Extrusão PVC Formatada

PROPREPARAÇÃO E EXTRUSÃO DE COMPOSTOS DE PVC

REV. 00

Por questões de otimização e racionalização de espaço, este material não segue necessariamente as normas de metodologia científica.

Moldagem por Extrusão

ESCOLA TÉCNICA TUPY

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 31. CONCEITO 32. CARACTERÍSTICAS DO PVC 34. ADITIVOS 4

4.1 PRINCIPAIS ADITIVOS UTILIZADOS NA FORMULAÇAO DE PVC 54.1.1 PLASTIFICANTES 54.1.2 ESTABILIZANTES 54.1.3 LUBRIFICANTES 64.1.4 CARGAS OU REFORÇOS 64.1.5 RETARDANTES DE CHAMA 64.1.6 PIGMENTOS 7

4.2 OUTROS ADITIVOS 75. COMPOSTOS DE PVC 76. MOLDAGEM POR EXTRUSÃO 8

6.1 Extrusão de tubos e perfis rígidos de PVC 96.2 Extrusão de chapas de PVC 96.3 Extrusão de mangueiras e perfis flexiveis de PVC 106.4 Extrusão de filmes de PVC 106.5 Extrusão de isolamento de fios e cabos elétricos por PVC 10

REFERÊNCIAS 11

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INTRODUÇÃO

O desenvolvimento das resinas de PVC teve início em 1835, quando Justus Von Liebig

descobriu o monômero cloreto de vinila (MVC), um gás à temperatura ambiente com ponto de

ebulição de -13,8ºC. O primeiro registro da polimerização do MVC e obtenção do PVC ocorreu em

1872. E. Baumann detalhou a mudança do MVC induzida pela luz para um produto sólido branco,

que imaginou ser um isômero do monômero. As propriedades dessa substância, descritas por ele,

coincidem com as propriedades apresentadas pelo PVC.

Dentre os plásticos, o PVC é o mais versátil. Devido à necessidade de a resina ser

formulada mediante a incorporação de aditivos, o PVC pode ter suas características alteradas

dentro de um amplo espectro de propriedades em função da aplicação final, variando desde o rígido

ao extremo flexível, passando por aplicações que vão desde tubos e perfis para uso em construção

civil até brinquedos e laminados flexíveis para acondicionamento de sangue e plasma.

A grande versatilidade do PVC deve-se, em parte, também à sua adequação aos mais

variados processos de moldagem, podendo ser injetado, extrudado, calandrado, soprado,

espalmado, etc.

Utilizado para a confecção de produtos acabados, para a produção de

semimanufaturados, adição de pigmentos e aditivos e também para a remoção de umidade e

voláteis, bem como para reação de polimerização.

A moldagem por extrusão apresenta a caracteristica essencial, que a distingue de todos os

demais processos de transformações de material plástico por ser um processo continuo.

1. CONCEITO

O PVC é um polímero produzido a partir do Monômero de Cloreto de Vinila (MVC). Esse

monômero é altamente prejudicial à saúde se estiver presente no produto final, sendo este um

importante detalhe que é muito bem controlado pelos fabricantes de PVC. Modernos métodos de

polimerização tornaram o PVC um produto atóxico. Entretanto, os gases liberados pelo PVC

durante a combustão (HCl e Cl2) são altamente tóxicos quando inalados por quem queima o PVC

ou está próximo do local.

O PVC não é um material como os outros. É o único material plástico que não é 100%

originário do petróleo. O PVC contém, em peso 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio – sal de

cozinha) e 43% de eteno.

2. CARACTERÍSTICAS DO PVC

É um polímero vinílico;

Polímero amorfo, devido ao grupo lateral volumoso (cloro);

PM = 50.000 – 100.000

Densidade = +/- 1,39 g/cm3

Tg = +/- 80ºC;

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Basicamente existem dois tipos: PVC Rígido e PVC Flexível;

Molécula polar, o que implica em alta energia coesiva;

Força Intermolecular Dipolo-Dipolo;

Por possuir estrutura polar, resiste quimicamente a substâncias apolares, como

gasolina, óleos e graxas, e é atacado por solventes fortemente polares, como acetona e

clorofórmio.

