La reologia applicata al processo di estrusione

Il processo di estrusione rappresenta una delle tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici più importanti, sia nell’ambito della ricerca che nella produzione industriale; la versatilità del processo assicura una vasta variabilità di forme, dimensioni e proprietà dei prodotti finali, che risultano componenti a sezione costante come tubi, lastre e film. La coestrusione, in particolare, permette di combinare le caratteristiche di più polimeri producendo una struttura multistrato. Il principale punto di forza di questa tecnica è proprio la possibilità di ottenere risultati difficilmente raggiungibili con l’impiego di un singolo materiale, così da poter rispondere positivamente alle nuove e sempre più articolate richieste del campo industriale, come ad esempio il food packaging, il campo medico, l’elettronica e l’automotive. Sono però molteplici i difetti e le problematiche che possono verificarsi durante il processo, sia riguardanti l’estetica che le effettive prestazioni del prodotto finale; è quindi da valutare con particolare attenzione la problematica dell’adesione tra i vari strati, al fine di limitare ed evitare eventuali fenomeni di distorsione e delaminazione. A tal proposito, l’ottimizzazione dei parametri di processo durante l’operazione di coestrusione, gioca un ruolo chiave nell’ottenimento di un manufatto di buona qualità, idealmente privo di difetti. Inoltre, fondamentale per un’idonea progettazione dell’operazione di lavorazione risulta essere la conoscenza del comportamento reologico del materiale polimerico da processare. Le proprietà viscoelastiche dei fusi polimerici, infatti, governano il flusso del materiale quando questo viene sottoposto a lavorazione allo stato fuso. Dalle proprietà reologiche del materiale, dipende la processabilità del polimero stesso, ovvero l’insieme delle caratteristiche del polimero che lo rendono adatto ad un particolare processo di trasformazione. Dunque, dato il legame esistente fra reologia e variabili di processo, il comportamento reologico dei polimeri rappresenta un parametro fondamentale per una corretta coestrusione. Lo scopo del presente lavoro di tesi è stato lo studio di due differenti problematiche industriali reali legate al processo di coestrusione, attraverso un’approfondita analisi del comportamento reologico dei materiali polimerici da sottoporre a lavorazione, e la successiva verifica della soluzione proposta sulla base dello studio reologico sulla linea di estrusione. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l’azienda Hutchinson di Rivoli, una multinazionale francese del gruppo Total. In particolare, sono state affrontate due diverse problematiche industriali; la prima relativa ad una formulazione bistrato costituita da un elastomero termoplastico (a base di polipropilene ed EPDM (Ethylene-Propylene Diene Monomer)) e poliammide 12, in cui lotti diversi dello stesso elastomero davano risposte molto diverse durante la lavorazione. La seconda problematica affrontata si riferisce invece ad un bistrato polipropilene – olefina termoplastica in cui l’analisi reologica si è rivelata fondamentale per corretta scelta fra tre diverse tipologie di polipropilene provenienti da diversi fornitori. Le successive verifiche effettuate sulla linea di estrusione hanno confermato l’importanza dello studio reologico effettuato, in quanto i manufatti prodotti risultano privi di difetti legati ad errata distribuzione e concentricità degli strati, e mostrano ottime proprietà finali.