Blown film extrusion/pt

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A extrusão de filme soprado é uma tecnologia que é o método mais comum para fazer filmes plásticos ^W , especialmente para a indústria de embalagens ^{[ 1 ]} . O processo envolve a extrusão de um tubo de polímero fundido ^W através de uma matriz e inflando várias vezes seu diâmetro inicial para formar uma bolha de filme fino. Essa bolha é então colapsada e usada como um filme plano ou pode ser transformada em sacos. Normalmente, o polietileno ^W é usado com esse processo, e outros materiais podem ser usados como misturas com esses polímeros. ^{[ 1 ]} Um diagrama de uma cadeia de polietileno é mostrado na Figura 1 à direita.

Teoria de fundo sobre polímeros

Na etapa de resfriamento da extrusão de filme soprado, o fundido amorfo ^W , transparente, cristaliza ^W para formar um filme translúcido, turvo ou opaco. O ponto onde a opacidade começa na bolha é conhecido como linha de congelamento.

A altura da linha de congelamento é controlada por vários parâmetros: o fluxo de ar, a velocidade do filme e a diferença de temperatura entre o filme e o ambiente. ^{[ 2 ]} Propriedades do filme, como resistência à tração, resistência à flexão, tenacidade e propriedades ópticas, mudam drasticamente dependendo da orientação das moléculas. ^{[ 2 ]} À medida que as propriedades da direção transversal ou circular aumentam, as propriedades da direção da máquina ou longitudinal diminuem. Por exemplo, se todas as moléculas estivessem alinhadas na direção da máquina, seria fácil rasgar o filme nessa direção e muito difícil na direção transversal.

O processo de sopro de filme

Normalmente, a extrusão de filme soprado é realizada verticalmente para cima; no entanto, os processos de extrusão horizontal e descendente estão se tornando mais comuns ^{[ 3 ] [ 2 ].} A Figura 2 mostra um esquema da configuração para extrusão de filme soprado. Este procedimento consiste em quatro etapas principais:

1. O material polimérico começa na forma de pellets, que são sucessivamente compactados e derretidos para formar um líquido ^{W viscoso e contínuo. [ 4 ]} Este plástico fundido é então forçado, ou extrudado ^W , através de uma matriz anular.
2. O ar é injetado através de um orifício no centro da matriz ^W , e a pressão faz com que o material fundido extrudado se expanda em uma bolha. O ar que entra na bolha substitui o ar que sai dela, de modo que uma pressão uniforme e constante é mantida para garantir uma espessura uniforme do filme. ^{[ 3 ]}
3. A bolha é puxada continuamente para cima a partir da matriz e um anel de resfriamento sopra ar sobre o filme. O filme também pode ser resfriado internamente, utilizando o resfriamento interno por bolhas. Isso reduz a temperatura dentro da bolha, mantendo o diâmetro da bolha. ^{[ 2 ]}
4. Após a solidificação ^W na linha de congelamento, o filme se move para um conjunto de rolos de aperto que colapsam a bolha e a achatam em duas camadas planas de filme. Os rolos puxadores puxam o filme para os rolos de enrolamento. O filme passa por rolos intermediários durante esse processo para garantir que haja tensão uniforme no filme. Entre os rolos de aperto e os rolos de enrolamento, o filme pode passar por um centro de tratamento, dependendo da aplicação. Durante esse estágio, o filme pode ser cortado para formar um ou dois filmes ou ter sua superfície tratada. ^{[ 2 ]}

Vantagens

O filme soprado geralmente apresenta um melhor equilíbrio de propriedades mecânicas do que os filmes fundidos ou extrudados, pois é estirado tanto na direção transversal quanto na direção da máquina. As propriedades mecânicas do filme fino incluem resistência à tração e à flexão, e tenacidade. As propriedades quase uniformes em ambas as direções permitem a máxima tenacidade do filme. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

A extrusão de filme soprado pode ser usada para fazer um filme grande, dois menores ou tubos que podem ser transformados em sacos. Além disso, uma matriz pode fazer muitas larguras e tamanhos diferentes sem cortes significativos. Esse alto nível de flexibilidade no processo leva a menos material de refugo e maior produtividade. Os filmes soprados também requerem temperaturas de fusão mais baixas do que a extrusão fundida. Medida na abertura da matriz, a temperatura do filme fundido é de cerca de 220 ° C, ^{[ 6 ]} enquanto a temperatura do filme soprado é de cerca de 135 ° C. ^{[ 7 ]} Além disso, o custo do equipamento é de aproximadamente 50% de uma linha ^W fundida . ^{[ 2 ]}

