Estrusione Materie Plastiche

Estrusione Materie Plastiche

In questa sezione Vi mostriamo il lavoro tipico di un estrusore. Sarà mostrata la macchina nelle sue parti e applicazioni, saranno svolte delle considerazioni riguardanti la gestione della temperatura e sulla risoluzione delle principali problematiche dell’estrusione.Dopo una veloce introduzione all’estrusione, si proseguirà con una sezione specifica rivolta agli azionamenti, alla vite e al Cilindro ed in fine alla testa.

In un estrusore, la vite gira all’interno di una forma cilindrica chiamata “Cilindro”. Il materiale plastico passa attraverso l’alimentatore della tramoggia fino alla parte terminale del Cilindro, per poi essere trascinata dalla vite e portata attraverso il Cilindro per divenire soffice ed eventualmente massa fusa (melt).
Le plastiche utilizzate nell’estrusione sono di tipo termoplastico - questo significa che diviene soffice, quando è riscaldata e nuovamente dura quando raffreddata. Il calore è generato dall’attrito creato dalla rotazione della vite immersa nella massa plastica, e quindi la maggior parte dell’energia responsabile della fusione solitamente proviene dalla frizione provocata dalla rotazione della vite, e non solamente dagli elementi riscaldanti posti lungo il Cilindro.
L’apertura al terminale dell’estrusore dalla quale fuoriesce il prodotto è detta filiera. La plastica divenuta molle è spinta verso l’apertura dalla quale fuoriesce. La forma di questa apertura determina la sezione del materiale estruso: una lunga fenditura lo può rendere come un foglio o come un film piatto, un’apertura circolare consente di ottenere un tubo adatto ad essere soffiato esternamente per essere reso ad un film piatto od una bottiglia, molti piccoli fori creano filamenti, adatti ad ottenere fibre tessili sintetiche ecc. Una volta fuoriuscita dalla filiera, la plastica è spinta attraverso un’area dove è raffreddata tramite aria, acqua o dal contatto con il metallo, e quindi arrotolata o tagliata alla giusta dimensione.
Così come la vite gira, essa tenta di svitare se stessa a ritroso dal cilindro colmo di materiale. Essa non può fuoriuscire poiché portata indietro, ma la sua reazione è quella di spingere contro il materiale fuso verso la parte terminale. L’azione congiunta della testa e della filiera è quella di resistere. Corta o lunga, gran parte dell‘azione della vite è volta a spingere il materiale fuso all’esterno. Questo significa fornire maggior potenza al motore che permette la rotazione della vite.
Il Cilindro è diviso in diverse zone, ciascuna provvista di controllo per il riscaldamento e per il raffreddamento per mantenere la temperatura desiderata, queste temperature non sono le stesse della plastica all’interno, ma sono selezionate secondo le necessità della zona. La zona posteriore, vicina all’alimentazione della tramoggia, è particolarmente importante così come lo è il tasso d’alimentazione, che incidere sulla velocità della produzione. Sulla testa e sulla filiera sono presenti degli elementi riscaldanti e di controllo, la temperatura rilevata è vicina a quella presente all’interno del materiale plastico.
La pressione di Melt è misurata nella parte terminale della vite, appena prima della piastra del filtro, e rispecchia la resistenza della testa e della filiera. Le pressioni in gioco sono comprese tra 1000-6000 psi (7-40 Mpa).
La temperatura di Melt è misurata nell’adattatore tra la vite e la filiera. Nel caso raggiunga un valore troppo elevato, probabilmente vi sono dei problemi di raffreddamento o di degradazione chimica della plastica incandescente. Molte temperature di melt sono comprese tra 175 e 315 deg.C (350-600 deg.F).
La velocità della vite è solitamente la più alta possibile, compatibilmente al mantenimento della qualità del prodotto. La velocità tipica di una vite è compresa tra I 30 e I 150 rpm.
La corrente presente sul motore è misurata per sicurezza (per evitare danneggiamenti sul motore) e per mostrare ondeggiamenti, rigonfiamenti, variazioni nello spessore e cambiamenti nel materiale.

