratório	Verifique as propriedades de fluxo de fusão, mecânicas e térmicas	MFR, tração, impacto, HDT, cinzas, cor, umidade	Recomendado	Médio a alto

Descarga em massa, transporte, armazenamento e secagem

O bloco de entrada decide quanta manipulação manual uma fábrica de mistura precisará para sempre. As suas máquinas são individualmente baratas em comparação com o extrusor, mas determinam o custo da mão-de-obra, a exposição à poeira e a base de umidade que o extrusor deve então corrigir. Especificar este bloco adequadamente é a melhor melhoria de qualidade disponível para uma nova fábrica de mistura.

Estação de descarga de sacos

Um descarregador de sacos em massa eleva um saco de 500 a 1000 kg em um quadro de guindaste elétrico ou de empilhadeira, fixa a boca de descarga em uma caixa de luvas hermética, e descarrega para uma cubeta abaixo. As opções essenciais são um cone de descarga vibratório ou ativadores de pá para quebrar pontes de pó, um dispositivo de massagem de saco para carbonato de cálcio compactado ou talco, e uma capota de pó integrada conectada ao sistema de extração central. A capacidade do quadro deve ser especificada um tamanho acima do saco mais pesado realmente utilizado, e é necessária uma altura de pelo menos 3,5 metros para um quadro de guindaste. A estação alimenta o transportador a vácuo ou diretamente para um silo, e para uso de pó, uma válvula rotativa na saída impede o alagamento.

Transportador a vácuo e transferência pneumática

Os carregadores a vácuo transportam pellets de resina, pó de enchimento e regrind do ponto de descarga para silos, secadores e tambores de alimentação. A capacidade de transporte em uma fábrica de mistura normalmente varia de 300 a 3000 kg/h, com diâmetros de tubos de DN38 a DN76; diâmetros maiores são escolhidos quando o material tem um fluxo pobre, quando a distância de transporte excede aproximadamente 30 metros ou quando a taxa de enchimento deve acompanhar um grande alimentador principal. Os carregadores de uma estação com um motor autônomo são adequados para linhas pequenas, enquanto os sistemas de alimentação centralizados com uma bomba de vácuo compartilhada e um manifold de válvulas de sequenciamento são adequados para linhas de mistura com vários alimentadores. As curvas de tubos devem ter raios longos e, para produtos com fibra de vidro, as curvas no circuito de pellets acabados devem ser evitadas completamente porque quebram as fibras e geram finos. Os cartuchos de filtro com limpeza por jato reverso são padrão para o serviço de pó.

Silos de armazenamento

Os silos buffer as entregas em massa e desligam a linha da doca de recebimento. As instalações de compósito normalmente utilizam recipientes de 1 a 20 m³; pequenas cestas verticais de 1 a 5 m³ estão localizadas em ambientes fechados, acima dos alimentadores, enquanto silos externos de 10 a 20 m³ armazenam a resina base fornecida por um tanque de transporte. O aço carbono com revestimento de epóxi é normal para a produção de poliolefinas de baixo valor, enquanto o aço inoxidável é especificado para a produção de alimentos, médica, óptica e de cores claras, onde a contaminação por ferro é inaceitável. Cada silo precisa de um indicador de nível, seja uma pá giratória para uma simples sinalização de alto e baixo, ou um sistema de radar ou célula de carga quando os dados de estoque alimentam um sistema de gestão da fábrica. Um ângulo de cone de pelo menos 60 graus e um bloco de aeragem evitam a formação de pontes com os pós.

Secador desumidificador

Resinaas higroscópicas devem ser secas antes da compilação, ou a extrusora gastará sua capacidade de devolatilização removendo água em vez de volatílios do processo, e a degradação hidrolítica reduzirá irreversivelmente o peso molecular. Um secador desidratante com um rotor de malla molecular em circuito fechado fornece um ponto de rosnique de cerca de −40°C, que é o requisito prático para PA, PC, PET, PBT, TPU e PMMA. O volume do hopper é dimensionado como a taxa de produção multiplicada pelo tempo de permanência, com 25 a 30 por cento adicionados para surto. O secador descarrega diretamente no alimentador principal de perda de peso, e a transferência deve ser curta e fechada, pois o PA seco recupera uma fração significativa de sua umidade dentro de minutos após a exposição ao ar úmido.

Resinaa	Temperatura de secagem	Tempo de secagem	Umidade alvo	Tipo de secador
PA6 / PA66	80 a 100°C	4 a 6 h	Abaixo de 0,10%	Dessecante, −40°Ponto de névoa
PC	110 a 120°C	3 a 4 h	Abaixo de 0,02%	Dessecante, −40°Ponto de névoa
PET	150 a 170°C	4 a 6 h	Abaixo de 0,005%	Secador de cristalização mais dessecante
PBT	120 a 130°C	3 a 4 h	Abaixo de 0,02%	Dessecante, −40°Ponto de névoa
ABS/PS	80 a 90°C	2 a 3 h	Abaixo de 0,10%	Ar quente ou dessecante
PP / PE	Não necessário	Não necessário	Só a umidade da superfície	Ar quente se armazenado ao ar livre
Carbonato de cálcio / talco	100 a 120°C	1 a 2 h	Abaixo de 0,30%	Secador de pó ou silo aquecido

Britador e reciclagem

Cada linha de compósitos produz limpeza de início, extremidades de fios espessos, material de transição e pellets fora dos parâmetros. Um triturador com uma potência de 7,5 a 45 kW e uma tela de 6 a 12 mm transforma esse material em reciclagem que pode ser reintroduzido através de um alimentador dedicado em uma porcentagem controlada. A distância entre as lâminas deve ser ajustável, e um gabinete à prova de som é útil, pois a trituração de limpeza é uma das operações mais ruidosas na fábrica. Para produtos muito carregados ou reforçados com fibra, são necessárias lâminas resistentes ao desgaste e um separador ciclônico na descarga para controlar os finos.

Alimentação gravimétrica: o núcleo de precisão

A precisão de alimentação determina a consistência do composto de forma mais direta do que qualquer outra variável em uma linha de compósitos. Um extrusor de dois parafusos co-rotantes é uma máquina de alimentação deficiente, o que significa que os alimentadores, e não os parafusos, determinam a taxa de produção e a relação da receita. Se um fluxo de aditivos de 2% se desvia em 10% do seu valor, o composto final sai da especificação, independentemente de quão bem os parafusos misturam.

Alimentadores de perda de peso

Um alimentador de perda de peso, também chamado de alimentador gravimétrico, está situado sobre células de carga e controla a velocidade do parafuso de dosagem de forma que a taxa medida de perda de peso corresponda ao ponto de referência definido. Unidades bem construídas mantêm a precisão a curto prazo dentro de aproximadamente ±0,5 por cento da setpoint, com linearidade em uma relação de turndown de cerca de 20:1 a 100:1, dependendo da geometria de medição. As velocidades de alimentação nas linhas de compósitos variam de 0,5 kg/h para um aditivo de alta atividade até 2000 kg/h para a resina base em uma linha grande. A válvula de enchimento, a frequência de enchimento e a geometria do tanque são tão importantes quanto as células de carga, porque o controlador opera em modo volumétrico durante o enchimento e qualquer ponteamento é detectado como uma excursão de taxa.

