Avete domande sull’estrusione e Allan Griff ha le risposte. Ma quello che non aveva durante un recente webinar sui principi chiave dell’estrusione ospitato da PlasticsToday era il tempo. Decine di domande sono arrivate dai partecipanti e lui ha potuto rispondere solo ad una manciata durante il tempo assegnato per il Q&A dal vivo. Come promesso all’inizio del webcast, tuttavia, ha risposto via e-mail a tutte le domande rimaste senza risposta nella coda. Ci è venuto in mente che altre persone nel settore dell’estrusione potrebbero beneficiare di questo scambio, quindi lo stiamo condividendo qui.
A proposito, se ti sei perso il webinar, puoi ancora ascoltarlo su richiesta senza alcun costo.
E ora, diventiamo tecnici.
Q: Può descrivere le fonti più comuni di difetti visivi, come macchie nere o gel, e cosa si può fare per risolverli?
A: La degradazione avviene nelle aree a lento movimento della testa e dello stampo, specialmente se lo stampo viene lasciato pieno e caldo per un lungo periodo di tempo. La resina con meno stabilità termica (meno antiossidante) si degraderà prima. La stabilità termica può essere testata, ma raramente fa parte delle specifiche d’acquisto. Si riduce se nella miscela si usa una gran quantità di rimacinato, ma si può aggiungere più antiossidante come concentrato, come i coloranti.
Anche il gocciolamento sui bordi esterni del labbro può essere una causa, specialmente con il film soffiato, dove la filiera si estrude verso l’alto e la superficie è orizzontale. Gli ausiliari di processo e l’aria diretta alla linea emergente ridurranno la sbavatura.
L’alimentazione contaminata può introdurre praticamente qualsiasi cosa, ma molto può essere catturato dai vagli, a seconda della maglia utilizzata. Per una filtrazione molto fine, si usano schermi in fibra metallica sinterizzata. La vagliatura aiuterà con tutto ciò che esce dalla vite, ma non con ciò che si forma nella filiera.
I veri gel sono polimeri reticolati in uno stadio iniziale della reazione di surriscaldamento – chiaro se il prodotto è chiaro ma forse ingiallito, e insolubile nei solventi che dissolvono il polimero non reagito. Possono formarsi ovunque, anche nella vite, e passare attraverso gli schermi, dove possono rompersi in “docce” di gel.”
Q: C’è una regola per calcolare il disco di rottura corretto se sto facendo funzionare 3000 PSI?
A: Questo dipende dai limiti di sicurezza della macchina e dalle conseguenze di un arresto. Tutti gli estrusori commercialmente responsabili possono prendere 3000 psi facilmente. Assicuratevi che anche la filiera e la testa possano sopportare le pressioni previste, ma la pressione massima è sulla punta della vite (dove dovrebbe essere il manometro, dietro gli schermi) o a volte più indietro nel barile. Allarmare il manometro è importante e potrebbe evitare inutili arresti. Si potrebbe impostare un allarme a 4500, ma mettere un disco per 5000 o più.
Q: Qual è la sua opinione sull’uso del materiale rimacinato?
A: Usare il più possibile senza perdere la vendita o il cliente. Testate per assicurare la coerenza e la minima degradazione, ma non aspettatevi una fedeltà cromatica rigorosa. Tienilo pulito per evitare la contaminazione e i concentratori di stress nel prodotto. Se compri dall’esterno, compra saggiamente per ottenere prezzi bassi e la minima perdita di stabilità termica.
Q: Puoi commentare l’effetto della dimensione delle particelle di rimacinato rispetto alla resina vergine sul processo complessivo e sulla qualità risultante?
A: Se non è uniforme e simile, ci possono essere domini con più rimacinato (più scolorito, forse più debole) e domini di vergine. Se premiscelato, il vergine più denso può depositarsi sul fondo e causare anche questa disuguaglianza. Se il rimacinato non è termicamente compromesso (antiossidante minimo consumato), potrebbe non fare molta differenza. Tutte le particelle devono essere sostanzialmente più piccole della profondità del canale nella zona di alimentazione. Meglio usare due alimentatori separati impostati sulle proporzioni desiderate.
Q: Ci sono diversi disegni di vite (passo) per diverse plastiche?
A: No, la maggior parte dei passi sono quadrati (17,6˚) o cambiati per ragioni specifiche, come in una sezione barriera o per un’alimentazione leggera e soffice.
