Parametri di processo rilevanti per il compounding con estrusori bivite

Introduzione

La coclea trasportatrice ha una lunga storia. Il primo sistema di trasporto basato su questo concetto è stato inventato da Archimede (ca. 212 a.C.) e lo stesso design è ancora attualmente in uso per l’irrigazione o il trasporto di granaglie. L’uso industriale delle coclee trasportatrici si è diffuso nella metà del 19° secolo e poi, con lo sviluppo dei polimeri industriali nella prima metà del 20° secolo, le coclee trasportatrici o estrusori, si sono affermati come strumenti fondamentali per la lavorazione dei materiali polimerici.

Gli estrusori monovite possono essere utilizzati per fondere e modellare i polimeri, ma sono limitati nelle loro performance. Poiché operano con il cilindro completamente riempito e sotto pressione, non è possibile effettuare degasaggio né alimentazione frazionata e le capacità di miscelazione risultano limitate. Per soddisfare la crescente domanda nell’industria polimerica per la miscelazione continua, R. Erdmenger ha sviluppato e brevettato un compounder bivite co-rotante con viti interpenetranti e autopulenti.

In questa nota applicativa vengono discussi vari esempi di compounding, i corrispondenti parametri di processo e viene fornita una panoramica su come ottimizzare il processo di estrusione e come scegliere la configurazione delle viti più adatta. Infine, vengono presentate alcune raccomandazioni su come effettuare il passaggio da un piccolo sistema da laboratorio a un impianto pilota più grande o a un estrusore di produzione su piccola scala.

Il compounder

I principali passaggi di un processo di compounding all’interno di un estrusore bivite parallelo sono: l’alimentazione, la fusione, il trasporto, la miscelazione, il degasaggio ed infine l’estrusione del prodotto omogeneizzato (Figura 1). Nella zona di alimentazione, il materiale solido è introdotto tramite l’alimentatore volumetrico o gravimetrico, l’aria viene rimossa e il materiale viene compattato. Nel passaggio successivo, il materiale viene spostato in avanti e riscaldato in una sezione di trasporto parzialmente riempita e non pressurizzata. Nella prima zona di mixing, il materiale viene fuso e plastificato e successivamente passa in una zona di trasporto che può essere usata per il degasaggio, l’alimentazione frazionata o l’alimentazione di liquidi.

Immagine 1: Layout del barrel e della vite

Successivamente, si alternano sezioni di miscelazione e trasporto per ottenere un prodotto omogeneo. Gli elementi della vite di trasporto nella zona di degasaggio vengono utilizzati per eliminare i componenti volatili e l’aria, sia a pressione atmosferica che sottovuoto. Il ruolo della sezione di estrusione è quello di sviluppare pressione e dare forma al materiale. Nella maggior parte delle applicazioni, viene estruso un filamento che viene successivamente raffreddato in una vasca d’acqua e tagliato in pellet.

Conclusione

Quando si effettua il passaggio da un compounder su scala di laboratorio a una unità di dimensioni maggiori, il fattore teorico per la portata deve essere regolato. Il tempo di permanenza è un parametro di processo fondamentale per il dimensionamento. Invece di misurare il tempo di permanenza con un tracciante e un cronometro, è preferibile sostituire il cronometro con un sistema di telecamere e analizzare il cambiamento dell’intensità del colore del tracciante. Il risultato è una distribuzione del tempo di permanenza, con il tempo di permanenza medio che rappresenta l’outcome ottimale. Con la conoscenza dei parametri di processo a scala ridotta e con adeguati aggiustamenti a fattori come quelli descritti, il passaggio a un compounder più grande, ma altrimenti identico, è del tutto possibile.