Quali sono le cause dell'accumulo di stampi nell'estrusione di plastica e come si può prevenire?

L'accumulo di materiale nella matrice, spesso chiamato anche "drool", "bleed" o "plate-out", è un problema frequente nell'estrusione di materie plastiche che può compromettere la qualità del prodotto e ostacolare l'efficienza della produzione. Questo fenomeno si verifica quando il materiale si accumula sulla matrice, in particolare in corrispondenza o in prossimità dell'uscita della matrice, a causa di fattori quali la progettazione della matrice, proprietà del materiale¹o condizioni di processo. La comprensione delle cause e l'attuazione di strategie di prevenzione efficaci sono essenziali per garantire processi di estrusione fluidi e di alta qualità.

La formazione degli stampi nell'estrusione di materie plastiche è determinata principalmente da geometria di uscita dello stampo²Le proprietà del materiale e le condizioni di processo, come l'alta pressione e la velocità, possono essere mitigate attraverso l'ottimizzazione della progettazione dello stampo, degli ausili di processo e del controllo dei materiali.

Cosa causa l'accumulo di stampi nell'estrusione di plastica?

L'accumulo di matrici deriva da una combinazione di fattori che interagiscono durante il processo di estrusione. Ecco un'analisi più approfondita dei principali responsabili:

• Geometria di uscita dello stampo: La forma e l'angolo di uscita dello stampo influenzano in modo significativo l'accumulo. Le ricerche dimostrano che i bordi taglienti o le uscite dello stampo convergenti, come un angolo di 90°, possono aumentare la formazione del labbro dello stampo (DLBU). Al contrario, un'uscita smussata (ad esempio, 15° per l'HDPE) può ridurlo alleviando la pressione e la velocità della colata. Anche piccole imperfezioni, come un piccolo raggio di 0,010 pollici all'uscita della matrice, possono innescare lacerazioni superficiali e accumuli con alcuni polimeri Effetto della geometria dell'uscita della matrice sul fenomeno della bava interna alla matrice durante l'estrusione lineare di HDPE fuso; Sharper Dies Make for Smoother Extrusions | Plastics Technology.

• Proprietà del materiale: I polimeri con additivi, sostanze inorganiche o ampie distribuzioni di peso molecolare (MWD) sono particolarmente suscettibili. Ad esempio, l'umidità presente nel materiale può accelerare la separazione dei componenti in presenza di elevate sollecitazioni di taglio e temperatura, provocando un accumulo. Materiali come l'HDPE sono soggetti a questo problema a causa della degradazione termicamente indotta che aumenta l'elasticità della fusione NOVA-Chem-Tech-Bulletin-Die-Lip-Buildup-FINAL.pdf; Investigation of die drool phenomenon for HDPE polymer melt.

• Condizioni di processo: L'elevata pressione e velocità della massa fusa può creare vuoti o vortici che attirano i componenti più leggeri verso le labbra della matrice, aggravando l'accumulo. Questo fenomeno è particolarmente evidente nelle estrusioni ad alta velocità o nella lavorazione di materiali con profili reologici variabili.

Come si può prevenire l'accumulo di muco?

La prevenzione dell'accumulo di fustelle richiede un approccio proattivo e personalizzato. Ecco alcune strategie collaudate:

• Ottimizzare la progettazione degli stampi: Regolando l'uscita dello stampo con una forma divergente, come uno smusso di 15° per l'HDPE, si riducono la pressione e la velocità di fusione, minimizzando l'accumulo. È consigliabile testare queste modifiche prima su apparecchiature più piccole e consultare i produttori di macchinari NOVA-Chem-Tech-Bulletin-Die-Lip-Buildup-FINAL.pdf.

• Utilizzare gli ausili di processo: Gli additivi che riducono la frattura della colata possono anche attenuare l'accumulo dello stampo, offrendo una soluzione flessibile che non richiede grandi modifiche alle apparecchiature.

• Controllo dell'umidità del materiale: L'essiccazione dei materiali al di sotto di 0,05 wt% di umidità previene la separazione e l'accumulo, in particolare nelle miscele di polimeri. L'abbinamento di componenti con profili reologici simili riduce ulteriormente i rischi.

• Applicare i rivestimenti per stampi: I rivestimenti metallici uniformi all'interno dello stampo resistono all'abrasione e all'adesione del polimero, anche se possono richiedere una riverniciatura periodica.

• Manutenzione e pulizia regolari: Un programma di routine per l'ispezione e la pulizia dello stampo impedisce l'aumento dell'accumulo, controllando anche l'usura e assicurando il corretto allineamento.

Quali sono i materiali più comuni interessati dall'accumulo di stampi?

Alcuni materiali sono più inclini a accumulo di fustelle³ a causa delle loro caratteristiche intrinseche. Ecco la ripartizione:

Materiale	Suscettibilità all'accumulo di stampi	Note
HDPE	Alto	Soggetto a degrado termico e rigonfiamento della matrice.
LDPE	Moderato	Influenzato dalle proprietà di scorrimento e dal contenuto di umidità.
PP	Moderato	Influenzato dallo stereoisomerismo e dalla distribuzione del peso molecolare.
Miscele di polimeri	Alto	La separazione sotto sforzo porta a un accumulo significativo.

• HDPE (polietilene ad alta densità): Altamente suscettibile a causa degli effetti di rigonfiamento dello stampo e di degradazione termica su elasticità della fusione⁴.

• LDPE (polietilene a bassa densità): Moderatamente influenzato, spesso legato alle proprietà di scorrimento e all'umidità.

• PP (polipropilene): Varia in base al grado, con una MWD più ampia che aumenta la suscettibilità.

• Miscele di polimeri: Rischio elevato dovuto alla separazione dei componenti per effetto del taglio e della temperatura.

Quali sono i passaggi per risolvere il problema dell'accumulo di stampi?

Quando si verifica l'accumulo di fustelle, un approccio strutturato può individuare e risolvere il problema:

1. Isolare la fonte: Rimuovere i componenti della miscela singolarmente per identificare il materiale colpevole.

2. Sostituire il polimero primario: Testare un polimero diverso per determinare se il problema è specifico del materiale.

3. Ispezionare l'uscita dello stampo: Verificare l'assenza di usura, danni o geometria impropria che contribuiscono all'accumulo.

4. Valutare l'uscita di uno stampo più largo: Utilizzare temporaneamente un'uscita più ampia per valutare il ruolo della geometria.

5. Analizzare la composizione dell'accumulo: Esaminare l'accumulo per identificare i componenti che si accumulano e regolare la formulazione.

Conclusione

L'accumulo di matrici nell'estrusione di materie plastiche è una sfida complessa che influisce sulla qualità e sull'efficienza del prodotto. Affrontando le cause - la geometria dell'uscita dello stampo, le proprietà del materiale e le condizioni di processo - e applicando soluzioni come la progettazione ottimizzata dello stampo, gli ausili di processo e il controllo dei materiali, i produttori possono tenerlo sotto controllo. La manutenzione regolare e la risoluzione sistematica dei problemi assicurano un funzionamento regolare.