Três geometrias de medição cobrem quase todas as funções. Uma unidade de dosagem com uma única hélice lida com pellets e grânulos que fluem livremente. Uma unidade de dosagem de dois parafusos, geralmente com parafusos côncavos ou helicoidais interligados, lida com pós que, de outra forma, poderiam se espalhar ou se acumular, incluindo carbonato de cálcio, talco, negro de fumo e retardadores de chama. Uma unidade de bandeja vibratória lida com materiais friáveis, frágeis ou fibrosos, como fios de vidro triturados e alguns pigmentos metálicos, porque move o material sem fricção. Uma linha típica de mistura especifica um alimentador principal de resina, mais dois a seis alimentadores de aditivos; a regra prática é que o fluxo mais pequeno ainda deve ser superior a cerca de 10 por cento da taxa máxima do alimentador escolhido, caso contrário, é necessário um alimentador menor.

Formato do material	Tipo de alimentador recomendado	Precisão típica	Intervalo de alimentação prático	Observações
Pellets livres, base de resina	Perda de peso por um único parafuso	±0.5%	20 a 2000 kg/h	Recarga a partir de silo ou secador, agitador opcional
Pó fino (CaCO₃, talco, TiO₂)	Perda de peso por roda dupla	±0,5% para ±1%	5 a 800 kg/h	A parede flexível com agitação de pá coloca impede a formação de pontes
Carbono negro, baixa densidade volumétrica	Motor duplo com agitador vertical	±1%	2 a 200 kg/h	É necessário um tanque selado e extração de pó
Fibra de vidro picada	Travessa vibratória	±1%	5 a 500 kg/h	O corte zero preserva a extensão das fibras antes do tambor
Floco ou recozimento	Unidade de parafuso com crammer	±1% a 100% ±2%	10 a 600 kg/h	Densidade irregular necessita de um dispositivo de enchimento forçado
Aditivo em microdoses inferior a 0,5%	Microperda de peso, dupla hélice	±0.5%	0,5 a 20 kg/h	Considerar a pré-dilução em um masterbatch portador
Óleo líquido, silicone, agente de acoplamento	Pompa de dosagem de pistão ou engrenagem	±1%	0,5 a 50 L/h	Tubo aquecido e bocal de injeção sem retorno
Corrente de massa de receita única tolerante	Alimentador volumétrico de hélice	±2% a 10% ±5%	10 a 1000 kg/h	Custo mais baixo, sem compensação para variação de densidade

Alimentadores volumétricos

Um alimentador volumétrico mede por revoluções do parafuso, e não por peso. Ele não pode compensar as mudanças na densidade volumétrica, portanto, a precisão fica na faixa de ±2 a ±5 por cento. As unidades volumétricas ainda fazem sentido para uma linha dedicada a uma única receita que processa um material consistente, para um fluxo de enchimento não crítico em que a especificação possui uma tolerância generosa e como uma forma econômica de estabelecer uma linha de partida que possa ser atualizada para controle gravimétrico mais tarde. A interface mecânica e a estrutura de montagem devem ser idênticas, de modo que uma futura atualização seja um exercício de encaixe e desencaixe.

Bombas de injeção de líquido

Aditivos líquidos, como óleo branco, óleo de silicone, plastificante, agente de ligação e peróxido, são injetados diretamente no tambor através de uma bocal aquecido e não retornável, geralmente posicionado após a primeira zona de fundição. Bombas de dosagem de pistão, com capacidade variando entre 0,5 e 50 L/h, proporcionam deslocamento repetível contra a pressão de retorno; bombas de engrenagem são usadas quando o líquido é viscoso e a pulsação deve ser minimizada. A bomba deve estar ligada ao controle central de pesagem, de modo que o fluxo de líquido seja proporcional ao rendimento total, e o tanque de abastecimento deve estar conectado a uma célula de carga, para que o consumo seja verificado por peso, e não apenas pelo número de golpes da bomba.

Alimentadores laterais

Um alimentador lateral é uma unidade de dois parafusos curta que empurra o material para o tambor através de uma porta lateral depois que a resina de base já se fundiu. É essencial para a fibra de vidro, onde a introdução de roving ou fios cortados na mistura, em vez da entrada do alimentador, preserva a extensão residual da fibra e, portanto, o desempenho mecânico. É igualmente importante para cargas elevadas de enchimento, porque um alimentador lateral evita o limite de volume da entrada do alimentador, o que de outra forma limita a capacidade de processamento de pós de baixa densidade volumétrica. As configurações incluem um único alimentador lateral para graus standard com enchimento, um duplo alimentador lateral para enchimento em duas etapas ou fibra mais mineral, e um alimentador lateral com ventilação cuja seção superior do tambor remove o ar entranhado, de modo que o pó possa ser introduzido a uma taxa mais elevada. A colocação é especificada em diâmetros de tambor a partir da entrada do alimentador, e os elementos de parafuso ao redor da porta lateral devem ser elementos de transporte, nunca blocos de amassamento restritivos.

Controlee central de pesagem e receita

Um sistema de controle central liga cada alimentador, a bomba de líquido e o acionamento do extrusor em um grupo controlado por proporção. Seu valor prático reside no gerenciamento de receitas, de modo que um operador selecione um código de produto em vez de digitar oito parâmetros, e na rastreabilidade de lote, para que cada lote de produção tenha um registro das velocidades de alimentação reais, da velocidade do parafuso, da pressão e da temperatura da mistura. Os sistemas normalmente expõem dados através de um protocolo industrial, de modo que os registros de produção cheguem ao sistema de negócios da fábrica sem transcrição manual.

A Máquina Principal de Extrusão com Duas Hélices

O extrusor paralelo de dois parafusos co-rotantes realiza fundição, mistura dispersiva e distributiva, devolatilização e geração de pressão em uma única passagem contínua. Sua capacidade é definida por quatro números: diâmetro do parafuso, relação L/D, torque específico e velocidade máxima do parafuso. Todas as outras decisões sobre a máquina derivam destes.

A Kerke constrói máquinas paralelas e co-rotantes em toda a gama de mistura, desde unidades de laboratório com diâmetro de parafuso de cerca de 20 mm, passando pelas classes de 35, 50 e 65 mm de médio porte, até máquinas de produção de 75, 95 e 135 mm. O diâmetro do parafuso define o volume livre e, portanto, a capacidade volumétrica; a relação L/D define o tempo de permanência disponível e o número de operações de processo que podem ser organizadas ao longo do cilindro; o torque específico, expresso como o torque dividido pelo cubo da distância do centro, define o trabalho viscoso que a máquina pode aplicar antes dos eixos atingirem o limite; e a velocidade do parafuso determina a taxa de cisalhamento e a produção alcançável dentro daquela envoltória de torque.

