Há anos que trabalho com equipamentos de extrusão de chapas e há uma lacuna entre o que os folhetos de vendas dizem e o que acontece quando você está próximo a uma fila às 2 da manhã tentando descobrir por que o medidor está oscilando. A extrusão de folhas plásticas forma materiais de embalagem para tudo, desde copos de iogurte até recipientes tipo concha, mas obter resultados consistentes exige mais do que apenas seguir o manual.
Começando com o básico, mas não realmente
O tambor da extrusora possui zonas - geralmente seis ou sete dependendo da máquina. Cada zona funciona a uma temperatura diferente, e o gradiente é importante porque você está tentando derreter o polímero gradualmente enquanto aumenta a pressão. Apresse-se e você obterá pellets não derretidos. Vá muito devagar e você corre o risco de degradação térmica, especialmente com materiais-sensíveis à temperatura, como o PVC.
A maioria das operações de PP executa a zona de alimentação em torno de 180 graus e aumenta até cerca de 215 graus na matriz. Mas esses números mudam com base no tipo de resina que você está usando. Um PP de alto-fluxo-de fusão precisa de temperaturas mais baixas do que um grau padrão ou você terá material pingando da matriz antes mesmo de iniciar a linha.
O design da matriz é onde os fabricantes gastam o dinheiro real. Uma matriz barata causa problemas de borda - é onde as bordas da folha são mais grossas que o centro - e você acaba cortando 15-20% da largura do material apenas para obter um produto utilizável. Empresas como a Nordson EDI cobram preços premium por suas matrizes, mas a geometria do canal de fluxo que usam na verdade distribui o fundido uniformemente. Seu sistema de matriz AutoFlex se ajusta automaticamente às variações de espessura, o que parece ótimo até que você precise substituir um elemento de aquecimento e perceba que as peças custam mais do que o pagamento do carro de algumas pessoas.
Os custos de materiais mudaram tudo em 2021
Os preços da resina dispararam durante a pandemia. O LDPE que custava US$ 0,45/lb em 2019 atingiu US$ 0,89/lb em meados de 2021, de acordo com dados de compras do plasticstoday.com, e de repente todos se preocuparam com as taxas de sucata. Antes disso, uma taxa de sucata de 5% não era grande coisa. Depois que os preços dobraram, esses mesmos 5% significaram a saída de dinheiro real.
O conteúdo reciclado tornou-se menos sobre marketing e mais sobre economia. O desafio com o material reciclado é a consistência - um lote flui de maneira diferente do outro, e se você estiver processando material virgem em um dia e 30% de mistura PCR no dia seguinte, você estará ajustando constantemente as temperaturas do barril e a velocidade da rosca. Algumas operações dedicaram linhas inteiras a material reciclado apenas para evitar dores de cabeça de troca.
Existe uma coisa com a folha PET em que o teor de umidade prejudica ou prejudica sua corrida. O PET é higroscópico, suga a água do ar e, se você tentar expulsá-lo sem secar primeiro, obterá bolhas e névoa na folha. Os secadores dessecantes podem reduzir os níveis de umidade até 0,005%, que é o que você precisa, mas custam de US$ 15.000 a US$ 40.000, dependendo dos requisitos de produção. Evite a secadora e sua taxa de rejeição disparará.
Configurações de roll stack sobre as quais ninguém fala muito
Pilha de três{0}}rolos versus duas-pilhas de rolos - parece simples, mas muda toda a sua operação. Três-rolos oferecem melhor controle sobre o nivelamento da folha porque você controla ambas as superfícies à medida que a folha esfria. Dois-rolos são mais baratos para comprar e manter e ocupam menos espaço. Para materiais finos abaixo de 0,5 mm, três-rolos fazem sentido. Folhas mais grossas acima de 2 mm permitem que você use dois-rolos em muitas aplicações.
A pressão de aperto entre os rolos afeta o acabamento superficial. Muita pressão e você obtém um brilho espelhado que pode parecer bonito, mas pode causar problemas posteriores se a folha precisar ser impressa ou laminada. Não há pressão suficiente e a folha não fica plana, desenvolve ondulação. Encontrar a pressão certa é principalmente tentativa e erro.
A estabilidade da temperatura do chill roll é mais difícil de manter do que as pessoas pensam. Você está circulando água a talvez 20-25 graus através do rolo, e a folha de entrada está entre 140-160 graus, dependendo do polímero. Essa é uma enorme diferença de temperatura e, se o seu refrigerador de água não conseguir acompanhar, a temperatura do rolo começa a subir e as propriedades da folha mudam. Vi isso acontecer em uma instalação que executava chapa HIPS - o chiller deles era subdimensionado para a velocidade da linha que eles estavam tentando operar e, todas as tardes, quando a temperatura ambiente atingia o pico, eles começavam a ter problemas de qualidade. O equipamento estava bom. A capacidade do refrigerador era o gargalo.
Por que a velocidade da linha não significa apenas ir mais rápido
Há pressão para maximizar o rendimento, mas a extrusão de chapas tem limites físicos. A folga da matriz geralmente fica entre 1,0-2,5 mm, dependendo da espessura final da chapa, e o material se expande quando sai - chamado de expansão da matriz. Se você estiver correndo muito rápido, estará puxando a folha para baixo antes que ela possa inchar e solidificar totalmente, o que altera sua densidade e propriedades mecânicas.
