Maximize o potencial da composição de polímeros com extrusão de duplo fuso

À medida que a indústria enfrenta novos materiais e a complexidade de manter uma qualidade consistente, a otimização do processo torna-se um ativo essencial para os fabricantes que procuram manter-se competitivos. Os principais problemas mantêm-se: baixa produtividade e exigência crescente de qualidade — conciliar estes dois aspetos é o grande desafio da indústria de composição de polímeros.

Neste artigo, exploramos os principais desafios da extrusão de duplo fuso, a importância de compreender a otimização dos processos e como a adoção de estratégias especializadas pode melhorar o desempenho, a qualidade e a rentabilidade.

A extrusão com duplo fuso co-rotativo (co-rotating twin screw extrusion, ou Co-TSE, na sigla em inglês) é um processo extremamente complexo. É comum dizer-se que as extrusoras de duplo fuso são uma espécie de ‘caixa negra’, um mecanismo muito rápido com fluxos complexos e fenómenos simultâneos a acontecer em alta viscosidade. Por isso, entender o processo através da interpretação das variáveis de processamento (Pm, Tm, Torque, SEI/SME) é fundamental para obter o melhor equilíbrio entre qualidade e quantidade. Naturalmente, os sensores devem estar em perfeitas condições — caso contrário, as leituras podem conduzir a conclusões erradas.

O perfil do fuso é frequentemente considerado o ‘Santo Graal’ da composição Co-TSE. Muitas vezes, é necessário modificá-lo, mas os parâmetros de processamento (velocidade do fuso, Kg/h e perfis de temperatura) podem complementá-lo para alcançar o melhor resultado. A combinação ideal resulta no equilíbrio entre intensidade de mistura e rendimento da extrusora. A qualidade pode ser expressa em valores típicos de SEI/SEM para determinados compostos. Este valor fornece uma referência sobre a intensidade de mistura, mas também sobre o consumo energético por kg de composto (kWh/kg). Reduzir o SEI sem comprometer a qualidade é um dos grandes objetivos em qualquer sistema de mistura.

A simulação do processo pode ajudar a minimizar o tempo e os custos necessários para a otimização do processo, scale-ups, comparação de extrusoras, bem como na tomada de decisões sobre aquisição de elementos de parafuso. A alternativa — tentativa e erro — implica custos elevados em tempo, material, energia e ocupação da máquina.

Como mencionado anteriormente, é necessário determinar se os problemas estão relacionados com a qualidade ou com a quantidade e se têm origem na extrusora ou no equipamento periférico. Neste contexto, as auditorias técnicas podem ajudar a detetar os pontos de estrangulamento do processo. Muitas vezes, a produção é limitada pelo perfil do fuso e/ou pelo equipamento periférico.

A qualidade está intimamente relacionada com a dispersão. Pigmentos, cargas, aditivos ou fibras devem ser integrados corretamente nas diferentes matrizes poliméricas, de diferentes viscosidades. Entender este ponto e correlacioná-lo com os parâmetros de processamento é essencial para garantir que o sucesso dos compostos. Existe uma relação direta entre qualidade e SEI/SME — as empresas devem incorporar esta métrica nos seus processos. A avaliação da dispersão, quando possível, também ajuda a entender o processo e a ajustar adequadamente as condições de processamento ou o perfil do fuso.

A definição de diferentes KPIs ajuda a avaliar a gravidade dos problemas — geração de resíduos, trocas de produto, tempos de espera, não conformidades, etc. — e a definir melhorias. Devem também ser analisados os custos da ‘não qualidade’, pois afetam diretamente as margens de lucro.

Com o aumento da procura por materiais reciclados, a desgaseificação e ventilação tornaram-se aspetos críticos na Co-TSE. A eliminação de odores nos materiais reciclados é um aspeto crítico em setores como o automóvel, das embalagens e outros de alto valor acrescentado. Combinar produtividade com qualidade torna-se mais difícil, exigindo ajustes no processo. O perfil dos fusos ou a utilização de agentes de desmoldagem podem ser úteis nestes casos.

Estes aspetos estão ligados à rapidez com que otimizamos o processo e à nossa capacidade de reagir a imprevistos durante a produção. A otimização de processos está relacionada com a capacidade da nossa extrusora de produzir a um determinado SEI/SME que possa garantir a qualidade. Se não conseguirmos obter bons rendimentos após uma mudança significativa de rpm e Kg/h, será necessário modificar o perfil do fuso.

Quanto à reatividade, é importante estabelecer limites para as variações das variáveis de processo que indiquem problemas de qualidade e ajudem a identificar a origem do erro. Um conhecimento completo do processo é essencial — para isso, uma formação técnica especializada pode ser uma ferramenta fundamental para minimizar desvios no processo.

Quando os KPIs estão longe do esperado e o processo não está a funcionar corretamente, o mais aconselhável é iniciar com uma auditoria de processo para detetar as reais causas dos problemas e definir um plano de ação. Este plano pode abranger várias áreas — processamento, investimento, formação — com prioridades bem estabelecidas. Isso permitirá maximizar a eficácia das linhas de composição Co-TSE, tanto na produção como na I&D.