Desvantagens

O filme soprado tem um processo de resfriamento menos eficaz do que o filme plano. O resfriamento do filme plano é feito por meio de rolos de resfriamento ou água, ^{[ 5 ]} que têm capacidades de calor específico significativamente maiores do que o ar usado no processo de resfriamento do filme soprado. A maior capacidade de calor específico ^W permite que a substância absorva mais calor com menos mudança na temperatura da substância. Comparado ao filme fundido, o filme soprado tem um método mais complicado e menos preciso para controlar a espessura do filme; o filme fundido tem uma variação de espessura de 1 a 2% contra 3 a 4% do filme soprado. ^{[ 2 ]} As resinas usadas para fundição normalmente têm um índice de fluxo de fusão menor, ^{[ 2 ]} que é a quantidade de polímero que pode ser forçada através de uma matriz padrão em 10 minutos de acordo com um procedimento padrão. ^{[ 8 ]} O índice de fluxo de fusão para filme fundido é de cerca de 5,0 g/10 min ^{[ 9 ]} enquanto que para filme soprado é de cerca de 1,0 g/10 min. ^{[ 10 ]} Consequentemente, as taxas de produção para filmes fundidos são maiores: as linhas de filmes fundidos podem atingir taxas de produção de até 300 m/min, enquanto as linhas de filmes soprados geralmente têm menos da metade desse valor. ^{[ 11 ]} E, finalmente, o filme fundido tem melhores propriedades ópticas, incluindo transparência ^W , névoa e brilho.

Problemas comuns

• Aprisionamento de ar entre as camadas do filme e os rolos – isso pode causar arranhões ou enrugamento do filme, ou problemas de processamento ao enrolar o filme devido à redução do atrito. Possíveis soluções para isso são usar vácuo para remover o ar retido ou usar rolos de enrolamento com uma ranhura em forma de diamante na capa de borracha para aumentar a área de superfície e diminuir a quantidade de ar retido no filme. ^{[ 2 ]}
• Grandes flutuações na saída da matriz – isso causa variações na espessura e pode ser evitado mantendo a extrusora limpa e usando pellets com formatos mais consistentes na extrusora. ^{[ 12 ]}
• Fraturas de fusão – aparecem como rugosidades ou linhas onduladas na superfície do filme e podem ser eliminadas reduzindo a viscosidade do polímero fundido. Isso pode ser feito aumentando a temperatura de fusão ou adicionando um lubrificante interno à composição do material. ^{[ 12 ]}
• Variações de espessura no filme – isso pode ser evitado centralizando a matriz na linha de extrusão antes de cada execução, ajustando a velocidade do ar do sistema de resfriamento ou usando lábios de matriz aquecidos. ^{[ 12 ]}
• Linhas de matriz na superfície do filme – este defeito reduz o apelo estético do filme, reduz as propriedades ópticas e enfraquece as propriedades mecânicas, como a resistência ao rasgo. Isso geralmente pode ser evitado limpando rotineiramente as superfícies internas da matriz e repintando superfícies de fluxo riscadas ou ásperas. ^{[ 12 ]}
• Géis – esses defeitos são pequenos glóbulos duros encapsulados no filme ou presos à superfície do filme, que reduzem o apelo estético do filme e causam pontos de concentração de tensão que podem resultar em falha prematura. São causados pelo superaquecimento a ponto de degradação do polímero na matriz e, portanto, podem ser evitados com a limpeza regular das superfícies internas da matriz. ^{[ 12 ]}

Otimização do processo

Coextrusão

Uma maneira de melhorar a eficiência da linha de extrusão de filme soprado é implementar a coextrusão. Este é o processo de extrusão de dois ou mais materiais simultaneamente através de uma única matriz. Os orifícios na matriz são dispostos de forma que as camadas se fundam antes do resfriamento. ^{[ 2 ]} Este processo economiza tempo porque extruda duas ou mais camadas ao mesmo tempo e fornece um método com menos etapas para produzir filmes multicamadas. A taxa de produção para um filme multicamadas coextrudado de três camadas é de cerca de 65 m/min, ^{[ 13 ]} e a taxa de produção para uma única camada de filme soprado é de cerca de 130 m/min. ^{[ 11 ]} Assim, para produzir 10.000 m de um filme multicamadas de três camadas, levaria quase 4 horas usando um processo de filme soprado de camada única e apenas 2 horas e meia usando o processo de coextrusão. Além disso, o filme produzido a partir do processo de camada única exigiria uma etapa extra para colar as camadas usando algum tipo de adesivo. A coextrusão é o meio menos dispendioso de produção de filmes em camadas e o sistema de coextrusão é capaz de realizar trocas rápidas para minimizar o tempo de inatividade da linha de produção. ^{[ 14 ]}