Classe de diâmetro do parafuso	L/D típico	Velocidade típica da parafusadeira	Duty indicativo	Aplicação típica
20 a 25 mm	40 a 48:1	300 a 900 rpm	Laboratório e amostragem	Desenvolvimento de formulações, pequenas séries experimentais
35 mm	40 a 48:1	400 a 900 rpm	Piloto e produção em pequena escala	Masterbatch de cor, compostos especiais
50 mm	40 a 52:1	400 a 1000 rpm	Produção pequena a média	PP preenchido, composto de cabos, plásticos de engenharia
65 mm	40 a 52:1	400 a 1200 rpm	Meio da produção	PA de fibra de vidro, masterbatch de enchimento, TPE
75 mm	36 a 48:1	400 a 1200 rpm	Produção média a grande	Compostos enchidos de alta produção
95 mm	36 a 48:1	300 a 900 rpm	Grande produção	Linhas dedicadas a um único produto
135 mm	36 a 44:1	300 a 800 rpm	Produção muito grande	Enchimento de matérias-primas e mistura de poliolefinas

Motor principal e caixa de velocidades

A transmissão é um motor de corrente alternada com um inversor de frequência variável, ou cada vez mais um motor síncrono de ímãs permanentes que oferece alta eficiência em uma ampla faixa de velocidades e reduz a demanda de refrigeração. O motor se conecta através de uma engrenagem a uma caixa de velocidades de alta torque com faces de engrenagem endurecidas e lisas. Como uma caixa de engrenagens dupla deve transmitir grande torque através de dois eixos de saída próximos, sua disposição de rolamentos de empuxo é o componente limitante e a principal razão para as diferenças de torque específico entre os intervalos de máquinas. Uma estação de lubrificação forçada com uma bomba de óleo, filtro e refrigerador de óleo é padrão a partir de tamanhos de médio porte para cima, e a temperatura do óleo deve ser interligada para que a transmissão seja interrompida antes que os rolamentos sejam danificados. A análise do óleo da caixa de velocidades em intervalos definidos é a medida de manutenção preditiva mais útil na máquina.

Aquecimento e refrigeração do tanque

Os barris são construídos em segmentos, convencionalmente com 4D de comprimento, de modo que o layout do processo possa ser reconfigurado: segmentos fechados, segmentos de alimentação, segmentos de alimentação lateral, segmentos de ventilação e segmentos de combinação são unidos por parafusos na ordem que o processo exige. Cada segmento ou par de segmentos forma uma zona de controle, dando de 6 a 12 zonas em uma máquina de mistura típica. O aquecimento é realizado por bandas de aquecimento elétrico cerâmico ou de alumínio fundido; o resfriamento é feito por água macia que circula por canais perfurados ou tubos de resfriamento fundidos, acionados por válvulas solenoides ou modulados por válvulas proporcionais. O controle proporcional proporciona uma regulação mais rigorosa, normalmente com uma margem de ±1 a 2 °C, o que é importante para produtos sensíveis ao calor, como composto de PVC, sistemas retardadores de chama e poliésteres biodegradáveis. Água macia é obrigatória: a água dura forma depósitos nos canais de refrigeração estreitos e a perda da capacidade de refrigeração geralmente é descoberta apenas quando uma zona começa a ultrapassar os limites.

Configuração de parafusos e tambor

O configuração do parafuso é onde um extrusor de uso geral se torna uma máquina de processo específico. Os parafusos de compósito modernos são segmentados, com elementos chaveados em eixos ranhurados, de modo que uma única máquina pode ser reconfigurada para diferentes produtos em algumas horas. Saber o que cada família de elementos faz é essencial tanto para a compra quanto para a resolução de problemas.

• Os elementos de transporte transportam o material para a frente. O passo é selecionado para se adequar à função: passo longo na seção da entrada e nas seções de ventilação para obter a máxima área de entrada e de superfície livre, passo mais curto antes das seções restritivas para construir um selo de fusão.
• Os blocos de amassar realizam o trabalho de mistura. Um deslocamento de 30 graus proporciona transporte para frente com uma mistura suave, 45 graus é a escolha dispersiva de uso geral, 60 graus aumenta a intensidade de cisalhamento e o tempo de permanência, e 90 graus é neutro, com forte ação dispersiva, mas sem capacidade de transporte.
• Os elementos invertidos criam uma barreira de pressão que preenche completamente a seção anterior, forçando a fusão a terminar e formando o selo antes de uma válvula de vácuo. Eles também elevam drasticamente a temperatura de fusão local, por isso devem ser usados de forma deliberada.
• Elementos de mistura de dentesOs elementos de mistura com ranhuras, também denominados elementos de mistura com dentes ou ranhuras, proporcionam uma mistura distribuidora forte com baixo esforço de corte, o que é adequado para sistemas de dispersão de cores e sistemas sensíveis ao calor.
• Elementos eccentricos geram fluxo de alongamento com um aumento de temperatura baixo, útil para misturas de polímeros em que a fragmentação das gotículas é mais importante do que a cisalhamento bruto.

A escolha da metalurgia é uma decisão em si mesma. O aço nitrurado é adequado para cargas não preenchidas ou ligeiramente preenchidas. O aço de ferramentas com tratamento térmico é adequado para preenchimentos moderadamente abrasivos. Os tipos de metalurgia a base de pó com alto teor de carvão e os revestimentos bimetálicos são necessários para fibras de vidro, preenchimentos minerais acima de aproximadamente 40% e sistemas retardadores de chamas que contenham halogênio ou fósforo, onde o ataque corrosivo se combina com a abrasão. Especificar uma metalurgia resistente ao desgaste desde o início é muito menos custoso do que substituir uma seção do tambor desgastada após doze meses.

A configuração padrão de alta capacidade segue a sequência do processo. Uma configuração padrão inclui alimentação, fundição com blocos de amassamento de 45 graus, um elemento reverso para selagem, seção de alimentação lateral, mistura, ventilação atmosférica, mais mistura, ventilação a vácuo e, em seguida, a seção de dosagem até a matriz. Uma configuração de fibra de vidro mantém a mistura após a alimentação lateral deliberadamente suave, utilizando elementos de transporte de passo longo e dentes em vez de amassamento agressivo, porque cada bloco de amassamento adicional encurta a duração das fibras residuais e reduz o desempenho de tração e impacto do composto final.

Descarburização, filtração e transporte do derretimento

Entre a última seção de mistura e a matriz, três máquinas determinam se um composto tecnicamente correto chega ao granulador em condições vendáveis: o sistema de vácuo, o trocador de tela e, opcionalmente, a bomba de fusão. Estes são frequentemente especificados de forma insuficiente, pois ficam na sombra do próprio extrusor.