Material atóxico, duro, tenaz e transparente

Baixa combustibilidade;

Boa resistência à ignição

Auto-extinguivel;

Boa resistência à corrosão e à oxidação,

Boa isolação elétrica e térmica

Boa resistência à intempéries.

Densidade (g/cm3) – Rig 1,40 – 1,45 / Flex 1,10 – 1,45

3. APLICAÇÕES

4. ADITIVOS

A utilização pratica das resinas de PVC, salvo em aplicações extremamente especificas,

demanda sua mistura com substancias, compostos ou produtos químicos variados, conhecidos

como aditivos. A inclusão de aditivos na formulação ou composições de plásticos ou borrachas visa

aplicações específicas, por exemplo, baixar o custo, modificar ou melhorar diversas propriedades,

facilitar o processamento, melhorar a rigidez ou flexibilidade, dar transparência ou opacidade ao

produto ou ainda, apresentar resistência à exposição ao intemperismo.

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Os aditivos incorporados às formulações de PVC são tradicionalmente

quantificados em partes por cem partes de resina (pcr), o que representa a quantidade em

massa do aditivo em relação a 100 unidades de massa de resina.

Exemplo de formulação

Resina PVC 100 pcr 86,2%

Plastificante 5 pcr 4,3%

Lubrificante 1 pcr 0,9%

Estabilizante 4 pcr 3,4%

Pigmento 6 pcr 5,2 %

TOTAL 116 pcr 100%

4.1 PRINCIPAIS ADITIVOS UTILIZADOS NA FORMULAÇAO DE PVC

4.1.1 PLASTIFICANTES

Sua principal função é dar flexibilidade ao PVC

Principais tipos:

Acetil tributil citrato

Butil benzil ftalato (BBP)

Dibutil ftalato (DBP)

Diisobutil ftalato (DIBP)

Dioctil ftalato (DOP)

Diisononil ftalato (DINP)

4.1.2 ESTABILIZANTES

Tem com principal função evitar a degradação térmica do PVC. Considerando o fato de que

o processamento do PVC requer temperaturas da ordem de 100 a 220º C e se da em presença de

oxigênio, o mesmo se torna instável, necessitando do uso de vários aditivos como estabilizantes

térmicos, antioxidantes e estabilizantes ao U.V.

Principais tipos:

Ba/Cd, Ba/Zn, Ba/Cd/Zn líquidos

Carbonato básico de chumbo

Estabilizantes base Ca/Zn

Estearato dibasico de chumbo

Base estanho

Sulfato tribasico de chumbo

4.1.3 LUBRIFICANTES

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São aditivos que, quando adicionados ao PVC em pequenas quantidades, reduzem a

barreira ao movimento relativo entre as moléculas do polímero e entre a massa polimérica fundida e

sua vizinhança (equipamentos). Os efeitos dos lubrificantes devem ser sentidos somente durante o

processamento, sob efeito de temperatura e cisalhamento.

Principais tipos:

Acido esteárico (estearina)

Cera de polietileno

Cera parafinica

Estearato de cálcio

Etileno bisestearamida

Óleo mineral

4.1.4 CARGAS OU REFORÇOS

As cargas ou reforços são incorporadas ao PVC para trazerem não somente o beneficio

básico de redução de custos da formulação, mas também proporcionar algumas melhorias em

propriedades como, por exemplo: aumento da estabilidade dimensional, aumento da rigidez,

aumento da dureza, aumento da temperatura de amolecimento Vicat, aumento da tenacidade, etc.

Principais tipos:

Argila calcinada

Barita

Carbonato de Cálcio

Mica

Talco

4.1.5 RETARDANTES DE CHAMA

Reduzem a capacidade de propagação da chama e aumentam a tendência do PVC para a

auto-extinção.

Principais tipos:

Alumina trihidratada

Antimonato de sódio

Carbonato de magnésio hidratado

Hidróxido de magnésio

Oxido de molibdênio

Pentoxido de antimônio

4.1.6 PIGMENTOS

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Além de fornecerem a capacidade de coloração do composto produzido, os pigmentos

podem ser utilizados também para melhorar a estabilidade a radiação UV, melhorando assim a

resistência ao intemperismo.