Minimização da temperatura de fusão

A eficiência da extrusão de filme soprado pode ser melhorada minimizando a temperatura do polímero fundido. A redução da temperatura do fundido faz com que o fundido necessite de menos aquecimento na extrusora. As condições normais de extrusão têm uma temperatura de fusão em cerca de 190 ° C ^{[ 15 ],} apesar do fato de que a temperatura do fundido só precisa ser de cerca de 135 ° C. ^{[ 7 ]} No entanto, nem sempre é prático diminuir a temperatura de fusão tanto assim. Ao diminuir a temperatura do fundido de 2 a 20 ° C, a carga do motor pode ser diminuída em cerca de 1 a 10%. ^{[ 16 ]} Além disso, a redução da temperatura do fundido causa menos necessidade de resfriamento, portanto, há um uso reduzido do sistema de resfriamento. Além disso, a remoção de calor da bolha é geralmente o fator limitante da taxa neste processo de extrusão, portanto, ao ter menos calor no polímero para remover, a taxa do processo pode ser aumentada, gerando maior produtividade. Uma maneira de manter a temperatura de fusão no mínimo é escolher uma extrusora que seja adequada às condições específicas de processamento, como o material da fusão, pressão e rendimento. ^{[ 12 ]}

Lábios de matriz de extrusão aquecidos

Normalmente, as soluções para fraturas de fusão envolvem diminuir a saída ou aumentar a temperatura de fusão para diminuir a tensão de cisalhamento na extrusora. Ambos os métodos não são ideais porque ambos reduzem a eficiência da linha de filme soprado. Lábios de matriz de extrusão aquecidos podem resolver esse problema. Este método de aquecimento direcionado permite que extrusoras de filme sejam operadas em taxas de produção mais altas com folgas de matriz mais estreitas, eliminando fraturas de fusão. ^{[ 17 ]} O calor direto é aplicado à superfície do polímero fundido conforme ele sai da matriz para que a viscosidade seja reduzida. Portanto, fraturas de fusão, que são causadas ao tentar extrudar muito do polímero de uma só vez, não atuarão mais como um fator limitante para aumentar a taxa de produção. ^{[ 17 ]} Além disso, lábios de matriz aquecidos usam menos energia do que aumentar a temperatura de fusão porque apenas a superfície do fundido é aquecida e não a maior parte do líquido. Outro benefício do uso de lábios de matriz aquecidos é que as variações de espessura podem ser controladas adicionando calor a certas áreas ao longo da circunferência da matriz para tornar o filme nessa posição mais fino. Isso garantiria que nenhum excesso de material fosse usado. ^{[ 18 ]}

Aplicações

• Filme agrícola
• Bolsas
• Embalagem industrial, filme retrátil ^W , filme stretch
• Embalagens para o consumidor, embalagens para alimentos, embalagens para transporte (mostradas na Figura 3)
• Filme laminado ^W
• Filme de barreira
• Filme multicamadas ^W
• Foram realizadas pesquisas para explorar a incorporação da extrusão de filme soprado na fabricação em larga escala de filmes de nanotubos de carbono ^W e nanofios ^{W [ 19 ] [ 20 ]}

Referências

Dados da página

Parte de	MECH370
Palavras-chave	conservação de energia , processamento de materiais , extrusão , plástico , tecnologia , eficiência energética , sopro de filme , filme soprado
ODS
Autores	Anônimo1 , Jasmine Chiang
Licença	CC-BY-SA-3.0
Organizações	Universidade da Rainha
Linguagem	Inglês (en)
Traduções	Hindi , coreano , italiano , tailandês , holandês , inglês , polonês , chinês , russo
Relacionado	9 subpáginas , 17 páginas link aqui
Redirecionamentos	Extrusão de filme soprado
Visualizações	53.762 visualizações de página ( análise )
Criado	13 de novembro de 2008 por Anonymous1
Última edição	4 de abril de 2025 por 190.150.218.102
Citar como	Anônimo1 , Jasmine Chiang (2008–2025). "Extrusão de filme soprado" . Appropedia . Recuperado em 16 de julho de 2025 .
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