Sistema de devolatilização a vácuo

A ventilação a vácuo remove a umidade residual, o monômero, o oligômero, o solvente e os subprodutos da reação da mistura fundida. Uma bomba de vácuo de anel de água é a escolha padrão em linhas de mistura, porque tolera a carga de vapor condensável e consegue uma pressão de aproximadamente −0,08 a −0,09 MPa. Quando é necessário um vácuo mais profundo, por exemplo, em material reciclado com uma carga de voláteis elevada ou em poliamida, onde o monômero residual afeta o odor e a formação de bolhas, um ventilador Roots é adicionado antes da bomba de anel de água para alcançar aproximadamente −0,095 MPa. O trem a vácuo precisa de um separador ciclônico para capturar o pó transportado, uma cuba de descarga para o condensado e filtragem em cartucho para proteger a bomba. Um estufe de ventilação, uma pequena porca que empurra o material que escapa de volta para o tambor, impede o enchecimento da ventilação em fusões espumosas ou de baixa viscosidade.

A devolatilização em duas etapas, com uma ventilação atmosférica no início do tanque, seguida de uma ventilação a vácuo mais tarde, é a configuração padrão para matérias-primas recicladas e carregadas de umidade, porque remove a maior parte da água antes que o derretimento chegue à seção de vácuo profundo. As linhas de vácuo devem ser curtas, inclinadas para trás do tanque de descarga e equipadas com uma válvula de isolamento em cada ventilação, de modo que uma única ventilação possa ser limpa durante a mudança de produto sem quebrar o vácuo no resto do sistema.

Mudanças de tela e filtração do derretimento

Um trocador de tela mantém o bloco de filtros que remove gomas, carvão, aglomerados de enchimento não fundido e contaminação externa da mistura fundida. O motor de seleção é o nível de contaminação e o custo da parada. Os trocadores de placa deslizante manuais são os mais simples e exigem uma breve parada da linha para trocar as telas. Os tipos de placa de troca rápida hidráulica reduzem a troca para alguns segundos, mas ainda causam uma pequena perturbação de pressão. Os designs duplos de pistão, com quatro posições, permitem que uma cavidade de tela seja trocada enquanto a outra permanece em produção, garantindo uma operação contínua. Os trocadores de tela contínuos com correia avançam automaticamente um rolo de malha de filtro de acordo com a pressão diferencial e são a escolha para matérias-primas recicladas muito contaminadas.

Tipo de alterador de tela	Intervalo de malha típico	Comportamento de alteração	Melhor Apto Para	Investimento relativo
Placa de deslizamento manual	40 a 100 mesh	Parada da linha, de 1 a 3 minutos	Resinaa virgem limpa, séries curtas, linhas de laboratório e de piloto	Baixo
Placa de troca rápida hidráulica	60 a 150 mesh	Segundos, breve queda de pressão	Compostagem geral com matérias-primas limpas	Baixo a médio
Dupla pistão, quatro posições	80 a 200 mesh	Contínuo, sem parada de linha	Masterbatch e compostos de engenharia que necessitam de filtragem fina	Médio a alto
Tela de correia contínua	40 a 120 mesh	Completamente automático, controlado pela pressão	Materiais de origem reciclados e contaminados, campanhas prolongadas	Alta
Filtro perfurado a laser com backflush	Equivalente a 100 a 200 mesh	Auto-limpador através do ciclo de backflush	Contaminação muito alta, funcionamento contínuo 24 horas	Premium

A finura do filtro é um compromisso. Embalagens grossas de 40 a 60 mesh protegem a matriz contra contaminação grossa a baixa queda de pressão. Embalagens finas de 150 a 200 mesh são usadas para compostos de grau de fibra e de filme, onde um único gel pode causar uma interrupção na linha do cliente, mas aumentam a pressão de retorno, elevam a temperatura do derretimento e reduzem a vida útil da tela. Cada alterador de tela deve dispor de um transdutor de pressão diferencial com um ponto de referência de alarme, de modo que as telas sejam alteradas em função dos dados, e não da opinião do operador.

Bomba de fusão

Uma bomba de fusão, ou bomba de engrenagem, é instalada entre o trocador de tela e a matriz quando a estabilidade de pressão é importante. Como um extrusor de dois parafusos é alimentado de forma contínua, sua pressão de descarga flutua com a variação de alimentação e o comportamento de bombeamento do parafuso; uma bomba de fusão isola a matriz dessa flutuação e, tipicamente, mantém a variação da pressão de saída dentro de aproximadamente ±2 por cento. Os benefícios são um diâmetro de fio mais uniforme, melhor consistência no tamanho dos pellets, a capacidade de executar uma filtragem mais fina sem perder a produção e, muitas vezes, um aumento modesto da produção, pois o extrusor não precisa mais gerar toda a pressão da matriz. Os compromissos são um tempo de permanência adicional, um componente aquecido adicional a ser purgado durante as mudanças de cor e um custo maior de capital e manutenção, razão pela qual as bombas de fusão são comuns em linhas de masterbatch e fibra e menos comuns em linhas de enchimento geral.

Cabeça da matriz

A cabeça de matriz converte o fluxo de fusão em uma geometria que a pelotizadora precisa. Uma matriz de fios transporta de 20 a 120 furos de Ø2,5 a 4 mm em uma placa aquecida, com o número de furos e o diâmetro ajustados à produção, de modo que a velocidade do fio permaneça na faixa em que o banho de água pode refrigerar. Os moldes para compósitos preenchidos precisam de um mancal interno aerodinâmico, sem pontos mortos, porque a melhora estagnada degrada-se e produz manchas pretas. Uma matriz de anel de água e uma matriz subaquática apresentam, em vez disso, uma face plana contra a qual as lâminas rotativas cortam, e ambas exigem uma câmara de corte, controle da pressão das lâminas e um circuito de água de processo. As placas devem ser aquecidas elétrica ou com óleo para evitar a congelação nos orifícios externos, que é a causa mais comum de quebra desigual dos fios.

Equipamentos de refrigeração e pelotização

O método de pelotização é a decisão mais importante downstream em uma fábrica de mistura, pois determina o equipamento de resfriamento, o tratamento da água, a etapa de secagem, a forma dos pellets entregues ao cliente e a dificuldade de alteração do produto. As quatro rotas práticas são a pelotização em fio, o corte com matriz de anel de água, a pelotização subaquática e o corte com matriz refrigerado a ar.

Bacia de água e faca de ar

Em uma linha de estrangulação, os fios extrudados passam por uma câmara de resfriamento de aço inoxidável com 2 a 6 metros de comprimento. O comprimento é escolhido a partir da produção, do diâmetro da fio e do comportamento de cristalização do polímero; um produto de alta produção semi-crístico necessita de um banho mais longo do que um de baixa produção amorfico. A temperatura da água é normalmente mantida entre 25 e 60°C, pois água muito fria apaga a superfície do fio e deixa um núcleo quente que se deforma na faca. Os rolos de orientação de fios ajustáveis e o dique de transbordamento ranhurado mantêm os fios paralelos e impedem que entrem em contato e se fundam. Na saída, uma faca de ar alimentada por um ventilador de alta pressão remove a água superficial; o secagem eficaz é importante porque a água transportada para a faca acelera o desgaste da lâmina e produz pellets úmidos que, então, precisam de mais capacidade de secagem centrífuga.

