Notícies Info Notícies

Aquest article ha estat escrit originalment en castellà. L'hem traduït automàticament per a la vostra comoditat. Tot i que hem fet esforços raonables per a aconseguir una traducció precisa, cap traducció automática és perfecta ni tampoc pretén substituir-ne una d'humana. El text original de l'article en castellà podeu veure'l a Mejora de la eficiencia de extrusión de compuestos de TPE-V

Millora de l'eficiència d'extrusió de compostos de TPE-V

Joachim Bertrand, Lutz Kirchner i Steffen foEs Schill.
Schill + Seilacher "Struktol" AG (Hamburg)
15/06/2006
Normalment, els compostos de TPE-V exhibeixen un comportament de procés acceptable en aplicacions d'emmotllament per injecció i extrusió. Tanmateix, és possible millorar les propietats d'extrusió afegint additius de procés especialment dissenyats. S'ha demostrat que l'addició d'un additiu a un compost de TPE-V augmenta el rendiment d'extrusió i redueix la pressió i el parell i, per tant, el consum d'energia. Així mateix, s'han obtingut millores considerables en la qualitat superficial del perfil. Les dades físico-mecànics mostren una influència marginal de l'additiu en les propietats del producte final. Aquest article es basa en una ponència dels autors presentada durant el 4t Congrés Europeu d'Additius i Colors, organitzat per SPE a Alemanya el març de 2005.
Imagen
En els últims anys, els elastòmers termoplàstics (TPE) s'han convertit en un material consolidat per nombroses aplicacions. Si l'interès inicial passava per reemplaçar el cautxú en algunes de les seves àrees tradicionals, els avantatges derivats de les propietats úniques dels TPE els han obert nous mercats. Encara que el producte final es comporta com un elastòmer, el procés de producció d'un TPE és diferent al del cautxú. Schill + Seilacher, un experimentat fabricant d'additius de procés per a la indústria del cautxú, es va plantejar si és o no possible aportar millores addicionals als TPE per mitjà d'additius de procés. Un compost TPE llest per a usar mostra ja de per si bones propietats d'extrusió. Una matriu contínua de PP garanteix una alta plasticitat a temperatures per sobre del punt de fusió, alhora que les partícules dispersades i reticulades de EPDM actuen com a càrrega elàstica. Perquè el producte final tingui bones propietats és molt important comptar amb una mida fi de partícula. Amb tot, molts clients segueixen interessats a millorar l'acabat dels articles de TPE. Aquesta millora és el principal objectiu d'aquest treball, a més del guany en l'eficiència i la reducció dels costos.

Materials i equips

El TPE-V utilitzat en aquest estudi era un producte comercial amb un grau de duresa Shore de 55 Sha. Es va seleccionar un material relativament tou, amb baix contingut de PP, esperant que mostrés una major sensibilitat als additius de procés, a causa del seu alt contingut en càrregues polimèriques. En certs experiments es va preferir el producte en color negre per obtenir informació sobre la compatibilitat i la migració de l'additiu de procés. Per a això, es va afegir una quantitat d'additiu de fins al 6%, superior a la practicable.

L'extrusió es va dur a terme en un extrusor de cargol senzill Brabender 19/25D, utilitzant un filtre rectangular de 20X1 mm. La temperatura es va fixar a 185-185-190-195 º C a les quatre zones disponibles des del punt d'alimentació fins a la boca. La compressió de l'eix era de 4:1. Es va col·locar un sensor de pressió abans de la zona del broquet. Els espècimens per a les proves físico-mecàniques es van tallar directament de les bandes extrudides.

Es va utilitzar una màquina d'emmotllament per injecció Arburg Allrounder 220-90-350 a una pressió constant per produir les mostres destinades a les proves mecàniques, i per avaluar les propietats de flux amb un motlle de creueta. La temperatura es va fixar a 180-190-190-200 º C a les quatre zones, la temperatura del motlle es va fixar a 80 º C, i es va emprar un temps de refredament de 30 segons. Es van descartar les primeres 15 mostres de cada sèrie.

