Processo de extrusão de borracha: como funcionam as linhas de produção

Ambos os processos empurram o material através de uma matriz para criar um perfil contínuo, mas a extrusão de borracha requer uma etapa subsequente de vulcanização (cura) que a extrusão de plástico não exige. A borracha permanece termoendurecível após a vulcanização – não pode ser fundida e reformada – enquanto os perfis termoplásticos podem ser reprocessados. As extrusoras de borracha também operam em velocidades de rosca mais baixas e pressões mais altas, e a viscosidade Mooney do composto na temperatura de processamento é normalmente muito mais alta do que a do plástico fundido.

O tempo de configuração depende muito da complexidade da troca da matriz, da semelhança do novo composto com o anterior e se a linha utiliza um sistema de gerenciamento de receita. Uma simples mudança de perfil em uma linha bem organizada com provisões de pré-aquecimento pode levar de 20 a 30 minutos. Uma coextrusão complexa com um sistema de composto completamente diferente, exigindo lavagem e purga do composto, pode levar de 3 a 4 horas. Investir em fixadores de matriz de troca rápida e receitas padronizadas de rampa de temperatura reduz significativamente o tempo de troca.

O inchamento da matriz (também chamado de inchamento pós-extrusão ou efeito Barus) é a recuperação elástica do composto de borracha à medida que ele sai da constrição da matriz. A borracha é viscoelástica – ela armazena deformação elástica durante o fluxo através da matriz, e essa deformação se recupera quando a restrição é removida, fazendo com que o extrudado inche além das dimensões da matriz. O inchaço da matriz pode variar de alguns por cento a mais de 30%, dependendo da elasticidade do composto, do comprimento da matriz e da temperatura de processamento. É compensado projetando-se a abertura da matriz menor que as dimensões desejadas do perfil – o fator de compensação exato é determinado empiricamente para cada combinação composto-matriz e ajustado pela modificação da geometria da matriz.

Sim, mas com modificações. A borracha de silicone de alta consistência (HCR) tem um comportamento reológico muito diferente das borrachas orgânicas preenchidas com negro de fumo – tem uma viscosidade muito mais baixa na temperatura de processamento e é mais sensível ao aprisionamento de ar. As linhas de silicone normalmente usam extrusoras de alimentação a frio com proporções L/D mais altas (até 20:1) e ventilação a vácuo para evitar porosidade. O túnel de cura para silicone normalmente usa ar quente a 200–220°C em vez de vapor, porque o silicone não é adequado para cura a vapor. A pós-cura (forno secundário) a 200°C por várias horas também é necessária para completar a reticulação e remover subprodutos voláteis.

A produção depende muito do tamanho do perfil, do composto e do método de cura. Uma linha de EPDM de alimentação a frio de 90 mm, produzindo uma calafetagem automotiva de média complexidade, pode funcionar a 8–15 m/min com uma produtividade de 150–350 kg/h. Uma pequena linha de tubos de silicone médico (extrusora de 30 mm) pode funcionar a 2–6 m/min, mas produzir produtos muito leves. Grandes bandas de rodagem de pneus podem atingir taxas de produção acima de 2.000 kg/h em extrusoras de pino de 200 mm. A velocidade da linha é, em última análise, limitada pelo comprimento da zona de cura e pelo tempo mínimo de permanência necessário para vulcanizar completamente o composto.

Scorch é a vulcanização prematura do composto enquanto ele ainda está dentro do cilindro ou matriz da extrusora – antes de ter sido moldado e curado intencionalmente. Aparece como superfície áspera, caroços ou partículas duras no extrudado. A queima é desencadeada por temperatura excessiva do composto (geralmente acima de 120-130°C para sistemas curados com enxofre), tempo de residência excessivo (por exemplo, quando a linha é parada com composto quente no barril) ou segurança de queima insuficiente na formulação do composto. A prevenção envolve: manter as temperaturas do barril e da matriz dentro das especificações, usar compostos formulados com tempo de queima Mooney (t5) adequado para as condições do processo e purgar o barril rapidamente durante qualquer parada prolongada.

Os veículos elétricos criam novas demandas para linhas de produção de extrusão de borracha, além das tradicionais fitas de calafetagem. Os módulos de bateria exigem vedações perimetrais com resistência de compressão muito alta (para manter a força de vedação por décadas), juntas de canal de gerenciamento térmico e isolamento de cabo de alta tensão extrudado de silicone retardador de chama especializado ou compostos EPDM. Algumas tampas de baterias EV usam vedações EPDM coextrudadas com camadas condutoras integradas para aterramento, uma função não necessária em veículos com motor de combustão interna. O mercado de veículos elétricos está impulsionando a demanda por tolerâncias dimensionais mais rígidas e especificações aprimoradas de desempenho de compostos na extrusão de borracha.

Em linhas de microextrusão de precisão, cordões de borracha e tubos com diâmetros externos tão pequenos quanto 0,3–0,5mm pode ser produzido, normalmente em silicone, para aplicações médicas ou de sensores. As linhas de produção padrão lidam com perfis de até 2 mm de seção transversal sem dificuldades significativas. Perfis muito pequenos são limitados pela usinabilidade da matriz, pela estabilidade dimensional sob estiramento e pela dificuldade de manter um avanço consistente em taxas de produção muito baixas.

Um programa de manutenção estruturado normalmente inclui: inspeção diária das hélices do parafuso e do furo do cilindro quanto a desgaste (documentado com calibrador de folga ou boroscópio); lubrificação semanal de correntes de transmissão e rolos de decolagem; calibração mensal de sensores de temperatura e transdutores de pressão; inspeção trimestral da folga do parafuso ao cilindro (a tolerância normal ao desgaste é de até 0,003 × D antes da substituição ser recomendada); e revisão anual do óleo da caixa de engrenagens da extrusora e verificações dos rolamentos do motor. A frequência de limpeza da matriz depende do composto – os compostos preenchidos com negro de fumo podem exigir a limpeza da matriz a cada 4–8 horas de funcionamento, enquanto os compostos de limpeza podem funcionar 24 horas entre as limpezas.

Uma bomba de engrenagem de fusão (também chamada de bomba de engrenagem de borracha ou bomba auxiliar) é instalada entre a cabeça da extrusora e a matriz. Ele fornece um fluxo volumétrico de composto constante e sem pulsação para a matriz, independente das flutuações de velocidade da rosca ou variação de contrapressão. Isso desacopla a função de plastificação da extrusora da função de medição de vazão da matriz, normalmente reduzindo a variação dimensional em 50–70% e permitir que a extrusora opere em pressões mais baixas e mais estáveis — o que prolonga a vida útil do parafuso e do cilindro e reduz o risco de queimadura. As bombas de engrenagens são mais econômicas para perfis de alta precisão ou de alto valor, onde a variação dimensional causa diretamente rejeições.