Granulador de fios

Um granulador de fios extrai fios resfriados entre um par de rolos de alimentação e os corta contra uma lâmina fixa, utilizando um rotor helicoidal. A capacidade de velocidade de linha, de 20 a 120 m/min, abrange a maioria das tarefas de compósito, e a comprimento do grão é ajustado pela relação da velocidade de alimentação à velocidade do rotor, produzindo normalmente grãos de 2 a 4 mm. Os principais pontos de especificação são o material das lâminas do rotor, com aço de ferramenta adequado para tarefas não preenchidas e o carburo de tungstênio necessário para o enchimento de fibra de vidro e mineral; a superfície dos rolos de alimentação, onde um rolo superior revestido de borracha segura os fios moles e um rolo de aço ranhurado segura os fios rígidos; e a facilidade de ajuste da espaçamento das lâminas, pois uma distância mal ajustada é a principal causa de resíduos, finos e gêmeos. Um gabinete à prova de som e um guarda interligado são requisitos de segurança padrão.

Anel de água e pelotização subaquática

A pelotização com anel de água corta a fusão na face da matriz com uma cabeça de lâmina rotativa, enquanto um anel de água pulverizado ao redor da câmara de corte resfria e transporta os pellets. Isso evita completamente o manuseio de fios, o que é adequado para materiais de baixa viscosidade, adesivos de fusão em caldeira e produtos que não podem formar um fio estável. A pelotização subaquática vai mais longe, submergindo toda a face da matriz em um circuito de água de processo com controle de temperatura; os pellets são cortados, resfriados e transportados em uma única operação, produzindo pellets quase esféricos com muito pouco pó. Ambos os caminhos exigem um sistema de água de processo com uma bomba, um trocador de calor, um filtro e controle de temperatura, e ambos adicionam um secador centrífugo em linha. Sua fraqueza é a mudança: a limpeza e a limpeza de uma matriz submersa e de uma câmara de corte demoram mais do que a troca de fios, por isso os compostores de trabalho que executam muitas cores geralmente permanecem com a corte de fios.

Método de pelotização	Materiais adequados	Forma do pellet	Intervalo de saída típico	Dificuldade de manutenção	Custo relativo
Pelletização em praia, banho de água	A maioria dos termoplásticos preenchidos e não preenchidos, compostos de engenharia	Cilíndrico, 2 a 4 mm	50 a 3000 kg/h	Ajuste baixo, da lâmina e do rolo	Baixo a médio
Cortação por disco de água	Grados de baixa viscosidade, masterbatch de enchimento, adesivos	Lente para oval	100 a 2000 kg/h	Médio, pressão da lâmina e face do matriz	Médio a alto
Pelletização subaquática	Elastômeros, TPE, adesivo a quente, produto único de alta produção	Próximo de esférico, com pouca poeira	300 a 6000 kg/h	Gestão de alta pressão, ciclo de água e vedação	Premium
Cortação de faces de matriz refrigerada a ar	Gramagens sensíveis à umidade, composto de PVC, alguns masterbatch	Irregular para lente	50 a 800 kg/h	Médio, controle do desgaste das lâminas e dos finos	Médio

Secador centrífugo e tela vibratória

Qualquer fluxo de pellets cortados a molho passa por um secador centrífugo, um rotor vertical dentro de uma cesta de tela perfurada que joga a água para fora, enquanto levanta os pellets para cima. Com o tamanho adequado, deixa a umidade da superfície abaixo de aproximadamente 0,1%, o que é suficiente para o imediato embalamento de produtos não higroscópicos. A velocidade do rotor e o ângulo das palhetas devem ser ajustáveis, pois pellets moles ou cerosos podem se espalhar em alta velocidade. Em seguida, segue um classificador de tela vibratória, geralmente com dois ou três decks: o deck superior rejeita pellets longos ou fundidos e caudas de fios, o deck de trabalho passa o produto conforme a especificação e o deck inferior recolhe finos e pó. As telas são máquinas simples que se pagam sozinhas na primeira vez que um pelet de tamanho maior do que o normal bloquearia a secadora ou a entrada de alimentação de um cliente.

Manipulação, mistura e embalagem em downstream

O bloco de acabamento converte um fluxo contínuo de pellets em um produto homogêneo, verificado e rastreável, embalado de acordo com as especificações do cliente. As suas máquinas são convencionais, mas as interfaces entre elas são onde se concentram os riscos de contaminação e rotulagem incorreta.

Mistura de silos

A saída de compósitos varia ligeiramente ao longo de uma série de produção, conforme os alimentadores se reabastecem, as condições ambientais mudam e as telas se enchem. Um silo de mistura de 2 a 30 m³ homogeneiza essa variação. Os blenders de gravidade utilizam tubos internos com entradas escalonadas, de modo que o material de muitas camadas horizontais é descarregado simultaneamente; os blenders agitados utilizam um parafuso interno lento. A mistura é muito importante para produtos que exigem uma cor precisa e para compostos vendidos em uma janela estreita de taxa de fluxo do derretimento, onde a consistência de lote para lote é a principal vantagem competitiva. Os silos devem ter um medidor de nível, um filtro de pó na parte superior e um ponto de amostragem na saída.

Detecção de metais e separação magnética

Dois dispositivos protegem os clientes downstream. Um magnete de grade de terras raras ou um magnete de gaveta instalado em uma rampa de queda livre captura partículas ferrosas provenientes de desgaste, lâminas quebradas e hardware solto. Um detector de metais em queda livre abaixo do ímã detecta fragmentos não ferrosos e inoxidáveis e aciona uma válvula de rejeição rápida. Ambas são seguros baratos: um único fragmento de metal que atinja uma máquina de moldagem por injeção de um cliente pode danificar um parafuso, um canal de aquecimento ou uma cavidade do molde, e o pedido de reparação resultante superará o custo do equipamento várias vezes. A sensibilidade de detecção deve ser verificada no início de cada turno, utilizando esferas de teste certificadas, e o resultado deve ser registrado.

Pesagem, embalagem e paletização

As configurações de embalagem seguem o perfil do cliente. Uma linha de sacos de 25 kg utiliza uma câmara de pesagem neta, um colocador de sacos ou colocação manual de sacos, uma turbina ou cabeça de enchimento com air-packer e uma seladora térmica ou cabeça de costura, a uma taxa geralmente entre 200 e 600 sacos por hora. As estações de sacos em grandes quantidades preenchem sacos de 500 a 1000 kg em uma plataforma de pesagem com um sistema de inchação e ganchos para sacos. As linhas de sacos com boca aberta e cabeças de formatação, enchimento e selamento são usadas quando é preferido um saco de filme impresso. A pesagem automática após o enchimento deve ser padrão, uma vez que as disputas de peso dos sacos são um ponto de fricção comercial comum. Em seguida, um empilhador robótico ou de pórtico empilha os sacos em um padrão estável e um envoltório de estiramento segura a carga. A empilhagem é a atualização de automação mais comum do estágio dois, porque remove o trabalho manual mais pesado na fábrica e seu benefício escala diretamente com o volume.