Schill + Seilacher va avaluar com a additius de procés diferents substàncies. L'additiu utilitzat en aquest estudi és una barreja optimitzada de sabons metàl·lics, amides d'àcids grassos i compatibilitzats optimitzada per TPE-V. Prèviament als experiments i per motius de comoditat, es va preparar un masterbatch amb un 17,5% d'additius en un extrusor de doble cargol, i es va barrejar amb els grànuls de TPE-V en les proporcions adequades.

Imagen

Resultats

Extrusió

La reduïda viscositat del compost termoplàstic permetre treballar a la màxima velocitat de cargol sense acostar-tan sols als límits tècnics de la màquina (velocitat màxima de l'eix, 120 rpm; parell màxim 200 Nm). El rendiment de l'extrusió augmentar amb la velocitat del cargol. És ben sabut que la viscositat d'un TPE (i dels polímers en general) disminueix en augmentar la velocitat de cisallament. Els fabricants recomanen processar els TPE a altes velocitats de cisallament per tal d'aconseguir un bon flux. No obstant això, aquest factor té més importància en el model per injecció que en l'extrusió. Per determinar la concentració òptima d'additiu, es van dur a terme dues sèries de proves d'extrusió, utilitzant concentracions d'entre el 0 i el 3% de TPE-V de color neutre i entre el 0 i el 6% de TPE-V de color negre. Ambdues sèries mostren que amb dosificacions relativament baixes, d'entre el 0,5% i l'1%, el rendiment augmenta de forma considerable, mentre que amb dosificacions més altes la millora resulta fins i tot inferior.

Com a norma general, la dosificació d'additiu hauria de ser el més reduïda possible, dins del necessari, per evitar qualsevol efecte col·lateral. Aquesta regla i la pròpia economia del procés situen la dosificació òptima d'additiu en un màxim de l'1% per a un TPE-V.

Encara que una major concentració d'additiu redueix encara més la viscositat del compost, també rebaixa l'acumulació de pressió a l'interior del extrusor, que és la força motriu de l'extrusió.

El rendiment de l'extrusió és un factor econòmic de la producció que es pot millorar incrementant la velocitat del cargol o amb un additiu. L'additiu no només augmenta el rendiment mantenint constant la velocitat del cargol, sinó que també redueix la pressió i el parell d'extrusió. Es pot establir una relació lineal entre el parell i la pressió. A les nostres proves es va obtenir una reducció del parell del 17% i un augment del rendiment d'extrusió del 21%, a una velocitat mitjana del cargol de 60 rpm i amb una concentració d'additius de l'1%.

Les altes concentracions d'additius produeixen efectes importants en el parell i la pressió, i només condueixen a una millora marginal del rendiment en comparació amb la dosificació òptima d'additiu. En aquest cas concret, els additius de procés poden aportar un important estalvi d'energia (superior al 17%) si es considera que el parell és proporcional al consum d'energia. La influència dels diferents dissenys d'eixos i l'aplicabilitat dels resultats a altres tipus d'extrusors queden fora de l'objecte d'aquest estudi.

Partint de la base que l'additiu es concentra principalment en la fase contínua de PP, resulta evident que fins i tot una petita quantitat d'additiu ha de ser suficient per reduir la viscositat del polipropilè, i per tant la del compost. En un compost de cautxú, l'additiu es dispersa per tot el compost i és absorbit en part per la càrrega. Es requereixen grans dosificacions d'additiu per obtenir una reducció similar de la viscositat. No obstant això, també s'hauria de considerar la possible migració de l'additiu a les partícules de EPDM dels TPE causa de la seva petita grandària, i tenint en compte que la velocitat de difusió no és el factor limitant.

