Il design ottimizzato della vite di estrusione massimizza la produttività e la qualità

DelWilliams | 11 ottobre 2021

Nell'industria della plastica, le doppie viti sono il cuore del processo di estrusione che trasforma le materie prime in tubi o profili in PVC rigido. Questi componenti altamente ingegnerizzati sono parte integrante del trasporto, della compressione, della miscelazione, del riscaldamento, del raffreddamento, del taglio e del pompaggio di una varietà di sostanze viscose attraverso gli stampi in prodotti altamente strutturati. Pertanto, le viti sono anche i fattori principali della produttività e della qualità finale.

Dato il ruolo fondamentale che le viti svolgono nel processo di estrusione, quando inevitabilmente arriva il momento di sostituirle, molti produttori di tubi o profili in PVC rigido continuano a sottovalutare l’impatto di un design ottimizzato delle viti. Data la variabilità delle materie prime, delle ricette, degli additivi e dei riempitivi utilizzati, le viti non sono parti standard che possono essere semplicemente “sostituite” in base alla categoria del prodotto.

Una progettazione ottimizzata, invece, è un approccio consultivo in cui ogni parametro del processo viene valutato per creare una soluzione personalizzata adatta all'applicazione. Se abbinato a un fornitore di viti sostitutive con una vasta conoscenza di progettazione e una profonda conoscenza dei processi di estrusione, la sostituzione delle viti si trasforma da un compito in un'opportunità per gli estrusori di PVC rigido di perfezionare il proprio processo, risolvere gli attuali problemi di lavorazione e qualità del prodotto e persino garantire che la prossima sostituzione sia più lontana in futuro.

Il PVC rigido viene spesso utilizzato per creare estrusioni di tubi, ma anche profili per prodotti come pavimenti in vinile a incastro. La lavorazione ideale del PVC rigido prevede il design della vite che consente di riscaldare il materiale in modo molto uniforme fino a una temperatura di circa 150°C con tutti gli additivi distribuiti in modo uniforme attorno al granello di polvere. Il materiale/polvere viene quindi tagliato e riscaldato ad una temperatura finale che consente una gelificazione ottimale e un'omogeneità delle proprietà. Le temperature finali del processo sono comprese tra 180°C e 200°C.

In questo processo, gli estrusori bivite hanno due viti identiche che si intrecciano e sono racchiuse in un cilindro corrispondente. Il disegno può essere parallelo o conico. Durante l'estrusione bivite, il PVC/cPVC (cloruro di polivinile clorurato) utilizzato per realizzare il tubo viene convogliato, compresso, degassato, plastificato, tranciato, impastato, fuso e omogeneizzato prima di entrare nello stampo.Sia le viti parallele che quelle coniche vengono utilizzate anche per la lavorazione del uPVC (polivinilcloruro non plastificato) e del cPVC, utilizzato per porte e finestre.

Tra questi tipi di vite, quella conica ha un'ampia area di alimentazione e una scatola del cambio più semplice, ma una resa da bassa a media a causa dei limiti sulla lunghezza della vite. D'altra parte, le viti gemelle parallele non hanno limiti di lunghezza. La differenza si riflette nel parametro chiave noto come lunghezza su diametro (L/D), che è il rapporto tra la lunghezza dell'elica della vite e il suo diametro esterno.

“30 anni fa le viti avevano circa 20 L/D e 15 anni fa circa 30 L/D. Oggi molte viti funzionano a 40 L/D”, afferma Shayan Moin, che ha un MSE in ingegneria dei polimeri ed è presidente di UniSol, un rivenditore tecnico di polimeri speciali con sede in Ontario, Canada, con esperienza nella produzione di viti e cilindri per linee di estrusione di plastica.

Che la vite sia conica o parallela, la resistenza all'usura è un problema quando si estrudono materiali difficili. Con il PVC rigido, gli estrusori generalmente richiedono la sostituzione delle viti entro un periodo da uno a quattro anni a causa dei riempitivi abrasivi o corrosivi. “Il PVC contiene riempitivi come talco o carbonato di calcio che accelerano l'usura delle viti. Pertanto, alcune viti dovranno essere sostituite entro un anno o un anno e mezzo. Altri con una buona formulazione applicata con molta attenzione potrebbero durare quattro anni”, afferma Moin.

Nella maggior parte dei casi, la prova dell’usura delle viti è chiara, anche se impercettibile. L'usura delle viti può influire sulla lavorazione o sulla qualità del prodotto. I sintomi includono una produttività ridotta, un maggiore utilizzo del calore elettrico, la necessità di più additivi o l'odore di materiale bruciato durante la produzione. L'usura abrasiva può anche causare inceppamenti nella porta di alimentazione principale, negli alimentatori laterali e nella zona di pressurizzazione dello stampo, il che riduce ulteriormente la produttività.