Sistemas de utilidade atrás da linha

Os utilitários são habitualmente subestimados nos projetos de compósitos, e as consequências aparecem como perda de capacidade no verão, desvio do controle da temperatura e paradas não planejadas. Uma linha de compósitos converte uma grande fração de sua potência de acionamento em calor que deve ser removido e move pós que devem ser capturados.

Sistema de água de refrigeração

Normalmente são necessários dois circuitos de água. Um circuito fechado de água macia serve os canais de refrigeração do tambor e, quando equipado, o refrigerador de óleo da caixa de engrenagens; deve ser macia ou desmineralizada, pois os canais do tambor perfurados são estreitos e a formação de depósitos é efetivamente irreversível. Um circuito aberto a partir de uma torre de refrigeração serve o banho de água de pelotização, a água de processo para a corte da face da matriz, a água de vedação da bomba de vácuo e o trocador de calor de placas que rejeita o calor do circuito fechado. Um refrigerador é adicionado quando o banho de fios deve funcionar abaixo da temperatura da umidade ambiente ou quando um produto específico necessita de resfriamento rápido, e uma unidade do tipo controlador de temperatura da matriz é às vezes utilizada para manter a matriz ou a água de processo submersa a uma temperatura definida. O tratamento da água, a filtração e um regime de biocidas protegem todo o sistema.

Ar comprimido, extração de pó e distribuição elétrica

O ar comprimido a 0,6 a 0,8 MPa aciona válvulas de transporte, trocadores de tela pneumáticos, facas de ar, estações de manuseio e limpeza de sacos. Um secador refrigerado é o mínimo, com um secador dessecante quando a qualidade do ar do instrumento é especificada, além de um receptor de ar dimensionado para absorver os picos de demanda que a limpeza de filtros de jato pulsado cria. A coleta de poeira utiliza filtros de saco de jato pulsado na estação de sacos em massa, alimentadores de pó, trituradores e pontos de embalagem, com a velocidade de captura especificada em cada coifa, em vez de assumida. As colunas de escape do extrusor e as fumaças da face da matriz precisam de um caminho de extração separado; a adsorção com carbono ativado lida com cargas moderadas, enquanto um oxidante térmico catalítico ou regenerativo é usado quando os limites locais de emissão ou pacotes de estabilizadores pesados o exigem.

O projeto elétrico começa a partir da carga conectada: motor principal, aquecedores de tambor, alimentadores, bombas de vácuo, bombas de água, secador, granulador, compressor de ar, coletor de pó e linha de embalagem. Como os aquecedores e a unidade de propulsão principal raramente consomem energia máxima simultaneamente, o transformador é dimensionado para uma carga diversificada, com espaço para expansão futura. A arquitetura de controle é um PLC com uma HMI na extrusora, controle distribuído para o grupo de alimentadores e uma camada de supervisão que registra os dados do processo. As interfaces de dados para um sistema de gestão da fábrica geralmente utilizam OPC UA, com o EUROMAP 63 ainda encontrado em equipamentos de plástico mais antigos; especificar a interface na compra evita a instalação posterior de alto custo.

Capacidade da Linha	Demanda de água de resfriamento	Carga conectada indicativa	Ar comprimido	Fluxo de ar de extração de poeira
100 kg/h	8 a 15 m³/h	60 a 110 kW	0,3 a 0,6 m³/min	1500 a 3000 m³/h
300 kg/h	15 a 30 m³/h	120 a 220 kW	0,6 a 1,2 m³/min	3000 a 6000 m³/h
500 kg/h	25 a 45 m³/h	200 a 350 kW	1,0 a 2,0 m³/min	5000 a 9000 m³/h
1000 kg/h	45 a 80 m³/h	350 a 600 kW	1,5 a 3,0 m³/min	8000 a 15000 m³/h

Equipamento de laboratório e de controle de qualidade

Uma fábrica de compósitos vende propriedades medidas, e não pellets, o que faz do laboratório um ativo de produção em vez de um custo. O conjunto mínimo verifica o fluxo, o desempenho mecânico, o desempenho térmico, o teor de enchimento e a aparência; o conjunto estendido adiciona a inflamabilidade e uma linha piloto de compósito para trabalhos de formulação.

O instrumento que é mais utilizado é o teste de taxa de fluxo de fusão, porque a taxa de fluxo de fusão é o indicador mais rápido de que uma amostra se desviou, seja por erro no alimentador, excesso de cisalhamento ou degradação por umidade. O teste de tração verifica o nível de reforço realmente alcançado, o teste de impacto revela uma dispersão inadequada do modificador de impacto e o teste de deformação térmica e Vicat confirmam as reivindicações térmicas na ficha técnica. Um forno de muffle mede o teor de cinzas, que é a verificação direta do enchimento e do carregamento de vidro, e portanto da calibração do alimentador. Um colorímetro fecha o ciclo de comparação de cores, e um analisador de umidade verifica tanto a resina de entrada como a umidade dos pellets acabados.

Equipamento de Laboratório	Propriedade medida	Padrão de referência	Por que é importante em uma linha de compósito
Teste de taxa de fluxo de fusão	Velocidade de fluxo de massa fundida, velocidade de fluxo de volume da massa fundida	ISO 1133, ASTM D1238	Verificação diária mais rápida para degradação e derivação do alimentador
Máquina de ensaio universal	Resistência à tração, alongamento, propriedades de flexão	ISO 527, ISO 178	Confirma o nível de reforço e a retenção da comprimento das fibras
Teste de impacto, Izod e Charpy	Resistência ao impacto com rachadura	ISO 180, ISO 179	Detecta a dispersão deficiente do agente de melhoria do impacto
Aparato HDT e Vicat	Temperatura de deflexão térmica, ponto de amolecimento	ISO 75, ISO 306	Valida as reivindicações térmicas para compostos de engenharia
Forno de isolamento	Contenção de cinzas e de preenchimento	ISO 3451	Verificação direta da carga de preenchimento e vidro
Colorímetro	Diferença de cor, brancura, amarelamento	Série ISO 105, ASTM D2244	Aprovação de cor objetiva e correspondência de lote
Analisador de umidade	Contenção de umidade	ISO 15512	Controlea o secagem e evita a degradação hidrolítica
Câmara de ensaio de inflamabilidade	Classificação do comportamento ao fogo	UL 94	Requerido para o desenvolvimento de compostos retardadores de chama
Extrusora de dois parafusos de laboratório	Ensaios de compósitos em pequenas quantidades	Não aplicável	Permite desenvolver receitas sem ocupar a linha de produção

O extrusor de dois parafusos de laboratório merece atenção especial. Uma máquina de laboratório de 20 a 25 mm, com a mesma família de geometria de parafusos que a linha de produção, permite desenvolver uma formulação em alguns quilogramas de material e, em seguida, escalar com confiança, porque a entrada de energia específica e a configuração do parafuso se traduzem em toda a gama. A Kerke fornece extrusores de dois parafusos de laboratório junto com suas máquinas de produção especificamente para que o trabalho de desenvolvimento e o trabalho de produção permaneçam em geometrias comparáveis, o que é o que torna a escalabilidade previsível em vez de experimental.

