Estudo sobre coextrusão de polímeros fundidos

Abstract

O processamento de polímeros por coextrusão permite a combinação de materiais poliméricos de forma simultânea, que combina de forma aditiva as propriedades dos materiais constituintes, o que é possível se não se promover a mistura entre os materiais processados. Este processo, quando aplicado com uma fieira/cabeça de extrusão capaz de combinar os diferentes materiais, permite a obtenção de produtos difíceis ou até impossíveis de produzir de outra forma. Quando comparado com as alternativas de processamento, regra geral, este tipo de processamento é vantajoso economicamente. O sucesso no processamento por coextrusão de diferentes materiais, requer uma seleção cuidada das matérias-primas, caso sejam empregues combinações mal selecionadas e com propriedades reológicas distintas, podem surgir instabilidades de fluxo, que afetam a qualidade de desempenho dos produtos obtidos. Atualmente está em voga a aplicação de POF (do inglês – Plastic Optical Fibers) nos mais variados setores industriais, as aplicações deste tipo de fibras estão em crescente, pois estas apresentam elevada flexibilidade e baixo custo de produção. Estas fibras são, habitualmente, constituídas por duas camadas que incorporam materiais distintos, núcleo e casca. Desta forma, poderão ser produzidas por coextrusão. Usualmente, para POF multimodo, o núcleo da fibra pode assumir dimensões compreendidas entre 100 e 600 μm, enquanto a casca pode assumir dimensões entre 300 e 1000 μm. Este trabalho visa o desenvolvimento e implementação, nos laboratórios do Departamento de Engenharia de Polímeros da Universidade do Minho, da produção de POF, envolvendo a utilização de diferentes combinações de dielétricos poliméricos transparentes, nas combinações PMMA-PS, PMMA-PC e PC-PS. Por outro lado, este trabalho visa a avaliação de instabilidades de uma estrutura coextrudida de PS e ABS, que é empregue na produção de diversos produtos de base polimérica, obtidos por coextrusão. Instabilidades interfaciais são um processo instável, em que a geometria da interface entre as camadas coextrudidas varia localmente. As instabilidades de processamento em coextrusão podem induzir uma distribuição de espessuras das camadas coextrudidas não uniforme, podendo até, em casos extremos, promover a mistura dos materiais processados. Facto que não é desejável. Neste projeto foi conseguido o processamento de POF com perfil de índices de refração tipo degrau – multimodo com os diâmetros característicos destas fibras para as três combinações testadas. Para as combinações de dielétricos testadas foi constatado que todas permitiram o transporte de sinais luminosos, sendo que o transporte com menor atenuação se verificou na combinação PS – PC. No teste de instabilidades de fluxo em coextrusão, apenas foi possível apurar em alguns testes, encapsulação viscosa. As condições de estudo desta vertente do processamento por coextrusão necessitava de algumas melhorias, pelo que, foi desenvolvida uma proposta de um sistema de coextrusão.

The processing of polymers by coextrusion allows the combination of polymeric materials simultaneously, which combine in an additionally way the properties of the materials used – this would be impossible with the mixing of those processed materials. This process, when applied with a die capable of combine the different materials, allows to obtain materials hard or even impossible to produce with another method. When compared with the processing alternatives, this type of process is usually economically advantageous. The success on the coextrusion processing of different materials implies a previous and careful selection of the right raw materials because the combination of materials with different rheological properties may lead to flow instabilities which will affect the quality of the obtained products performance. Is currently in vogue the use of POF (Acronyms of Plastic Optical Fibers) in several industrial sectors because they have high flexibility and low cost of production. These fibers can be produced by coextrusion because they are usually made up by two layers that incorporate distinct materials, core and cladding. The core may assume dimensions between 100 and 600 μm while the cladding may present dimensions between 300 and 1000μm. This project aims the development and implementation, on the Labs the Polymers Engineering Department of Universidade do Minho, of the production of POF using different combinations of polymeric dielectrics on PMMA-PS, PMMA-PC and PC-PS. This project will also allow the evaluation of instabilities of a coextruded structure of PS and ABS, which is applied on the production of diverse polymeric based products, obtained by coextrusion. Interfacial instabilities are an instable process where the geometric of the interface between the coextruded layers differs locally. Those instabilities may lead to an uneven distribution of thickness of coextruded layers, in extreme cases may even promote the mixing of the processed materials which is not desirable. In this project, it was possible the processing of step index POF – multimode, with the characteristic diameter of the fibers for the three combinations tested. In the combination of the dielectric tested they all allowed the transport of light signals, but the lowest attenuation was observed in the combination PS - PC. On the instability coextrusion flow test it was only possible to ascertain viscous encapsulation in some tests. The study conditions of processing part by coextrusion needed some improvements, so it was developed a proposal of a coextrusion system.