Q: Può commentare l’utilità di condurre test di flusso di fusione su fogli estrusi, prima dei processi secondari (cioè la termoformatura)?
A: Se avete anche testato la materia prima, potete poi vedere quanto, se mai, il materiale si è degradato nella fase di lavorazione. Le viscosità delle soluzioni lo mostrano anche per il PVC, il PET e alcuni altri.
Q: Come si controlla la miscelazione di diversi polimeri?
A: Una domanda molto grande: Alcune parole chiave includono il design della vite, l’usura del volo della vite (a volte aiuta), i miscelatori statici, un pacchetto di vagli più stretto o più aperto, il controllo della temperatura della radice della vite, la resistenza della filiera e la selezione di vettori di concentrato che hanno un flusso molto più elevato rispetto al materiale di base.
Q: Come influisce il contenuto di umidità (o l’essiccazione del materiale prima della lavorazione) sul processo di estrusione e sul prodotto estruso risultante?
A: Questo dipende dal polimero e dagli additivi. La maggior parte dei polimeri di addizione (PE, PP, PS, PVC) non assorbono l’umidità, ma i loro additivi, come riempitivi e pigmenti, potrebbero. In questi casi, tutto ciò che supera lo 0,1% circa di H2O in peso bollirà all’uscita dalla filiera e creerà linee tratteggiate o bolle sulla superficie estrusa. Questa quantità di umidità può essere rimossa attraverso uno sfiato o in un essiccatore ad aria calda, meglio se montato sull’estrusore o a destra. Alcuni polimeri di addizione, in particolare ABS e acrilici, assorbono più dello 0,1%, specialmente in aree umide. In questi casi, può essere necessaria un’asciugatura più aggressiva, come un essiccatore deumidificante o a volte un doppio sfiato. Con i polimeri a condensazione (PET, PC e i nylon), l’acqua viene spinta via nella reazione di polimerizzazione, e alle temperature di fusione l’acqua attacca e rompe il legame da cui proviene. Il prodotto è quindi più debole in termini di resistenza alla trazione e all’impatto, ma non meno rigido. Questi polimeri devono essere essiccati a livelli molto più bassi (0,01% o meno); gli essiccatori deumidificanti sono comuni, ma a volte uno sfiato è sufficiente se l’estrusione è abbastanza veloce (tempo di residenza inferiore alla temperatura di fusione) per mantenere questa degradazione a livelli tollerabili.
Q: Qual è la tecnica migliore per misurare la temperatura del fuso, e quali sono le insidie più comuni che influenzano l’affidabilità della lettura della temperatura?
A: Sonda di temperatura del fuso separata nella testa, ben dopo gli schermi e il miscelatore statico se possibile; la profondità variabile è migliore ma facilmente danneggiabile. Inoltre, la misurazione a infrarossi dell’estruso emergente è buona se il misuratore è tenuto fermo o montato in modo fisso. Per i prodotti rotondi, eseguire la scansione lentamente attraverso il prodotto e osservare il valore più alto. Il calibro doppio sulla punta della vite è meno affidabile ma meglio di niente. Non giudicare dalle temperature del barile o dello stampo, e non supporre che tutta la massa sia alla stessa temperatura lungo il percorso del flusso.
Le insidie includono la calibrazione dei misuratori (acqua bollente 212 F e glicole etilenico puro = antigelo 387 F).
Q: La criccatura deriva dai mali del surriscaldamento?
A: Se intendi la criccatura di un pezzo finito, sì; il calore extra potrebbe degradare la plastica, specialmente sulla superficie che è esposta all’aria, e renderla più fragile. Se intendi la rottura da stress ambientale, forse, ma dovremmo sapere di più sul polimero stesso, il suo peso molecolare/indice di fusione, l’ambiente (detergenti?) e le sollecitazioni sul prodotto.
Q: Come puoi sapere se le impostazioni dell’estrusore stanno degradando l’efficacia degli additivi come i ritardanti di fiamma?
A: Conoscere l’intervallo di temperatura di decomposizione del ritardante. Misurare la temperatura di fusione, il più vicino possibile all’uscita e nel modo più affidabile possibile, e vedere se è vicino o oltre la temperatura di fusione accettabile per il ritardante.
Q: Perché gli estrusori senza riduttore a trasmissione diretta non hanno preso piede? È perché il risparmio energetico non ne valeva la pena?
