MANUALE DI REOLOGIA APPLICATA ALL’ESTRUSIONE
PREFAZIONE
L’estrusione è un processo stabile che consiste nella fusione del polimero e nella spinta del fuso attraverso la testa-filiera.
In estrusione si hanno molti problemi dovuti al fatto che durante il processo di produzione si manifestano delle instabilità ossia delle variazioni di qualità del prodotto finito dovute alle variazioni delle condizioni ambientali nelle quali avviene l’estrusione o a variazioni della qualità della materia prima o alla difficoltà di mantenere costanti le condizioni di lavoro del processo di estrusione.
I testi esistenti analizzano il processo di estrusione considerando tante condizioni di flusso quanti sono i processi e per ogni situazione vengono proposti dei modelli di flusso spesso molto semplificati e si fanno dei calcoli in ben precise condizioni di estrusione spesso ipotizzando situazioni irreali, come il flusso newtoniano nell’estrusione dei polimeri.
Praticamente i testi insegnano, a chi ha fatto studi approfonditi, quasi solo come si fanno i modelli di funzionamento ed i calcoli, quasi sempre approssimati, del flusso dei polimeri. Suggerimenti su come affrontare i problemi pratici non se ne trovano.
I testi infatti non ci dicono perché durante l’estrusione ci sono tanti problemi di variazione della qualità del prodotto finito e ancora meno ci dicono come affrontarli e come eliminarli.
L’esperienza di alcune decine d’anni di insegnamento e la lettura di molti testi, tra i quali Fundamental of Polymer Processing di Stanley Middleman, “Engineering Principles of Plasticating Extrusion” di Tadmor e Klein, “Extrusion Dies di Walter Michaeli”, Flow Properties of Polymer Melts di J.A. Brydson, mi hanno aiutato ad analizzare il processo di estrusione basandomi sulle leggi della fisica e della reologia in particolare.
Qualche tempo fa mi sono reso conto che nei testi classici di estrusione non ci sono le risposte che ho dovuto dare alle domande di oltre duemila tecnici, che hanno frequentato le mie lezioni di estrusione che mi hanno chiesto: “Durante la produzione sulla mia linea succede questo inconveniente, me lo sa spiegare il perché? Come si può eliminare?”
Per rispondere a queste domande ho dovuto ricorrere alla mia esperienza personale e alla monografia di J.A. Brydson che dopo l’edizione del 1981 non sono più riuscito a trovare.
Non riporto qui la prefazione di J.A. Brydson che non solo sottoscrivo in toto, ma la sottoscrivo a tal punto che trovo che il testo del “Estrusione con parole mie” è una monografia come quella di J.A. Brydson con una differenza, che anziché riportare il confronto tra le esperienze e le conclusioni di tantissimi studiosi è riportata solo la mia (personale) esperienza, che a questo punto i lettori potranno confrontare con le altre.
Negli ultimi anni, la mia risposta ai tecnici non è più ipotetica, ma poste delle domande per chiarire la qualità dell’inconveniente faccio una diagnosi, definisco la causa e do delle precise risposte su come eliminare l’inconveniente.
Questo manuale è in grado di rispondere a tutte le domande che finora mi sono state poste ed in più evidenzia la correlazione tra causa ed effetto, il perché c’è l’inconveniente e come seguendo le leggi dell’Estrusione, che è una Scienza, possa essere eliminato.
In questo testo a differenza di tutti gli altri l’estrusione viene affrontata come un processo assolutamente stabile per cui ogni variazione, il così detto inconveniente, ha una causa sempre individuabile, sempre eliminabile e quasi sempre con costi limitati.Trattandosi di variazioni più o meno importanti, che sono caratteristiche del processo di estrusione, esse possono essere individuate da chiunque lavori su una linea di estrusione.
Questo manuale è diretto a tutti quelli che lavorano nel campo dell’estrusione e spiega, anche a quelli che hanno una preparazione scolastica limitata e quindi una scarsa preparazione scientifica, le leggi della fisica che si applicano nell’estrusione.
L’impostazione rigorosamente scientifica che ho dato a questo manuale parte dalla considerazione che tutti quelli che estrudono, e quindi intervengono sul processo di estrusione cambiando le condizioni di lavoro, qualsiasi sia l’intervento che effettuano sul complesso di estrusione (estrusore- testa) applicano le leggi della fisica e quindi della reologia.
Durante l’estrusione tutti applicano le leggi della fisica, questo però non significa che si preoccupano di sapere quali leggi applicano e che conseguenze hanno le loro azioni sul processo, ma si accontentano di sapere che ad un determinato intervento corrisponderà una variazione della qualità del prodotto, generalmente a loro nota.
La modifica di una qualsiasi condizione di lavoro è un azione e tutti sanno che ne conseguirà una reazione del complesso di estrusione che provocherà una variazione della qualità prodotta.
In questo manuale si evidenziano tutte le leggi della fisica che si applicano durante il processo di estrusione e tutte le azioni che vengono esercitate per far avanzare, fondere ed estrudere il polimero e le conseguenti reazioni del polimero che portano all’estrusione di un polimero di una ben precisa qualità, ossia viscosità, a seconda delle caratteristiche dell’estrusore della portata e del polimero.
1) L’unica qualità dell’estruso è la viscosità ossia la temperatura alla quale il fuso esce dalla filiera.
2) Gli operatori scelgono la portata da estrudere, ma è il polimero che sceglie a che temperatura, ossia viscosità, uscire dalla filiera.
In questo testo i lettori troveranno situazioni ed inconvenienti a loro noti e troveranno anche molti suggerimenti su come evitarli e come eliminarli quando si presentano Un vantaggio non da poco per sé e per la ditta.
Chi invece ha la fortuna di avere una cultura scientifica sufficiente per analizzare i fenomeni teorizzarli e quantificarli in questo testo troverà tutte le regole necessarie per ricavare le correlazioni tra le variabili di processo da applicare a qualsiasi complesso di estrusione indipendentemente dal prodotto finito e quindi sarà in grado di correlare anche la qualità dell’estruso con i vari prodotti finiti.
Mi sento di garantire, perché lo garantisce la Reologia che non sbaglia mai, che chi applicherà sistematicamente queste regole per analizzare il processo raggiungerà una tale conoscenza del processo che diventerà un tecnico in grado di contribuire alla trasformazione dell'attuale Estrusione Tradizionale nell’Estrusione del Futuro.
Per Estrusione Tradizionale intendo la conduzione delle linee di produzione imponendo una velocità di linea ed accettando la qualità che verrà scelta dal polimero alle condizioni di lavoro prescelte in base all’esperienza.
Per Estrusione del Futuro, che è all’inizio e prevedo sarà relativamente diffusa nel 2020, intendo una linea di estrusione che verrà condotta da un processore che controllerà tutte le variabili garantendo, per qualsiasi velocità di linea, la qualità ottimale dell’estruso e quindi la migliore qualità del prodotto finito, ossia,il profilo. Ovviamente saranno questi tecnici che programmeranno i processori in modo che il conduttore della linea di estrusione debba solo impostare i giri della vite che dà la portata e la qualità desiderata del fuso e del profilo.
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