En moltes aplicacions dels TPE, l'acabat del producte té una importància crítica, per això, la indústria està interessada en qualsevol possibilitat de millorar la qualitat superficial dels productes de TPE. A la vista de les proves d'extrusió, hi ha dos fets evidents: en primer lloc, l'acabat superficial del perfil és pitjor com més gran és la velocitat d'extrusió. El compost de control va mostrar una superfície irregular a baixa velocitat de l'eix, per contra, el compost que contenia additiu es va comportar molt millor. En segon lloc, l'additiu millora considerablement la superfície del perfil, tot i que la influència negativa de l'alt rendiment segueix estant patent. Normalment, un additiu de procés produeix un efecte de lubricació interna que disminueix la viscositat del compost i, paral·lelament, un efecte de lubricació externa a causa de la modificació de la superfície. En aquest cas, la presència d'un additiu té un clar efecte de fluïdificació, en part responsable del major rendiment, però també de la major homogeneïtat del flux.

Imagen
Desafortunadament, la qualitat de la superfície només es pot avaluar de forma subjectiva a través de mètodes visuals i sensorials. El terme "hàptica" s'utilitza sovint per descriure les propietats superficials de peces en TPE. Hem d'admetre que alguns efectes superficials s'expressen de manera subjectiva millor que per mitjà de valors mesurats.

L'ús d'additius especials podria influir positivament en la qualitat superficial, millorar l'aspecte visual i realçar la sensació de suavitat al tacte, la qual cosa podria ser molt més important per al fabricant que qualsevol altre paràmetre més tècnic. Per descomptat, aquesta és una qüestió subjectiva i són els clients qui han provar-ho en cada cas específic.

D'altra banda, aquesta qüestió podria abordar-en certa mesura-determinant si l'additiu migra a la superfície ia quina concentració es produeix aquesta migració. Es va utilitzar un TPE de color negre per a visualitzar millor la migració a la superfície, i es va barrejar amb quantitats variables del masterbatch d'additiu, generant concentracions d'additiu compreses entre el 0,25% i el 6%. No es va observar cap migració d'additiu visible o severa. Les bandes extrudides es van fer més propenses a les marques d'esgarrapades a altes concentracions d'additiu, un efecte no gaire pronunciat a concentracions de fins al'1%. També és cert que la major suavitat i lluentor superficial dels compostos amb contingut d'additiu podria haver contribuït a la major visibilitat d'aquests esgarrapades.

Les propietats mecàniques dels TPE-V no eren l'objectiu principal d'aquest estudi, no obstant això, sí calia comprovar la possible influència del additiu en l'estructura mecànica. D'acord amb la nostra experiència en l'àmbit del cautxú, sabem que les dosificacions normals (d'1 a 4 PHR) d'additius de procés es poden tolerar, sempre que se seleccioni l'additiu apropiat, amb freqüència, és difícil detectar qualsevol influència de cap tipus. El mateix passa amb els TPE-V. Les baixes dosificacions de fins al'1% no exerceixen pràcticament cap influència en la constant elàstica i la resistència a la tensió, mentre que l'elongació al punt de trencament roman a un nivell constant dins de tot l'interval de concentracions d'additiu avaluades.

El inflament del producte extruït i la velocitat d'extrusió no es van mesurar amb gran precisió a causa de les dificultats per controlar la velocitat de sortida. Els mesuraments de gruix realitzades en els espècimens durant les proves mecàniques van mostrar, com era d'esperar, un major inflament a altes velocitats d'extrusió. També es va observar una clara tendència a un menor inflament del extruït en el cas dels compostos amb contingut d'additiu, en comparació amb el control.

