PROCESSO DI ESTRUSIONE Università degli Studi di Napoli Federico II   Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Anno Accademico 2003-2004 Laboratorio Integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Modulo II PROCESSO DI ESTRUSIONE Polipropilene Moplen CARICAMENTO... - - - - - - - - - - - Relatori Farisco Loredana Lanna Massimo Mallardo Carolina Romano Anna

Estrusore basamento tramoggia di alimentazione Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Estrusore basamento tramoggia di alimentazione cilindro e vite di plastificazione testa di estrusione e filtro riscaldamento del cilindro raffreddamento del cilindro quadro elettrico di comando motore e di termoregolazione 1 Estrusione

Caratteristiche geometriche Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Caratteristiche geometriche diametro interno del cilindro di estrusione D1 diametro interno della vite D2 altezza del canale H ( D1= D2 + 2H ) passo della vite B inclinazione del filetto variabile tra θ1 e θ2 spessore del filetto e eventualmente variabile tra e1 ed e2 2 Estrusione

Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Estrusori bivite Una delle differenze fondamentali tra estrusore bivite e monovite consiste nel tipo di trasporto che ha luogo nell’estrusore 3 Estrusione

Descrizione del processo Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Descrizione del processo Nella zona iniziale il polimero allo stato solido viene trasportato e compresso lungo il cilindro Durante l’avanzamento del polimero, a causa delle forze d’attrito e del riscaldamento esterno, il polimero fonde Infine viene spinto allo stato fuso verso il foro di uscita opportunamente sagomato 4 Estrusione

Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Fasi del processo Zona di trasporto del solido o di alimentazione del polimero Zona di trasporto del fuso o dosaggio Zona di fusione 5 Estrusione

Zona trasporto del fuso Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Zona di alimentazione Zona di fusione Il principio di funzionamento della zona di trasporto del solido si basa sull’equilibrio delle forze di attrito tra polimero-cilindro e polimero-vite La fusione del polimero è dovuta a: resistenze elettriche incamiciamenti con fluidi caldi dissipazione viscosa (autoriscaldamento) All’interno dell’estrusore si genera un flusso circolare che favorisce la fusione Zona trasporto del fuso Tratto finale dell’estrusore in cui il materiale completamente fuso e omogeneo viene spinto verso la trafila con una portata precisa e costante 6 Estrusione

Moplen (omopolimero dell’1-propene) Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali 7 Estrusione Moplen (omopolimero dell’1-propene) Colore: Bianco Odore: Inodore Range di temperature di fusione: 160-163°C Temperatura di combustione: > 400°C Temperatura di degradazione: > 300°C Densità a 20°C: 0.89-0.91 g/cm3 Solubilità in acqua: Insolubile Distribuzione dei pesi molecolari stretta Buone proprietà barriera ai gas

Utilizzi Fibre Idoneo al contatto con gli alimenti (packaging) Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali 8 Estrusione Utilizzi Filamenti ad alta tenacità Fibre Idoneo al contatto con gli alimenti (packaging) Tubi flessibili Guarnizioni

Heat Deflection Temperature Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali 9 Estrusione Physical Nominal Values (SI) Test Method Melt Mass-Flow Rate (MFR) (230°C/2.16 kg) 11 g/10 min ISO 1133 Melt Volume-Flow Rate (MVR) (230°C/2.16 kg) 15.0 cm3/10 min Mechanical Tensile Modulus 1500 MPa ISO 527-1,-2 Tensile Stress at Yield 35.0 M Pa Strain at Yield 8.0 % Tensile Strain at Break 50 % Thermal HDT B (0.45 MPa) Unannealed 85.0 °C ISO 75B-1,-2 Vicat Softening Temperature ISO 306 (B50 (50°C/h 50N)) 90.0 °C (A50 (50°C/h 10N)) 154 °C Additlonal Properties Tensile Elongation at Break, ISO 527-2: >50% Heat Deflection Temperature Melt Mass-Flow Rate Melt Volume-Flow Rate Vicat Softening Temperature

Procedimento sperimentale Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Procedimento sperimentale Parametri fissati: temperature alle quali le camicie di riscaldamento devono portare il cilindro esterno nelle quattro zone di interesse frequenza di rotazione della vite (Rpm) Grandezze misurate: temperatura del polimero all’interno del cilindro coppia fornita alla vite rotante dal motore collegato all’estrusore tempo di permanenza del polimero nell’estrusore 10 Estrusione

Operazioni preliminari Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Operazioni preliminari Si collegano alla macchina due termocoppie che, affacciate l’una sul fuso attraverso un’apertura nel corpo del cilindro, l’altra sulla camicia di riscaldamento, forniscono rispettivamente l’entità della temperatura del fuso e di quella di controllo Si calibra il trasduttore mediante il quale è possibile controllare la coppia cui è soggetta la vite Si fissano le temperature del cilindro esterno, il cui controllo è assicurato dalle camicie termiche, ponendole rispettivamente pari a: 130°C, 170°C, 200°C, 200°C 11 Estrusione

Esecuzione del processo Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Esecuzione del processo I granuli di polipropilene vengono caricati dalla tramoggia e spinti dalla vite rotante verso la zona di uscita; il processo viene effettuato a bocca piena: questo garantisce una miscelazione ottimale del polimero pur causando un aumento delle pressioni nel cilindro La frequenza di rotazione della vite viene impostata attraverso una manopola e visualizzata sul monitor del calcolatore I dati su temperature, frequenza di rotazione della vite e coppia vengono automaticamente rilevati dal calcolatore in linguaggio macchina e poi trasferirti in linguaggio ascii in modo da poter essere elaborati mediante un calcolatore esterno 12 Estrusione

Analisi dei dati Regolazione a 20 RPM Regolazione a 60 RPM 13 Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Analisi dei dati Regolazione a 20 RPM Regolazione a 60 RPM Fase di regolazione della macchina Transitorio di durata 120 s COPPIA MEDIA: (2237 ± 116) Ncm COPPIA MEDIA: (3303 ± 228) Ncm 13 Estrusione

Regolazione a 100 RPM Regolazione a 20 RPM 14 Estrusione Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Regolazione a 100 RPM Regolazione a 20 RPM Conclusione del processo Diminuzione della quantità di polimero processata COPPIA MEDIA: (4689 ± 332) Ncm COPPIA MEDIA: (2070 ± 180) Ncm 14 Estrusione

Frequenze di rotazione della vite di volta in volta fissate Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Frequenze di rotazione della vite di volta in volta fissate Andamento globale della coppia fornita dal motore 15 Estrusione

Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Andamenti della temperatura del polimero fuso e della temperatura di controllo 16 Estrusione

Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali L’andamento caratteristico dei fenomeni termici è differente dalla “storia della velocità di rotazione” 17 Estrusione

Variazione lineare delle coppie medie con la velocità di rotazione Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienza e Ingegneria dei Materiali Laboratorio integrato di Chimica e Tecnologia dei Materiali Variazione lineare delle coppie medie con la velocità di rotazione Il processo avviene a “bocca piena” 18 Estrusione