L'estrusione di materie plastiche è un processo di produzione ad alto volume in cui la plastica grezza viene fusa e formata in un profilo continuo. L'estrusione produce articoli come tubi / tubature, guarnizioni per serrature , recinzioni, ringhiere per finestre , telai di finestre , pellicole e teli di plastica , rivestimenti termoplastici e isolamento dei cavi.
Questo processo inizia alimentando materiale plastico (granuli, granuli, scaglie o polveri) da una tramoggia nella canna dell'estrusore. Il materiale viene gradualmente fuso dall'energia meccanica generata dalle viti girevoli e dai riscaldatori disposti lungo la canna. Il polimero fuso viene quindi forzato in uno stampo, che forma il polimero in una forma che indurisce durante il raffreddamento.
Storia
Estrusione di tubi
I primi precursori del moderno estrusore furono sviluppati all'inizio del XIX secolo. Nel 1820, Thomas Hancock inventò un "masticatore" di gomma progettato per recuperare gli scarti di gomma lavorati, e nel 1836 Edwin Chaffee sviluppò una macchina a due rulli per mescolare gli additivi nella gomma . La prima estrusione termoplastica fu nel 1935 da Paul Troester e sua moglie Ashley Gershoff ad Amburgo , in Germania. Poco dopo, Roberto Colombo di LMP ha sviluppato i primi estrusori bivite in Italia.
Processi
Nell'estrusione di materie plastiche, il materiale composto grezzo è comunemente sotto forma di nurdles (piccole perle, spesso chiamate resina) che sono alimentate per gravità da una tramoggia montata in alto nella canna dell'estrusore. Additivi come coloranti e inibitori UV (in forma liquida o pellet) sono spesso usati e possono essere miscelati nella resina prima di arrivare alla tramoggia. Il processo ha molto in comune con lo stampaggio a iniezione di materie plastiche dal punto di vista della tecnologia dell'estrusore, sebbene differisca dal fatto che di solito è un processo continuo. Mentre la pultrusione può offrire molti profili simili in lunghezze continue, solitamente con rinforzo aggiunto, ciò si ottiene tirando il prodotto finito da uno stampo invece di estrudere il fuso polimerico attraverso uno stampo.
Il materiale penetra attraverso la gola di alimentazione (un'apertura vicino al retro della canna) e viene a contatto con la vite. La vite rotante (normalmente ruotando ad esempio a 120 giri / min) forza le sfere di plastica in avanti nella canna riscaldata. La temperatura di estrusione desiderata è raramente uguale alla temperatura impostata della canna a causa del riscaldamento viscoso e di altri effetti. Nella maggior parte dei processi, viene impostato un profilo di riscaldamento per la canna in cui tre o più zone indipendenti di riscaldamento controllate dal PID aumentano gradualmente la temperatura della canna dalla parte posteriore (dove la plastica entra) verso la parte anteriore. Ciò consente alle sfere di plastica di fondere gradualmente mentre vengono spinte attraverso la canna e riduce il rischio di surriscaldamento che può causare la degradazione del polimero.
Il calore aggiuntivo è dato dall'intensa pressione e dall'attrito che si verificano all'interno della canna. Infatti, se una linea di estrusione esegue determinati materiali abbastanza velocemente, i riscaldatori possono essere spenti e la temperatura del fuso mantenuta solo dalla pressione e dall'attrito all'interno della canna. Nella maggior parte degli estrusori, sono presenti ventole di raffreddamento per mantenere la temperatura al di sotto di un valore impostato se viene generato troppo calore. Se il raffreddamento ad aria forzata si rivela insufficiente, vengono impiegate le camicie di raffreddamento colate.
Estrusore di plastica tagliato a metà per mostrare i componenti
Nella parte anteriore della canna, la plastica fusa lascia la vite e viaggia attraverso un pacco schermo per rimuovere eventuali contaminanti nel fuso. Gli schermi sono rinforzati da una piastra di rottura (un disco di metallo spesso con molti fori trapassati) poiché la pressione a questo punto può superare i 5.000 psi (34 MPa ). Il gruppo schermo / piastra di rottura serve anche a creare contropressione nella canna. La contropressione è necessaria per una fusione uniforme e una corretta miscelazione del polimero, e quanta pressione è generata può essere "ottimizzata" variando la composizione dello schermo (il numero di schermi, la loro dimensione del filo e altri parametri). Questa combinazione di piastra interruttori e schermo consente di eliminare anche la "memoria rotazionale" della plastica fusa e crea invece "memoria longitudinale".
Dopo aver attraversato il piatto di rottura, la plastica fusa entra nello stampo. Il dado è ciò che conferisce al prodotto finale il suo profilo e deve essere progettato in modo che la plastica fusa fluisca in modo uniforme da un profilo cilindrico, alla forma del profilo del prodotto. Un flusso irregolare in questa fase può produrre un prodotto con tensioni residue indesiderate in determinati punti del profilo che possono causare deformazioni al raffreddamento. È possibile creare un'ampia varietà di forme, limitate ai profili continui.
Il prodotto deve ora essere raffreddato e ciò si ottiene solitamente tirando l'estruso attraverso un bagno d'acqua. Le materie plastiche sono ottimi isolanti termici e quindi sono difficili da raffreddare rapidamente. Rispetto all'acciaio , la plastica trasmette il suo calore via 2.000 volte più lentamente. In una linea di estrusione di tubi o tubature, un bagno d'acqua sigillato viene azionato da un vuoto accuratamente controllato per impedire al collasso di formare il tubo o il tubo appena formati e ancora fusi. Per prodotti come teli di plastica, il raffreddamento si ottiene tirando una serie di rulli di raffreddamento. Per i film e la pellicola molto sottile, il raffreddamento ad aria può essere efficace come fase iniziale di raffreddamento, come nel caso dell'estrusione di film soffiato.
Gli estrusori di plastica vengono anche ampiamente utilizzati per rielaborare i rifiuti di plastica riciclata o altre materie prime dopo la pulizia, lo smistamento e / o la miscelazione. Questo materiale viene comunemente estruso in filamenti adatti per tagliare la massa di granuli o di pellet da utilizzare come precursore per ulteriori lavorazioni.
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