Emmotllament per injecció

Com és d'esperar, l'additiu de procés també millora les propietats de flux dels compostos de TPE-V en els processos d'emmotllament per injecció. La millora observada, del 7%, no va ser tan pronunciada com en el cas de l'extrusió. No es va avaluar la influència dels paràmetres de configuració de la màquina, com ara la pressió i la velocitat d'injecció, el temps o les temperatures. La major dispersió dels resultats, en comparació amb el control, es va deure a unes concentracions irregulars d'additiu al TPE-V a causa del reduït volum d'injecció, un problema típic de les proves a petita escala.

Les propietats mecàniques mostren novament el mateix efecte de relaxació observat en les mostres extrudides. Tant la constant elàstica com la resistència a la tensió resultar una mica més baixes en les mostres amb additiu, mentre que l'elongació al punt de trencament no va disminuir de manera significativa.

Es va observar un efecte interessant en les propietats mecàniques, que es van situar en valors molt més baixos que en el cas del extruït. La resistència a la tensió va ser de tan sols la meitat del valor de la banda extruït, i l'elongació es va reduir encara més dràsticament, mentre que la constant elàstica al 100% es va mantenir en nivells comparables. Si bé és cert que s'han utilitzat diferents mètodes i tipus d'espècimens en les proves mecàniques, això no és suficient per explicar la diferència. El TPE-V no és un material homogeni. Evidentment, la càrrega elàstica fa que el material sigui molt sensible a les velocitats de cisallament i refredament, el que pot resultar en propietats mecàniques molt diferents segons el mètode de processament que s'utilitzi.

Com s'afegeix un additiu de procés a un compost de TPE?

Es tracta d'una qüestió d'interès pràctic. Contràriament al procés de barreja per lots d'un compost de cautxú, en el qual els diferents ingredients es poden anar afegint sense grans problemes, la producció en continu de compostos de TPE és molt menys flexible a l'hora de tolerar la dosificació d'ingredients addicionals. Convé tenir en compte dos punts de vista: el de l'usuari final i el del fabricant del TPE.

Normalment, a l'usuari final li interessa disposar d'un compost llest per utilitzar. Qualsevol additiu, ja tingui la forma d'un producte pur od'un masterbatch, s'ha de poder barrejar prèviament amb els grànuls de TPE o alimentar-se directament a la màquina. Ambdós mètodes són tècnicament practicables si l'usuari final està ben equipat per a això i està disposat a fer aquest esforç addicional. Un usuari final de la indústria del cautxú estarà segurament més preparat que un de la indústria del plàstic. Poden ser necessàries diferents concentracions de masterbatch.

També resulta temptadora la idea d'incorporar l'additiu al compost de TPE durant el propi procés de fabricació. Atès que s'afegeixen altres ingredients al compost, hauria de ser fàcil afegir també l'additiu de procés. El resultat seria un compost millorat, però l'usuari final ja no podria decidir si afegiu o no l'additiu. És clar que, d'altra banda, el procés de fabricació de TPE en continu podria convertir l'additiu de procés en un ingredient estàndard del compost, potser no per a totes les classes de TPE però sí per a algunes especials.

Influència en la morfologia de fases

Als fabricants de TPE els interessaria saber si l'additiu, convertit ara en ingredient, exerceix alguna influència en la morfologia de fases d'un TPE-V. Si l'additiu s'afegeix abans que es completi la reticulació dinàmica, la reologia del sistema pot canviar, el que al seu torn pot redundar en canvis en la morfologia de fases. Aquesta influència pot ser positiva o negativa depenent probablement dels paràmetres específics de cada cas concret. A part de la influència física en la viscositat, l'additiu també pot canviar l'activitat superficial de les dues fases, per no parlar de la interferència química amb el procés de reticulat.

El que no té gaire sentit és afegir un additiu de procés a la fase d'EPDM si aquesta es premescla com un lot separat abans de l'extrusió final. La fase que flueix és la contínua, no la de EPDM que es vulcaniza posteriorment. Es van provar diversos additius en l'elaboració de compostos de TPE-V en un mesclador de laboratori. Els additius es van agregar abans que l'agent de curat, una resina fenòlica. La presència de l'additiu va reduir el parell de barreja causa de la menor viscositat que va induir en la fase de PP, el que segurament redundar directament en unes menors forces de cisallament en el compost.