Principais tipos:

Dióxido de titânio (anatase)

Negro de fumo

Pastas pigmentarias

Dióxido de titânio (rutilo)

4.2 OUTROS ADITIVOS

Auxiliares de processamentos – Aumento da viscosidade do fundido

Modificadores de impacto – Melhorar o comportamento mecânico sob impacto

Agentes de expansão – Promover a formação de uma estrutura celular

Controladores de viscosidade – Controlar a viscosidade do fundido

Solventes – Melhorar a viscosidade e facilitar a solubilidade da resina

Agentes promotores de adesão – Proporciona as formulações uma forte aderência

a superfícies metálicas, de vidro, fibras de vidro e tecidos sintéticos

Biocidas – Substancias capazes de inibir a formação de colônias de

microorganismos (bactérias, fungos e algas)

Antiestaticos – Evitar a formação de cargas eletrostáticas nos produtos finais

Antibloqueios e deslizantes – Reduzir a adesão entre diferentes camadas dos

mesmos, de modo a permitir sua manipulação e separação de camadas com maior

facilidade.

Fosqueantes – Promove a redução do brilho em produtos acabados

Desmoldantes – Evitar a tendência que as peças plásticas possuem em aderir as

paredes internas do molde

5. COMPOSTOS DE PVC

A utilização prática de resinas de PVC para a manufatura de produtos demanda sua

mistura com aditivos. Essa mistura é normalmente realizada em misturadores intensivos do tipo

batedeira, também denominados turbo-misturadores ou misturadores de alta velocidade.

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Fig 1: Misturador para compostos de PVC

Esses misturadores consistem basicamente em uma câmara cilíndrica em cujo fundo são

instaladas pás de mistura, as quais são movimentadas por motores elétricos potentes, capazes de

fazê-las girar em altas velocidades, necessárias para efetiva agitação do sistema e mistura dos

componentes. A câmara cilíndrica tem em seu topo uma tampa dotada de aberturas pelas quais os

aditivos podem ser inseridos conforme a seqüência de mistura desejada. As paredes da câmara do

misturador, bem como as pás de mistura e demais componentes metálicos que entram em contato

com a resina devem ser cromados, para reduzir ao mínimo a tendência de adesão dos ingredientes

da formulação durante o processo.

Compostos Rígidos: Adição dos componentes da formulação no início do processo; Mistura em alta velocidade; Temperatura necessária para que todos os componentes sofram fusão = 120 a 130ºC.

Compostos Flexíveis: Adição da resina, lubrificantes sólidos e estabilizantes térmicos no início do processo; Mistura em alta velocidade até a temperatura atingir 80 a 95ºC; Incorporação dos aditivos líquidos e plastificantes; Aumento da velocidade do misturador; Incorporação das cargas minerais; Descarga do composto quando a temperatura atingir 85 a 100ºC.

6. MOLDAGEM POR EXTRUSÃO

O processo de moldagem por extrusão é uma das técnicas de processamento mais

utilizadas para converter compostos de PVC em produtos comerciais. Considera-se que entre 45 e

50% de todos os produtos de PVC são obtidos por meio de processamento por extrusão. A

capacidade do PVC de aceitar várias modificações por meio de incorporações de aditivos permite

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seu uso em uma ampla diversidade de produtos, dentre os quais filmes, fios e cabos elétricos,

chapas, perfis, tubos e mangueiras

O processamento de compostos de PVC rígido apresenta alta viscosidade, fazendo

necessários cuidados especiais no projeto da extrusora, uma vez que seu processamento se dá

sob regime de alto torque em motores elétricos, roscas, eixos e acoplamentos. A alta viscosidade

do fundido também impõe maiores pressões ao processo, decorrente disto as temperaturas típicas

do processamento de compostos rígidos de PVC variam na faixa de 150 a 220º C.

Os compostos de PVC flexível, em função da incorporação de plastificantes, apresentam

menor viscosidade quando no estado fundido. Em função disto as temperaturas típicas de

processamento de compostos flexíveis são também menores que no caso dos compostos rígidos,

pois variam na faixa de 100 a 180º C.

