Avaliação do uso de transdutores de pressão piezoelétricos em extrusão

Abstract

A monitorização da pressão durante a extrusão de polímeros permite verificar a estabilidade do processo, proporcionar dados para investigação e desenvolvimento e assegurar a segurança dos operadores e dos equipamentos. Contudo, a maioria dos sensores utilizados na monitorização da pressão de fundidos possuem elevadas dimensões, pelo que é por vezes difícil montá-los nas posições mais relevantes do equipamento. Os transdutores piezoelétricos têm reduzida dimensão e resposta rápida, mas são geralmente utilizados apenas em moldação por injeção, porque considera que o sinal de pressão obtido tem precisão instantânea. Apesar disso, este tipo de sensores tem vindo a ser recentemente utilizado em reometria capilar, desde que o sinal de pressão seja devidamente corrigido. Deste modo, pretende-se avaliar a viabilidade do uso de transdutores piezoelétricos no processo de extrusão de polímeros. Para o efeito, utilizou-se uma fieira de fenda modular, contendo transdutores piezoelétricos e transdutores de pressão convencionais nas mesmas posições axiais, mas opostos entre si, permitindo uma comparação direta entre os valores de pressão adquiridos e, eventualmente, um método de calibração dos sensores piezoelétricos tendo como referência os valores obtidos pelos transdutores convencionais. Os resultados confirmam que os transdutores de pressão piezoelétricos podem ser utilizados na monitorização do processo de extrusão e na caracterização reológica de materiais. No entanto é fundamental ter-se em consideração a correção do drift, efeito inerente aos transdutores piezoelétricos que consiste num deslocamento linear do sinal que inicia no ponto zero e aumenta ao longo do tempo no modo de medição, bem como muito cuidado na montagem do set-up experimental, nomeadamente minimizar o ruído experimental e a interferência entre os sinais.

Pressure monitoring during polymer extrusion allows to verify the process stability, to provide data for research and development, and to ensure the operators and equipment safety. However, most of the sensors used in the melt pressure monitoring present large dimensions, which makes difficult their positioning in some relevant positions of the equipment. The piezoelectric transducers have reduced dimensions and fast response capacity, however they are usually used only in injection molding because it considers that the obtained signal of pressure has instantaneous accuracy. Besides that, this kind of sensors has been being used in capillary rheometry, however the pressure signal needs to be properly corrected. Thus, it is intended to evaluate the feasibility of using piezoelectric transducers in the polymer extrusion process. For this purpose, a modular slit die containing piezoelectric transducers and conventional pressure transducers, in the same axial positions but opposite each other, was used allowing a direct comparison between the acquired pressure values and, eventually, a calibration method of the piezoelectric sensors taking into account values obtained by conventional transducers. The results confirm that piezoelectric pressure transducers can be used in the extrusion process monitoring, and for materials rheological characterization. However, it is essential to take into account the drift correction, an inherent effect of the piezoelectric transducers, which consists of a linear displacement of the signal that starts at the zero point and increases over time in the measurement mode, as well as being very carefully in the experimental set-up assembly, namely to minimize the experimental noise and interferences between signals.