Configurações de linha completas por classe de rendimento

A seleção de equipamentos muda qualitativamente, e não apenas quantitativamente, à medida que o rendimento alvo aumenta. A 100 kg/h, uma planta de compósitos pode funcionar de forma semi-manual com uma automação mínima; a 1000 kg/h, a manipulação do material, os serviços públicos e o empacotamento devem ser mecanizados ou o trabalho e o tempo de parada consomem a vantagem de rendimento.

Estação	100 kg/h	300 kg/h	500 kg/h	1000 kg/h
Classe de extrusor	Ø35 mm, L/D 40 a 44	Ø50 mm, L/D 44 a 48	Ø65 mm, L/D 44 a 48	Ø75 a 95 mm, L/D 40 a 48
Alimentadores de perda de peso	1 principal mais 1 a 2 aditivos	1 principal mais 2 a 3 aditivos	1 principal mais 3 a 4 aditivos	1 principal mais 4 a 6 aditivos
Alimentador lateral	Opcional, único	Unico, de dois parafusos	Single ou duplo	Duplo, com uma ventilação
Manipulação em grandes quantidades	Inversão manual da saca	Estação de carga Ton plus transportador a vácuo	Estação de carga de sacos, silo, sistema de transporte central	Silos ao ar livre, entrada de tanque, transporte central
Secagem	50 a 100 kg de secador de tanque	Secador dessecante de 150 a 300 kg	300 a 500 kg de secador dessecante	600 a 1000 kg de secador desidratante
Alterador de tela	Placa de deslizamento manual	Troca rápida hidráulica	Hidráulico ou com pistão duplo	Duplo pistão, quatro posições ou contínuo
Bomba de fusão	Não é típico	Opcional	Recomendado para filtração fina	Recomendado
Pelletização	Praia, banheira de 2 m	Praia, banheira de 3 m	Praia de 4 a 5 m de profundidade, ou anel de água	Praia de 5 a 6 m de profundidade, ou subaquática
Classificação	Ecrã de um único deck	Tela de dois decks	Ecrã de dois ou três andares	Tela de três decks mais ciclone fino
Mistura	Misturador de lote, opcional	2 a 5 m³ silo	5 a 10 m³ silo	15 a 30 m³ silo
Embalagem	Pesagem manual e selagem	Embalagem semi-automática	Empacotamento automático	Empacotamento automático mais paletizador
Controlee	Extrusor PLC e HMI	Controlee do grupo de extrusor e alimentador	Controlee central de receitas	Controlee centralizado com registo de dados SCADA

Dois padrões são dignos de nota. Em primeiro lugar, o número de alimentadores aumenta mais rapidamente do que o rendimento, porque a complexidade do produto, e não o volume, é o que determina o número de alimentadores; uma linha de mistura especial de 300 kg/h pode ter mais alimentadores do que uma linha de enchimento de produtos básicos de 1000 kg/h. Em segundo lugar, a automação do embalamento torna-se obrigatória a partir de 500 kg/h, porque o embalamento manual acima dessa taxa requer uma cobertura contínua de vários operadores, o que rapidamente supera o custo da máquina.

Obrigatório versus opcional: faseamento do equipamento

Não é necessário que todas as máquinas da lista principal cheguem no primeiro dia. A maneira confiável de implementar uma instalação de mistura é instalar tudo o que toca o caminho de fusão e tudo o que é difícil de adaptar, e adicionar precisão, automação e capacidade mais tarde. O equipamento do caminho de fusão define o que a instalação pode produzir fisicamente; o equipamento periférico define a eficiência com que o faz.

Instale desde o início: o extrusor com sua configuração final de L/D e barril, o sistema de vácuo, o corpo do trocador de tela, o matriz, o banho de água com a sua dimensão final, o granulador, a tela de classificação, o sistema de água de resfriamento com a sua capacidade final, a fonte de energia elétrica e as caixas de cabos, e a plataforma mezanina com espaço para o número máximo de alimentadores planejado. Estender um barril, alongar um banho de água, aumentar o tamanho de um transformador ou ampliar uma torre de resfriamento depois que a fábrica está em funcionamento sempre custa mais e interrompe a produção.

Deferir, se necessário: alimentadores adicionais de perda de peso além da necessidade inicial da receita, a bomba de injeção de líquido, a bomba de fusão, o segundo alimentador lateral, o detector de metais, o embalamento automático, a paletização, o silo de mistura e o laboratório ampliado. Cada um destes pode ser integrado posteriormente, desde que o espaço físico, as conexões de utilidade e a capacidade de reserva na caixa de controle sejam reservados. A reserva é uma disciplina crítica: deixar uma estrutura de montagem, uma porta de tanque em branco, uma fenda de acionamento de reserva e uma rota de cabo etiquetada custa muito pouco durante a construção e transforma uma atualização futura em um trabalho de fim de semana.

Dois itens comumente adiada merecem uma advertência. Pular o detector de metais é uma falsa economia, tendo em conta os danos que um único fragmento pode causar na máquina de moldagem de um cliente. Ignorar o forno de cinzas e o medidor de fluxo de fusão significa que a fábrica não pode verificar a carga de preenchimento ou detectar a degradação, o que deixa o controle de qualidade dependente das reclamações dos clientes. Ambas são investimentos modestos em relação ao risco que retiram.

Ao selecionar um fornecedor que possa fornecer toda a linha como um escopo integrado, elimina-se a maioria dos riscos de interface. A fábrica Kerke, da Wanplas, constrói extrusoras paralelas de parafuso duplo em rotação conjunta, juntamente com sistemas de alimentação, alimentadores laterais, sistemas de corte e granulagem, misturadores de alta velocidade, granuladores, pulverizadores e refrigeradores de água, e os fornece como linhas de mistura completas. As plataformas internacionais estabelecidas da Coperion, Leistritz, JSW e Berstorff atendem o mesmo mercado no segmento premium, e a comparação prática para a maioria dos compradores é entre uma linha totalmente integrada, com uma única responsabilidade de comissionamento, e uma montagem de vários fornecedores que deve ser coordenada no local. A Wanplas, a marca-mãe por trás da Kerke e das suas fábricas irmãs, aplica compromissos em nível de grupo em relação ao suporte de peças, verificação da capacidade e padrões de qualidade em todo o seu equipamento.

