Leistritz riporta le tendenze del mercato dell'estrusione a due viti del primo trimestre 2022

Nella moderna lavorazione dei polimeri, gli estrusori bivite (TSE) corotanti e interingranati sono diventati attrezzature essenziali per ottenere una miscelazione efficiente, rapida e precisa. La loro esclusiva fluidodinamica tra le viti consente capacità di miscelazione dispersiva e distributiva superiori, sia che si tratti di combinare polimeri con riempitivi/additivi o di conferire proprietà specifiche ai prodotti finali. Il vantaggio principale risiede nella sofisticata progettazione delle viti e nell'ottimizzazione dei parametri di processo, che consentono una profonda miscelazione dei materiali e un miglioramento delle prestazioni.

• Velocità della vite (giri/min vite TSE):Aumenti moderati migliorano la miscelazione, ma velocità eccessive possono causare la degradazione del materiale a causa dell'elevato taglio.
• Grado di riempimento della vite:Tassi di riempimento più elevati prolungano il tempo di permanenza e la frequenza di miscelazione, mentre riempimenti inferiori consentono un'elaborazione più delicata.
• Temperatura:Influisce direttamente sulla viscosità del materiale, influenzando l'efficienza della miscelazione. La temperatura ottimale previene il degrado riducendo la resistenza al taglio.
• Miscelazione estensionale e taglio planare:Meccanismi critici nelle TSE, dove il tempo di residenza e la frequenza di miscelazione determinano l'efficacia della miscelazione dispersiva.
• Alimentazione sequenziale:L'introduzione di componenti in fasi diverse controlla l'esposizione allo stress di taglio, consentendo una gestione precisa del processo.

Negli imballaggi flessibili prevalgono i film a orientamento biassiale (biax) grazie alle loro proprietà fisiche, meccaniche e barriera superiori. Con capacità di produzione che spesso raggiungono diverse tonnellate all’ora, i TSE dimostrano vantaggi significativi rispetto agli estrusori monovite (SSE) in termini di rapporto costo/capacità, rendendoli la scelta preferita per le nuove linee di film biax.

• Efficienza energetica:I TSE convertono l'energia del motore in fusione/riscaldamento del materiale in modo più efficiente, ottenendo un risparmio energetico del 20-35%. La devolatilizzazione integrata elimina la pre-essiccazione per i materiali igroscopici come il PET.
• Vantaggi del processo:La produzione integrata riduce la storia termica/di taglio, minimizza la formazione di gel, garantisce una distribuzione uniforme del peso molecolare e previene l'agglomerazione del materiale.
• Manutenzione e ingombro:Il design modulare consente la sostituzione dei singoli componenti, mentre i TSE occupano meno della metà dello spazio degli SSE.

L'acido polilattico (PLA) e i poliidrossialcanoati (PHA) rappresentano importanti bioplastiche con caratteristiche di lavorazione distinte. Il PLA richiede in genere TSE a coppia elevata per la lavorazione del pellet, mentre la forma in polvere del PHA richiede design ottimizzati della zona di alimentazione. Gli esperimenti di Leistritz dimostrano come le configurazioni delle viti segmentate migliorano le prestazioni di alimentazione e fusione.

• Test di fusione del PLA:I design ottimizzati della zona di fusione hanno ridotto la coppia e la temperatura nella lavorazione del PLA NatureWorks™ 4032D.
• Elaborazione PHA:Il design modificato delle viti con fusione ritardata e sfiato atmosferico ha aumentato la produttività da 12 kg/ora a 62 kg/ora a 800 giri/min.

La combinazione di più estrusori in serie consente una produzione economicamente vantaggiosa di materiali specializzati. Questi sistemi integrano estrusori bivite monovite, corotanti e controrotanti per ottenere rapporti lunghezza/diametro effettivi superiori a 100 L/D, facilitando le operazioni unitarie sequenziali.

Ad esempio, il riciclaggio del polivinilbutirrale (PVB) dal vetro di sicurezza automobilistico prevede un sistema tandem con due TSE corotanti per la disidratazione, la dispersione della fibra di vetro, l'incorporazione del riempitivo e la pellettizzazione.

Lo spazio di sorvolo, lo spazio tra la punta della vite e la parete del cilindro, è il luogo in cui i materiali subiscono un'intensa miscelazione estensionale e taglio planare. La velocità di taglio di picco è calcolata come:

Tasso di taglio di picco = (π × D × n) / (h × 60)

dove D = diametro della vite, n = velocità della vite e h = spazio di sorvolo. Per una vite da 77,5 mm con distanza di 0,55 mm a 600 giri/min, si raggiungono 4867 s⁻¹.

Lo stress di taglio (velocità di taglio × viscosità) determina l'efficacia della miscelazione dispersiva. L'elevata viscosità nella fase iniziale promuove la dispersione ma rischia il degrado dei materiali sensibili al taglio, mentre la riduzione della viscosità nella fase successiva minimizza lo stress. Il raffreddamento può aumentare la viscosità del fuso per una dispersione più forte quando necessario.

• TSE multipli (da ZSE 12 MAXX a ZSE 50 MAXX)
• Diversi sistemi di pellettizzazione (strand, subacqueo, hot-face)
• Oltre 40 alimentatori per pellet, polveri, fibre, liquidi e riciclati
• Attrezzatura a valle per pellicole/fogli (larghezza 50 mm–1 m), tubi/profili e filamenti per stampa 3D
• Sistemi di schiumatura supercritica e devolatilizzazione multistadio

Per lo smontaggio, gli elementi riscaldanti con una torcia a propano seguita da un martello pneumatico con punta in ottone (simile agli strumenti di scarico delle automobili) si dimostrano efficaci:

1. Smontare mentre è caldo o riscaldare in botte per 20 minuti se raffreddato.
2. Sostenere le viti lunghe in modo uniforme per evitare la flessione.
3. Rimuovere il dado terminale; sfilare l'ultimo elemento, se possibile. Altrimenti, applica calore e pazienza.
4. Utilizzare punta e martello in ottone per elementi ostinati, mantenendo il calore durante la maschiatura.
5. Pulire gli alberi esposti dopo ogni rimozione.