Misturadores Abertos

Constituição

Este tipo de misturadores é também designado por misturador de rolos, de cilindros ou moinhos (em Portugal e Brasil); open mills na Inglaterra e EUA; mezclador de rodillos ou molinos, nos países ibero americanos (Figura 5).

Um misturador aberto é constituído por dois rolos, em geral de igual diâmetro D, com eixos paralelos, que rodam em sentidos opostos (Figura 6). Estes cilindros são fabricados em aço vazado.

Os rolos possuem velocidades de rotação diferentes; o rolo da frente é ligeiramente mais lento que o rolo de trás e opera, geralmente, com temperatura superior à do rolo traseiro. A relação entre as velocidades dos rolos Vf/Vt é a chamada razão de fricção ou relação de fricção. A relação de fricção varia, geralmente, entre 1:1,05 e 1:1,2. Nalguns tipos de misturadores abertos existe a possibilidade de variar a velocidade dos rolos e de variar a relação de fricção.

O afastamento entre as superfícies dos dois rolos N, medida diametralmente, tem sensivelmente a espessura da manta de borracha que se forma no rolo da frente; em inglês é o chamado nip. O afastamento entre as superfícies dos dois rolos pode ser regulado por sistemas manuais ou por sistemas motorizados. A quantidade de borracha que excede o volume da manta que envolve o rolo da frente e se localiza entre os dois rolos, é o chamado banco (em inglês, bank). Este material, mercê da adesividade do composto de borracha e das forças gravíticas, tangenciais e de fricção, irá substituir parte do material que envolve o rolo de frente, o que vai promover a incorporação dos diversos ingredientes, a sua dispersão e a homogeneização do composto.

Nos dois extremos dos rolos e na sua parte superior existem as chamadas guias (Figura 7), que têm a função de impedir que a massa de materiais que envolve o rolo da frente e o banco de borracha se escapem por aquelas extremidades e se percam.

Por debaixo destes rolos existe ainda um tabuleiro (Figura 8) que tem por finalidade reter os ingredientes de mistura que, lançados no espaço entre os dois rolos, não sejam de imediato incorporados na massa de borracha e caiam. Bastará ao operador apanhar esses ingredientes com o auxílio de uma escova e um apanhador e lançá-los novamente entre os rolos, até serem completamente incorporados.

O operador deve estar bem sensibilizado para estas recuperações de ingredientes, assim evitando que o composto fique sensivelmente adulterado por perda destes – por vezes com consequências bem graves (perda de cargas, perda de aceleradores ou de agentes de vulcanização, de pigmentos corantes, etc.), como sejam:

• Alteração das suas propriedades – densidade, dureza, módulos, tensão de rotura, alongamento na rotura, resistência ao rasgo, resistência à abrasão, etc.;
• Alteração dos parâmetros de vulcanização, como o tempo de pré-vulcanização, velocidade de vulcanização, binário máximo e mínimo (obtidos nas curvas reométricas);
• Alterações de cor.

Os rolos são ocos ou perfurados (Figura 9), e no seu interior circula água de arrefecimento ou vapor para aquecimento. Estes fluidos são alimentados através de tubagens existentes nos eixos dos rolos; desta forma, é possível regular e controlar a sua temperatura.

Quando em operação, a borracha tem uma tendência normal para formar banda no rolo da frente, que é o mais lento e o mais quente. Porém, em muitas situações, a borracha tem tendência para formar banda no rolo de trás, o que por vezes coloca algumas dificuldades no processamento.

Para cada misturador aberto ou de rolos, com determinada relação de fricção, operando com determinada distância de afastamento entre os rolos, com determinado composto de borracha e a determinada temperatura, pode determinar-se o chamado Índice de transição da banda, do rolo da frente para o rolo de trás (Figura 10), que tem a seguinte expressão (fórmula 1):

em que:

I* = Índice de transição;
f = Razão ou relação de fricção;
N* = Distância entre rolos em que se verifica a transição da manta do rolo da frente para o rolo de trás, para um determinado composto de borracha e a determinada temperatura;
R = Raio do rolo do misturador.

Conhecido este valor I*, será fácil ajustar o afastamento dos rolos, de forma que a banda do composto de borracha se forme sempre no rolo da frente (fórmula 2):

em que:

N_a = Distância entre rolos, para que não ocorra a transição da manta de borracha para o rolo de trás, no misturador aberto em causa, para um determinado composto de borracha e a determinada temperatura;
I* = Índice de transição;
f = Razão de fricção;
R = Raio do rolo do misturador.

O valor de N_a varia, como se disse, com o composto de borracha e com a temperatura. A variação com o composto tem a ver com a sua adesividade à superfície dos rolos do misturador e esta também é dependente do estado superficial dos rolos, isto é, do seu grau de rugosidade. Com rolos que tenham a superfície menos polida, a adesividade do composto será maior, pois maior será também a área de contacto. À medida que a temperatura dos rolos aumenta, diminui o valor de I*.

O desconhecimento deste fenómeno conduz muitas vezes à tomada de medidas empíricas, como sejam molhar o rolo da frente com leite ou engordurar o rolo da trás com ácido esteárico. Esta última medida introduz alterações no composto de borracha, pela inevitável incorporação de mais ácido esteárico, o que pode retardar a vulcanização.

No início da operação de mistura, a formação de uma manta homogénea de borracha (natural ou sintética), representa uma fase crítica do processo. Isto é particularmente crítico com borracha natural, polímero que apresenta, em certos tipos, um nervo muito elevado. Nesta fase, o afastamento entre os rolos deve ser muito pequeno, para que a componente da força H não seja muito grande e o material não seja impelido a passar em grande quantidade entre os rolos, do que resultará uma componente horizontal – a força de afastamento F muito elevada (Figura 11), o que, a acontecer, pode danificar seriamente o misturador ou mesmo originar a fractura do rolo ou rolos.

Também o motor de accionamento pode sofrer danos, devido aos elevados consumos de energia, traduzidos em elevada intensidade de corrente. Para eliminar riscos de danos mais graves, os misturadores abertos podem possuir um sistema de fusíveis mecânicos, que são normalmente discos de ferro fundido, com adequada resistência, inseridos no sistema de regulação do afastamento dos rolos.

Um aspecto muito importante relacionado com este tipo de equipamento e também muitas vezes ignorado é o dimensionamento das cargas a misturar. Na sequência da apresentação do Quadro 1 falamos do volume de carga. Dissemos então que o volume de carga para um misturador aberto (de rolos ou de cilindros), com 1500 x 550 mm, era de 43,1 litros.

Como se chega a estes números? É o que veremos a seguir.