A Greiner Extrusion, com sede na Áustria, publicou dados mostrando que suas linhas de chapas PET operam entre 25-45 m/min para bitolas de 0,3 a 1,5 mm. Essas velocidades são o resultado de décadas de otimização de processos. Só porque um motor pode girar mais rápido não significa que seu produto será aceitável. Em greiner-gpi.com eles detalham como a velocidade da linha está diretamente ligada à taxa de cristalização no PET, e se você resfriar muito rápido, obterá regiões amorfas que afetam a clareza e a resistência.
O tempo de residência do material no barril também é importante. Ficar sentado lá por muito tempo em alta temperatura e você terá degradação. Polímeros diferentes têm estabilidade térmica diferente - o policarbonato pode suportar tempos de residência mais longos do que o acrílico, que amarela se você superaquecer. Ao alterar os cronogramas de produção, os procedimentos de inicialização e encerramento precisam levar em conta a purga -, liberando o material antigo para que não contamine a nova execução.
Sistemas de medição de espessura evoluíram
Costumava-se medir a espessura com um micrômetro portátil, tirar amostras a cada poucos minutos e ajustar manualmente os parafusos da matriz se você visse desvios. Agora existem sistemas automatizados com sensores a laser ou nucleares que escaneiam a rede, fornecendo dados aos controladores que ajustam a matriz em tempo real. Mas esses sistemas custam dinheiro - uma configuração completa do medidor de varredura custa de US$ 80.000 a US$ 150.000 instalados.
Operações menores ainda fazem medições e ajustes manuais. Leva mais tempo para otimizar, você obtém mais variação, mas se as especificações do cliente forem flexíveis o suficiente, você poderá sobreviver sem equipamentos sofisticados. No entanto, as embalagens de dispositivos médicos não podem sobreviver com essa abordagem. As regulamentações da FDA exigem controle de processo documentado e mostrar que sua espessura permanece dentro de ±2% significa ter dados de medição contínuos.
Manuseio da banda após o resfriamento da folha
O controle de tensão através do enrolador é sua especialidade. Muita tensão e folhas finas podem esticar, alterando as dimensões. Pouca tensão e você obtém rolos telescópicos ou soltos que são impossíveis de desenrolar de maneira limpa a jusante. Os agentes deslizantes na formulação afetam como as camadas da folha interagem quando enroladas - muita pasta e os rolos se deslocam durante o transporte.
O acabamento da borda geralmente é reciclado e retornado ao processo como material reciclado. Mas você só pode adicionar uma certa quantidade de material reciclado antes que as propriedades comecem a se degradar. A maioria das operações fica abaixo de 25% do conteúdo de material reciclado para produtos nobres. Para aplicações menos críticas, você pode aumentar ainda mais, mas a consistência da cor se torna um problema quando você mistura material virgem e reciclado.
O tratamento de superfície é comum para folhas que necessitam de impressão ou revestimento adesivo. O tratamento corona ou tratamento com chama modifica a energia superficial, tornando-a receptiva a tintas e adesivos. Porém, o nível de tratamento degrada com o tempo, e é por isso que os impressores querem folhas recém-extrudadas, se conseguirem.
Custos de manutenção de equipamentos que somam
O desgaste do parafuso e do cano ocorre gradualmente. As superfícies de vôo do parafuso são polidas suavemente, as folgas aumentam e a produção cai. Você pode não perceber a princípio, mas ao longo de milhares de horas o rendimento em uma determinada velocidade da rosca diminui de 10 a 15%. Eventualmente, você precisará recobrir o parafuso ou substituí-lo totalmente, e isso custa de US$ 20.000 a US$ 50.000, dependendo do tamanho e do material.
A manutenção da matriz é constante. O acúmulo de carbono nas bordas da matriz precisa de limpeza a cada poucas semanas em algumas aplicações, diariamente em outras. Os parafusos de ajuste precisam permanecer calibrados, as bandas do aquecedor falham e precisam ser substituídas. Algumas operações programam trocas de matrizes para que possam limpar profundamente e inspecionar uma matriz enquanto executam a produção em outra.
Trocas de óleo da caixa de câmbio, troca de filtros, calibração de controladores de temperatura - é tudo rotineiro, mas faz sentido. Programações de manutenção preventiva ajudam, mas ainda acontecem paradas não planejadas. Falhas nos rolamentos, fusíveis queimados, falhas no PLC. Cada hora que a linha fica parada há perda de receita, e na embalagem geralmente há outro conversor pronto para atender seu negócio se você não conseguir entregar no prazo.
O investimento de capital para uma linha completa de chapas começa em torno de US$ 800.000 para algo básico e pode facilmente ultrapassar US$ 3 milhões para sistemas de grande largura e alta velocidade com todos os controles e automação. Existe um mercado de equipamentos usados, mas comprar usados significa herdar os problemas de manutenção de outra pessoa, a menos que você realmente saiba o que está verificando durante a inspeção.