Perguntas Frequentes

Qual é o conjunto de equipamentos mínimo viável para uma linha de compósito de dois parafusos?

Uma linha funcional precisa de um alimentador principal de redução de peso, um extrusor de dois parafusos co-rotativos com desvolatilização a vácuo, um trocador de peneiras, uma matriz de fio, um banho de água com faca de ar, um granulador de fio, uma peneira vibratória, uma estação de embalagem semi-automática, além de água de resfriamento e ar comprimido. Este conjunto permitirá a produção de pellets vendáveis a partir de uma receita simples. Tudo o resto na lista principal melhora a precisão, amplia a gama de produtos, reduz o trabalho ou protege a qualidade, mas não é necessário para que a linha funcione.

Quais máquinas podem ser adicionadas mais tarde sem a necessidade de reconstruir a linha?

Alimentadores adicionais de perda de peso, a bomba de injeção de líquido, uma bomba de fusão, um segundo alimentador lateral, detecção de metais, embalagem automática, paletização, silos de mistura e a maioria dos instrumentos de laboratório são todos retrofit simples. A condição é que a mezanina, as portas do tanque, as conexões de utilidade e o armário elétrico tenham sido dimensionados para a configuração final durante a construção. O que não pode ser adicionado facilmente é a extensão do tanque, a extensão do banho de água, a capacidade do transformador e a capacidade da torre de resfriamento, portanto, essas características devem ser especificadas no objetivo final desde o primeiro dia.

Como uma linha de fibra de vidro difere de uma linha de enchimento padrão?

Uma linha de fibra de vidro utiliza revestimentos de tambor bimetálicos e elementos de parafuso de metalurgia em pó para resistir à abrasão, introduz a fibra através de um alimentador lateral dedicado colocado abaixo da zona de fundição, e opera uma configuração de mistura deliberadamente suave após a porta lateral para preservar a extensão residual da fibra. O granulador de fios necessita de lâminas de carburo de tungstênio ou de alta ligação e de uma manutenção mais frequente das lâminas. Em vez disso, uma linha mineral com alto teor de preenchimento enfatiza a capacidade do alimentador lateral, a dosagem de pó com dois eixos, a capacidade adicional de vácuo e um sistema de coleta de pó substancialmente maior.

Quando a pelotização subaquática vale a complexidade adicional?

A pelotização subaquática ganha seu lugar com produtos de baixa viscosidade que não podem manter uma fita, com elastômeros, TPE e adesivos de fusão a quente, com linhas de produção de um único produto de alta capacidade, acima de aproximadamente 1000 kg/h, e onde o cliente especifica pellets esféricos e livres de poeira. Ela oferece um ciclo de água de processo, um trocador de calor, manutenção de vedação e maior tempo de mudança. Para um compostoiro de trabalho que realiza frequentes alterações de cor e material, a pelotização de fita geralmente continua sendo a escolha mais econômica e operacional.

Quantas zonas de controle de temperatura o tanque deve ter?

A maioria das máquinas de mistura utiliza de 6 a 12 zonas, com uma zona por segmento de tanque ou por par de segmentos, além de controle separado na matriz e em qualquer adaptador. Mais zonas oferecem um controle mais preciso sobre o perfil de fundição e são valiosos para sistemas sensíveis ao calor, como compostos de PVC, graus retardadores de chama e poliésteres biodegradáveis. O número de zonas deve ser compatível com o resfriamento por válvula proporcional se o processo precisar manter uma variação de cerca de 1 a 2 graus Celsius, porque o resfriamento on/off por solenoide não pode alcançar essa faixa de forma confiável.

Preciso de uma válvula de ventilação atmosférica e uma válvula de vácuo?

A ventilação em duas etapas é recomendada sempre que a matéria-prima contenha uma carga significativa de umidade ou de compostos voláteis, o que inclui material reciclado, enchimento não seco e sistemas reativos. A ventilação atmosférica remove a maior parte dos vapores a um custo baixo, de modo que a seção de vácuo só precisa lidar com o resto e pode alcançar um vácuo eficaz mais profundo. Para resinas virgens secas com pacotes de aditivos leves, uma ventilação a vácuo única é normalmente suficiente.

Que interfaces de dados a linha deve suportar?

Especifique o OPC UA como a interface principal para dados de processo, download de receitas e geração de relatórios por lote, uma vez que esta é a direção atual para a conectividade de máquinas de plástico. O EUROMAP 63 ainda está presente em equipamentos mais antigos e pode ser necessário para compatibilidade com um sistema de fábrica existente. Concordar a lista de tags, o intervalo de amostragem e a responsabilidade pela conexão na fase de compra evita um projeto de integração caro após a comissionamento.

Quanto espaço no chão é necessário para uma linha completa de compósitos?

Uma linha de 100 a 300 kg/h ocupa, em média, uma extensão de cerca de 15 a 22 metros, com uma largura de 5 a 7 metros, mais uma altura de pelo menos 4,5 metros para a plataforma de alimentação. Uma linha de 500 a 1000 kg/h geralmente requer 25 a 40 metros de comprimento, 8 a 12 metros de largura e 6 metros ou mais de altura livre. Adicione áreas separadas para armazenamento de matérias-primas, produtos acabados, a sala de utilidades e o laboratório, e deixe acesso para a manutenção ao longo de pelo menos um dos lados do tambor para a retirada das hélices.

Conclusão

A construção de uma fábrica de plásticos de compósitos com hélice dupla significa especificar cerca de trinta máquinas que devem funcionar como um sistema contínuo. O extrusor define o que a fábrica pode produzir, mas os alimentadores definem a precisão com que isso é feito, o vácuo e a filtração definem a pureza da mistura que chega à matriz, a escolha de pelotização define a forma e o nível de poeira que o cliente recebe, e as instalações de utilidades definem se tudo ainda funciona a plena capacidade no dia mais quente do ano. Ler a fábrica como um fluxo de materiais, estação por estação, é a única forma confiável de evitar os gaps que aparecem quando o equipamento é comprado como uma coleção de máquinas individuais.

A sequência prática é simples. Defina primeiro o fluxo de produção e a família de produtos, porque estes determinam o diâmetro da hélice, o torque específico, a relação L/D e o número de alimentadores. Em seguida, escolha o método de pelotização, uma vez que determina o escopo de resfriamento, secagem e tratamento de água. Depois, dimensionar as instalações de utilidades de acordo com a carga real de calor e poeira, em vez de usar uma regra de cálculo. Por último, decida o que instalar agora e o que reservar espaço, instalando tudo na via da mistura e tudo o que é difícil de retrofitar. A Kerke, uma fábrica da Wanplas com mais de doze anos de especialização em extrusores de compósitos de hélice paralela, fornece essas linhas como sistemas integrados que abrangem alimentação, extrusão, pelotização e equipamentos auxiliares, de modo que as interfaces entre as estações sejam projetadas uma vez, em vez de negociadas no local.