A: I motori attuali fanno un buon lavoro, e quelli diretti non sono chiaramente superiori, né in termini di prezzo, né di prestazioni, né di risparmio energetico. Hanno una nicchia dove lo spazio deve essere ridotto al minimo (qualche coestrusione), e alcuni OEM li stanno mettendo su nuove linee anche dove lo spazio non è limitato.
Q: È possibile eseguire estrusioni di profili con un materiale ad alto indice di fusione (MI) (sopra 1)? Quali sono le caratteristiche dei materiali ad alto indice di fusione?
A: Gli alti MI hanno molecole più corte e più piccole e sono meno rigidi (minore viscosità) quando si fondono, ma questo dipende dalla temperatura, quindi verrebbero fatti funzionare più freschi degli MI più bassi. Un MI di 1 non è molto alto e dovrebbe essere possibile eseguire la maggior parte dei profili. Prestare attenzione alla distanza tra lo stampo e il primo raffreddamento, in quanto potrebbe essere necessario modificare questo per evitare troppa flessione in quello spazio. Potreste voler spruzzare o far gocciolare acqua di raffreddamento sulla plastica emergente in questo spazio, così come nei dispositivi di raffreddamento. Non posso dire di più senza conoscere meglio il profilo e il tipo di resina.
Q: Alcuni estrusori europei fanno girare la vite molto più velocemente dei tradizionali estrusori monovite, lo vedi come un miglioramento, cioè più output da una data dimensione del barile?
A: Sono meno preoccupato della dimensione del barile o dei giri, ma più del costo per unità di output a parità di qualità (miscelazione, resistenza) e della capacità di tenere sotto controllo le temperature. Una maggiore velocità significa una fusione più calda, ma anche meno tempo ad alta temperatura, che può compensare o meno. La velocità per il gusto della velocità è come il nuovo per il gusto del nuovo, e spesso distrae dall’analisi responsabile dei costi.
Q: Ci sono condizioni speciali per la lavorazione di poliammidi, polilattide o altri polimeri per evitare la degradazione? Per esempio, quali resine devono essere essiccate? Quali devono essere lavorate in assenza di ossigeno?
A: Per i polimeri di condensazione come i tuoi esempi, l’acqua attacca e rompe i legami tra i monomeri alle temperature di fusione. Il prodotto è quindi più debole in trazione e impatto, ma non meno rigido. Questi polimeri devono essere essiccati a livelli molto bassi; gli essiccatori deumidificanti sono comuni, ma a volte uno sfiato è sufficiente se l’estrusione è abbastanza veloce (tempo di residenza inferiore alla temperatura di fusione) per mantenere la degradazione a livelli tollerabili.
Le poliammidi sono un po’ diverse, poiché assorbono molta umidità, ma essa agisce anche come plastificante, quindi si può essiccare troppo, ottenere una maggiore viscosità e quindi generare più calore nella vite. C’è un livello di essiccazione ottimale, non solo “il più asciutto possibile”.
Per quanto riguarda l’ossigeno, può causare scolorimento e degradazione, ma non c’è ossigeno all’interno dell’estrusore tranne l’aria tra le particelle, che sono normalmente troppo fredde per reagire. Alcune linee di film sotto azoto eliminano anche questa possibilità di ossidazione. Le maggiori preoccupazioni per l’ossidazione riguardano la temperatura della superficie all’uscita dalla filiera, il che significa una migliore adesione della stampa ma una più lenta termosaldatura e possibili effetti di odore/gusto.
Q: Può dirci di più sull’assottigliamento al taglio?
A: Più velocemente una massa fusa si muove rispetto al cilindro o alle pareti della matrice, più diventa sottile (meno forza per spingere una data quantità = minore viscosità). Questo è particolarmente utile per le fusioni ad alta viscosità come PVC, ABS e PE a basso IM, e significa che possono essere eseguite con temperature di fusione più basse, o generare meno calore nell’estrusore, o entrambe le cose. La quantità di assottigliamento di taglio può essere espressa dall’esponente power-law, che mette in relazione la spinta con il flusso. Con un esponente di 2, il doppio della spinta dà 4 volte il flusso (2 al quadrato = 4). Con un esponente di 3, il doppio della spinta = 8 volte il flusso (2 al cubo = 8).
Q: Qual è il modo migliore per ottimizzare la temperatura di alimentazione?
A: Usare una tramoggia di essiccazione ad aria calda se disponibile, anche se non è necessario essiccare. Trovare la temperatura di alimentazione appropriata per prova e successo. La temperatura effettiva potrebbe non fare molta differenza, dato che la consistenza è la cosa più importante.
A.