Utilizzo del reometro capillare per processi di estrusione della gomma e stampa ad iniezione
Nel settore delle gomme le proprietà reologiche vengono normalmente definite tramite un viscosimetro Mooney o un Reometro MDR (Moving Die Rheometer). Questi sistemi però hanno il limite di non lavorare nell’intervallo di deformazione tipico della lavorazione della gomma e questo può causare problemi produttivi, in quanto i materiali non mostrano un comportamento lineare. Infatti, la presenza di cere e plastificanti nelle gomme porta ad uno scivolamento durante la lavorazione, che non viene tenuto in considerazione nelle misure eseguite con strumenti di prova convenzionali. Questo provoca un’elaborazione dei dati spesso poco coerente con quanto poi riscontrato in fase di produzione, dove si verifica un comportamento errato da dover gestire solo in seguito all’avvio del processo.
Per contro, un reometro capillare per gomma RCR (Rubber Capillary Rheometer) di Göttfert può fornire ottime previsioni in aree di elaborazioni complesse.
Reometro capillare per gomma (RCR)
L’RCR è un reometro progettato partendo dalle funzioni base di un reovulcametro, per riuscire a fornire un’eccellente correlazione con i dati di estrusione e di stampaggio ad iniezione. RCR ha un sistema elettronico di azionamento servo assistito come è possibile vedere in Figura 1, quindi oltre al funzionamento a pressione controllata permette anche di eseguire determinazioni a velocità controllata in base al processo di stampa e iniezione. L’RCR è disponibile sia da 75kN che da 20kN, entrambi con la possibilità di eseguire test in estrusione e in stampaggio ad iniezione.
Il sistema è dotato di pistone e camera di prova con matrice e stampo. Nella modalità di estrusione il test è simile ad un classico test capillare per la misura del comportamento del flusso. Lo strumento permette di impiegare più velocità o diverse pressioni in un solo test, ottenendo una curva di flusso in meno di 5 minuti.
Nella modalità di iniezione lo stampo viene isolato termicamente dalla camera, permettendo di impostare temperature diverse nell’area della plastificazione della camera e dello stampo, così da poter simulare anche stampe a iniezione con canale freddo o impostando lo stampo a temperatura di vulcanizzazione.
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Lo Shear Rate nella lavorazione della gomma è molto differente in funzione dei tipi di applicazione, come ad esempio la stampa a compressione o la stampa a iniezione. In Figura 3 si vedono i diversi intervalli di Shear Rate in relazione all’applicazione specifica.
Inoltre, sempre la Figura 3 mostra come un sistema MDR, RPA o Mooney non siano adatti per le analisi di estrusione della gomma o della lavorazione della stampa ad iniezione. Questo vale anche per il sistema da processo RPA, che raggiunge lo Shear Rate solo all’estremità inferiore del processo di estrusione; sebbene la frequenza circolare calcolata possa raggiungere valori fino a circa 600, il trasferimento dei dati ad uno Shear rate costante negli stampi di elaborazione o nei canali di flusso non è possibile, perché la regola COX-Merz non si può applicare. La regola di Cox-Merz è nota come trasferimento dai dati oscillatori ad uno Shear rate costante.
Per test precisi della gomma, nell’intervallo di lavorazione in condizioni simili al processo, è necessario analizzare il materiale con un reometro capillare progettato per determinazioni su gomme.
Test su processi di estrusione mediante RCR
Il test di viscosità nei processi di estrusione viene eseguito in due fasi a pressione diversa per alcuni polimeri grezzi e confrontando i dati tra sistema RCR e Mooney. Nella Figura 2 è possibile vedere una differenza del 30% ad alta pressione, che genera Shear rate elevate mentre la misura eseguita con Mooney mostra una differenza inferiore al 4%, vicina all’area di selettività della misura Mooney ma in ordine inverso. Per la fase di bassa pressione la differenza è inferiore e nello stesso ordine del test Mooney.
Test per processi di stampa ad iniezione mediante RCR
La misura in modalità iniezione è stata eseguita su due lotti di mescole SBR, confrontati con la misura della vulcanizzazione convenzionale con un reometro MDR. I risultati dei test forniti di un RCR sono in grado di indicare i problemi di lavorazione.
