Estrusione di tubi HDPE: Microprocessi relativi al traferro

Dinamiche e Sfide nell'Estrusione di Tubi in HDPE

L'HDPE utilizzato nei tubi è un polimero cristallino, che contiene il 60-80% di cristallinità. La lavorazione avviene a circa 200°C, quando tutte le strutture cristalline si trasformano in una struttura indefinita all'uscita della matrice. Le materie plastiche estruse hanno spesso una viscosità di fusione più elevata, che consente all'estruso di mantenere la forma impartita dalla filiera.
Il traferro è un'area critica in cui l'estruso si trova tra la filiera di estrusione e l'ingresso della calibratrice, in cui l'estruso viene visto per la prima volta dall'operatore.
Come spiegato in dettaglio dall'ingegnere Yashodan Kanade nel 2020, in quest'area si verificano molti microprocessi che avvengono contemporaneamente all'interno del traferro::

• Rigonfiamento della matrice
• Ritiro
• Aumento della densità
• Frattura della massa fusa (in determinate condizioni)
• Contatto con l'aria e ossidazione superficiale
• Allungamento mentre l'estruso è caldo (orientamento della colata)
• Risonanza di trafilatura (in alcuni casi)
• Ricottura mentre il materiale è caldo prima di entrare nella calibratrice
• Dimensionamento sotto vuoto o sotto pressione
• Raffreddamento al di sotto della temperatura impostata

Idealmente, l'estruso proveniente dall'estrusione di tubi in HDPE dovrebbe avere la stessa densità e temperatura lungo la circonferenza, e la distanza tra le intercapedini dovrebbe essere mantenuta costante.
L'area del traferro è il punto in cui l'HDPE caldo entra in contatto con l'ossigeno dell'aria, causando una degradazione ossidativa in superficie. La prevenzione dell'ossidazione non è molto efficace nell'intercapedine, perché qui si formano la maggior parte delle aldeidi e degli acidi.This die variation of HDPE depends on:

• HDPE utilizzato - maggiore è l'MFI (Melt Flow Index), minore è il rigonfiamento dello stampo
• Distanza tra gli stampi - minore è la distanza, maggiore sarà il rigonfiamento dello stampo
• Terreno della matrice: più lungo è il terreno della matrice, minore è il rigonfiamento della stessa.
• L'eccentricità della parete del tubo provoca una variazione del rigonfiamento della matrice
• Temperatura dell'estruso - più alta è la temperatura, minore è il rigonfiamento della matrice
   

Frattura della colata e risonanza di trafilatura nell'estrusione di tubi in HDPE

Durante l'estrusione di tubi in HDPE si verificano due tipi di variazione del traferro: la frattura di fusione e la risonanza di trafilatura. Entrambe comportano una diminuzione della qualità dell'estruso, che generalmente limita la produttività.
Esse causano un deterioramento della superficie che va dalla semplice rugosità  a configurazioni elicoidali casuali o a distorsioni grossolane (frattura da fusione).
La frattura del fuso può provocare cedimenti a trazione, instabilità dell'estruso, fenomeni di stick-slip del polimero sulle superfici della matrice.
La risonanza di estrazione è di natura più ciclica, con variazione nel diametro dell'estruso. Si verifica solo quando il rapporto di prelievo e/o la velocità di prelievo raggiungono un valore critico e a una velocità di produzione fissa. La gravità della risonanza di trafilatura aumenta con l'aumento del rapporto di trafilatura e/o della velocità di trafilatura fino alla rottura dell'estruso.
Mentre l'estruso viene aspirato attraverso il traferro, un'altra zona immobile è l'ingresso dell'estruso nel serbatoio del vuoto. Si tratta di un'operazione piuttosto impegnativa, poiché l'ingresso del serbatoio di raffreddamento è occupato dall'acqua corrente. L'acqua è solitamente sottoposta a uno stretto controllo mediante l'uso di dighe, diaframmi e sbarramenti per mantenere il flusso d'acqua il più costante possibile, al fine di evitare un contatto instabile o instabile dell'acqua con il cono di fusione.
In questo caso, la superficie esterna del prodotto estruso passa da uno stato liquido viscoso ad alta temperatura a uno stato solido: l'estruso entra in contatto con l'acqua del serbatoio di spegnimento, creando una condizione irreversibile nel prodotto.