GLI AZIONAMENTI

Gli estrusori possono essere pilotati da azionamenti in alternata AC oppure in continua DC. In quelli in alternata la variazione della velocità è ottenuta variando la frequenza della tensione con un convertitore di frequenza detto comunemente INVERTER. In quelli in continua la normale alimentazione AC è convertita in DC. In questo caso modificare la velocità del motore DC è facile e si ottiene variando la tensione in ingresso, questo modifica la velocità della vite. L’azione degli azionamenti può essere legata alla misura dello spessore del materiale, o anche ad un controllo del loop chiuso o ad una registrazione di velocità e della corrente.
Tutti i motori hanno una velocità maggiore di quella necessaria a muovere la vite, pertanto vi deve essere una riduzione della velocità trasmessa dal motore (da 1750 a 2000 rpm max) ridotta ad un range (da100 a 200 rpm max).
La riduzione avviene generalmente in due stadi e dovrebbe essere una tra tutti gli ingranaggi o una combinazione di paranchi e ingranaggi. In alcuni sistemi, la maggior velocità della vite può esser variata modificando ingranaggi e il diametro dei paranchi. Questo permette operazioni vicine alla velocità massima del motore, ed una maggior potenza disponibile.
La riduzione della velocità termina con un grosso ballerino nel quale la vite si congiunge nella battitura di tasto o stecca. La spinta a ritroso prodotta dalla vite è prodotta da un largo sostegno chiamato trust bearing. La vita del trust bearing è ridotta dall’alta velocità ed in particolare dall’alta pressione.
La posizione della parte riguardante la movimentazione della gran parte degli estrusori si aggira a circa 1 metro da terra, rispetto cui è posta la filiera e la testa al giusto livello di lavoro. Molti estrusori hanno I motori posizionati sotto il cilindro, questa soluzione porta a limitare gli spazi di ingombro, anche se limita l’accesso ai motori. In altri casi il motore è posto sull’altro lato.

IMPOSTAZIONE DELLA TEMPERATURA

A seconda dell’estrusore e del processo preso in considerazione,I seguenti parametri possono essere controllati o monitorati:
Cilindro, testa & temperatura filiera Pressione del melt & temperatura Corrente (in ampere) di motori & riscaldatori
I sensori della temperatura sulle pareti in prossimità del flusso di materiale plastico sono connesse ai termoregolatori (Ci si ricordi che il controllo della temperatura avviene controllando solamente la superficie interna del metallo a contatto con il materiale plastico). Questi regolatori accendono I riscaldatori quando le pareti diventano troppo fredde, e azionano il raffreddamento quando le pareti divengono troppo calde.L’importanza del mantenimento di un profilo di temperatura sovrastimato. Esso realizza il processo, e contemporaneamente molte altre cose, come la scelta dei materiali, la percentuale di scarto, & le condizioni di avviamento. Non vi è un profilo migliore in assoluto,ogni zona andrebbe settata indipendentemente dalle altre, in base a quello che sta avvenendo nelle altre zone, ad esempio:Nella zona di alimentazione, la temperatura della parte posteriore del cilindro, il controllo è affidato alle pareti del Cilindro. Questo incide particolarmente ed è uno degli aspetti critici del processo. Troppo sticking leads to overbite and overheating at the end of the compression zone. Too little sticking means underbite, with less output per rpm than optimal. More heat often means more sticking = more bite, but this isn’t always true, as some materials self lubricate at high temperatures and bite gets worse again.La prima metà della zona di compressione in questa zona possono formarsi dei rigonfiamenti. Vi deve essere attaccata alla parete del Cilindro per permettere la circolazione ed evitare attaccamenti.La seconda metà della zona di compressione è quella dove si accumula pressione & temperatura se gli overbite esistono. In simili casi, la temperatura avrà la priorità in queste zone, Il riscaldamento non è richiesto, il raffreddamento è applicato, e l’uscita reale will be at or even above the drag flow output. If this occurs, change the feed conditions to reduce the bite, in addition to (or instead of) raffreddamento the zone that is overriding. La zona di compressione solitamente non necessita di elementi riscaldanti addizionali, poiché il calore autogenerato all’interno del cilindro è sufficiente.Keep in mind that heating a Cilindro doesn’t always make the melt hotter, as the motor always opposes the Cilindro settings. A hotter Cilindro lowers viscosità in the clearances; therefore there is less frictional heat generated there by the turning vite. The reverse is true for raffreddamento, which thickens up the melt in these clearances and makes the motor work harder. For these reasons, it is hard to predict which Cilindro temperatures are best, and experience/experiments are often the best guide.The zona di dosaggio doesn’t normally need heating either, except for small machines,some special plastics and most estrusione-coating. Use raffreddamento cautiously, as it might be possible to eliminate the origin of the overheating instead. Per esempio, un overheating può essere dovuto a degli overbite, o alla troppo alta viscosità della plastica, o ancora alla filiera troppo fredda (incremento della resistenza), o semplicemente alla velocità della vite troppo elevata. Bisogna tenere in considerazione che il riscaldamento del cilindro solitamente non influisce sulla temperatura della massa fusa.
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