Les mostres extrudides es van examinar amb ajuda d'un Microscopi de Força Atòmica (AFM). En comparació amb el control, l'additiu va produir una estructura de fases més grollera.

Un altre additiu va millorar la morfologia de fases i va donar lloc a una estructura de mida de partícules més fina, el que no obstant no va resultar en un millor comportament d'extrusió. L'estudi ha revelat l'additiu de procés pot influir en la morfologia de fases durant el procés de fabricació d'un TPE-V, i el més probable és que la influència sigui negativa, si el procés de producció sense additius estaba optimitzat.

Perspectives futures

Queden obertes a la investigació moltes qüestions sobre aquest complex procés. És possible afegir l'additiu a un TPE abans del pas de vulcanització dinàmica, si l'additiu s'inclou en la formulació des del principi del desenvolupament del TPE? És possible controlar la influència de l'additiu triant polímers apropiats amb la viscositat necessària? És possible que un additiu millori fins i tot la morfologia de fases d'un TPE-V? Totes aquestes qüestions requereixen noves investigacions, per no parlar de les diferents classes de materials TPE, que sens dubte requereixen additius diferents.

De moment, la manera més segur d'afegir un additiu de procés és fer-ho després de la reticulació dinàmica, un cop s'ha completat la formació de les fases.

Conclusions

Els additius de procés especialment dissenyats per als TPE-V tenen els següents efectes (segons els resultats obtinguts en aquest estudi. Valors per a 60 rpm i concentració d'additiu de l'1%):
  • Augmenten el rendiment de la extrusió de TPE-V en un 21%
  • Redueixen el consum d'energia en un 17%
  • Milloren l'acabat superficial
  • En concentracions òptimes, no exerceixen cap influència sobre les propietats mecàniques
  • Cal afegir després que la morfologia de la fase s'estabilitzi
  • S'ha determinat una concentració d'additius recomanada d'entre el 0,5% i l'1%.

Empreses o entitats relacionades

Arburg, S.A.
Asociación Española de Fabricantes de Máquinas-herramienta, Accesorios, Componentes y Herramientas, AFM

Suscríbase a nuestra Newsletter - Ver ejemplo

Contrasenya

Marcar todos

Autorizo el envío de newsletters y avisos informativos personalizados de interempresas.net

Autorizo el envío de comunicaciones de terceros vía interempresas.net

He leído y acepto el Avís legal y la Política de protecció de dades

Responsable: Interempresas Media, S.L.U. Finalidades: Suscripción a nuestra(s) newsletter(s). Gestión de cuenta de usuario. Envío de emails relacionados con la misma o relativos a intereses similares o asociados.Conservación: mientras dure la relación con Ud., o mientras sea necesario para llevar a cabo las finalidades especificadasCesión: Los datos pueden cederse a otras empresas del grupo por motivos de gestión interna.Derechos: Acceso, rectificación, oposición, supresión, portabilidad, limitación del tratatamiento y decisiones automatizadas: contacte con nuestro DPD. Si considera que el tratamiento no se ajusta a la normativa vigente, puede presentar reclamación ante la AEPD. Más información: Política de protecció de dades

REVISTAS

VÍDEOS DESTACADOS

  • Roboshot Week - Última llamada

    Roboshot Week - Última llamada

TOP PRODUCTS

NEWSLETTERS

  • Newsletter Plástico

    12/09/2024

  • Newsletter Plástico

    05/09/2024

Enllaços destacats

Plastics & RubberEnfriadoras Inteco, S.L.U.Fundación Andaltec I+D+i

ÚLTIMAS NOTICIAS

Empreses destacades

OPINIÓN

ENTIDADES COLABORADORAS

OTRAS SECCIONES

Serveis