Avaliação dos parâmetros operacionais no processo de co-extrusão em filmes de polietileno

Abstract

O polietileno é um dos polímeros mais aplicados nos setores industriais na forma de embalagens flexíveis. É um polímero termoplástico, sendo um dos mais reciclados atualmente. A reciclagem dá origem ao polietileno pós-consumo, que possui variadas aplicações, como por exemplo seu uso em filmes. Sendo que, um dos processos de produção mais utilizados para esses filmes é a extrusão por sopro. A extrusão pode ser feita em multicamadas, a qual é conhecida como co-extrusão, produzindo filmes com propriedades diferenciadas. Dessa forma, o objetivo do estudo é analisar os parâmetros operacionais da co-extrusão por sopro de filmes de polietilenos reciclados e a sua influência na produtividade baseada na vazão de filme extrusado, tal como as causas previas que levaram os parâmetros serem limitantes. Os parâmetros analisados foram: temperatura de fusão nas roscas, resfriamento interno do balão (IBC), velocidade de rotação das roscas e pressão da massa nas roscas (A, B e C). O estudo foi realizado em uma co-extrusora de três camadas (três roscas), e os dados foram analisados para dois filmes (P1 e P2) que possuíam em sua formulação uma mistura de polietileno pós-consumo e virgem, de mesma formulação, com diferença na espessura e largura do balão. A metodologia aplicada foi a coleta dos dados realizada diretamente no equipamento e a compilação dos dados para a análise do comportamento das variáveis em função do aumento da vazão de filme extrusado. Foi estimada a vazão teórica que cada filme poderia alcançar, a variação entre o teórico e o real e o percentual de uso de cada rosca do equipamento. Após as análises dos comportamentos dos parâmetros operacionais nos filmes, observa-se um desgaste das roscas foi uma das causas encontradas devido as elevadas temperaturas e o fenômeno de refluxo presente. Além disso, a rosca B se mostrou a limitante dentre as três roscas na temperatura e na velocidade das roscas estudadas. Os desvios experimentais obtidos indicaram uma perda de capacidade real considerável em quase todas as vazões analisadas. As roscas A e C não foram limitantes na velocidade das roscas, mas tiveram pontos de altos e baixos de temperaturas e altas pressões. O IBC de saída se mostrou limitante, com destaque para o filme P2. Conclui-se, portanto, que dentre os parâmetros analisados, a temperatura das roscas e a velocidade das roscas possuíram maior influência como limitantes.

Polyethylene is one of the most widely used polymers in the industrial sector, primarily in the form of flexible packaging. It is a thermoplastic polymer and one of the most recycled materials today. Recycling generates post-consumer polyethylene, which has various applications, such as in films. One of the primary methods for producing films is blown extrusion. This process can be carried out in multiple layers, known as co-extrusion, to produce films with varied properties. Thus, the objective of this study is to analyze the operating parameters in the blown co-extrusion of post-consumer polyethylene and their influence on the throughput of films. The parameters analyzed included screw temperature, internal bubble cooling (IBC), screw rotation speed, and screw pressure (A, B and C). The study was conducted on a three-layer co-extruder, and data were analyzed for two films (P1 and P2) that had in their formulation a blend of post-consumer polyethylene and virgin polyethylene, with differences in the thickness and width of the bubble. The methodology applied involved collecting data directly from the equipment and compiling it to analyze the behavior of the variables as a function of the increase in film throughput. In addition, the theoretical throughput that each film could achieve was estimated, along with the experimental deviation and the utilization percentage of each screw. After analyzing the behavior of the operating parameters in the films, it was observed that the screws were wearing due to high temperature and screw rotation, and the reflux phenomenon was present. Moreover, screw B was the one among the three screws that limited the process in terms of temperature and rotation speed. The experimental deviation obtained indicates a considerable loss in actual capacity across almost all throughput levels analyzed. Screws A and C were not limited in rotation speed but showed fluctuations in temperature and high pressures. The outlet IBC proved to be limited, especially for P2. In conclusion, among the parameters analyzed, screw temperature and rotation speed were the two factors with the greatest influence as limiting parameters.