Extrusoras monoroscas para PVC possuem relação L/D na faixa de 16/1 até 36/1, sendo

mais utilizadas na faixa entre 22/1 a 26/1. Para as extrusoras dupla roscas normalmente

apresentam a relação L/D 28/1.

6.1 Extrusão de tubos e perfis rígidos de PVC

A produção de tubos rígidos de PVC normalmente é feita por meio da utilização de

extrusoras de rosca dupla, a partir do composto na forma de dry blend.

O processo de produção de tubos rígidos de PVC inicia-se na extrusora, responsável pela

homogeneização e plastificação do composto na forma de pó. Uma vez fundido, o composto

alimenta a matriz, responsável pela conformação do material na forma do produto final. Na saída da

matriz encontra-se um calibrador a vácuo, o qual resfria o material fundido e dá as dimensões ao

produto final. Para linhas de maior produtividade ou em tubos de maiores espessuras é comum a

utilização de água gelada no resfriamento do calibrador, de modo a conseguir maiores taxas de

remoção de calor. Ao processo ainda são incorporados banheiras de refrigeração, puxadores e

sistemas de cortes.

6.2 Extrusão de chapas de PVC

O composto de PVC aquecido e fundido é então resfriado para adquirir sua espessura final.

Chapas de pequena espessura são normalmente resfriadas por meio de contato com rolos,

enquanto que chapas de maiores espessuras podem tanto ser resfriadas mediante contato com

rolos quanto por meio de calibradores a vácuo.

Chapas finas podem ser refiladas para ajuste da largura e continuamente embobinadas. Já

as chapas de maior espessura e conseqüentemente rigidez são puxadas, cortadas por serra ou

guilhotinas em comprimentos pré-determinados e empilhados.

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6.3 Extrusão de mangueiras e perfis flexíveis de PVC

O processo de fabricação de mangueiras e perfis flexíveis de PVC difere significativamente

do processo de produção de perfis rígidos de PVC. O composto é normalmente alimentado em

extrusoras de rosca simples na forma granulada e extrudado através da matriz. O material é então

resfriado por meio da passagem por um banho de água, sem a utilização de calibradores. Uma vez

resfriado, o produto é cortado em dimensões pré-definidas, ou ainda embobinado.

6.4 Extrusão de filmes de PVC

Filmes ou películas de PVC podem ser obtidos tanto por processo balão quanto mediante

matrizes planas.

Uma extrusora, normalmente monorosca, alimenta uma matriz tubular cujo anel de saída

tem abertura bastante delgada. O tubo fino assim extrudado sofre então expansão por meio de ar

confinado na forma de bolha, com conseqüente redução de sua espessura e aumento de largura. O

resfriamento da película se da por meio de sopro de ar imediatamente após a saída da matriz, bem

como por contato com o ar confinado no interior da bolha. O filme então é fechado por meio de

rolos pressores e tracionadores e embobinada sob tensão constante. Filmes mais espessos são

obtidos por meio de matriz plana, que sofre o resfriamento através de contato com cilindros

resfriados ou a película é imersa em água, para posteriormente serem refilados e embobinados.

6.5 Extrusão de isolamento de fios e cabos elétricos por PVC

Fios e cabos elétricos podem ser isolados com compostos flexíveis de PVC extrudados

através de matrizes transversais a linha de extrusão. O composto granulado é alimentado em

extrusoras de rosca simples que alimentam a matriz, especialmente desenhada para poder receber

o fio ou cabo a ser recoberto. Uma vez aplicada a camada de composto de PVC, o fio ou cabo

elétrico é resfriado pela passagem por uma serie de banheiras e embobinado em comprimentos

predeterminados.

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REFERÊNCIASBLASS, A. Processamento de Polímeros. 2ª Ed. Editora da UFSC. Florianópolis, 1988.

MILES, D. C. Tecnologia dos polímeros. São Paulo: Polígono (Ed. USP), 1975.

BRASKEM. Tecnologia do PVC. São Paulo: Proeditores / Braskem, 2002.

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