Tecnologie Materie Plastiche Modulo4 SOFFIAGGIO Lezione 01

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1 ITIS Giulio Natta Istituto Tecnico Industriale per la meccanica e le materie plastiche - Liceo Scientifico Tecnologico Via XX settembre 14/A - Rivoli TO Tecnologie Materie Plastiche Modulo4 SOFFIAGGIO Lezione 01 Contenuti Formatura con soffiaggio blow molding Soffiaggio con estrusione - EBM Soffiaggio con iniezione - IBM Confronto EBM - IBM Bibliografia De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici Hoepli TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 1/11

2 FORMATURA CON SOFFIAGGIO BLOW MOLDING È un processo per la fabbricazione di corpi cavi Vantaggi del soffiaggio Si possono ottenere: Forme complesse Pareti sottili Materiale poco sollecitato Accuratezza della superficie esterna Il soffiaggio è diventato il terzo processo di trasformazione, in termini di importanza, dei TERMOPLASTICI, dopo estrusione e iniezione. Fasi del processo: 1. fabbricazione di un preformato cavo (parison) 2. espansione del preformato mediante aria compressa entro uno stampo femmina Sono possibili due soluzioni che prendono il nome dalle tecnologie impiegate per la fabbricazione del parison, ovvero: Soffiaggio con estrusione Extrusion Blow Molding: EBM Soffiaggio con iniezione Injection Blow Molding: IBM TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 2/11

3 ESTRUSIONE CON SOFFIAGGIO IBM Si hanno due tipologie di processo: Iniezione a ciclo continuo Iniezione in due fasi Iniezione a ciclo continuo Si utilizzano macchine a tavola rotante (con 3 4 stazioni). Queste le fasi del processo stazioni della tavola rotante: 1: fabbricazione della preforma (parison) per iniezione; 2: soffiaggio del parison 3: raffreddamento + estrazione pezzo; (4: etichettatura). Iniezione in due fasi Il processo segue le stesse fasi ma in due momenti diversi: 1: fabbricazione della preforma (parison) per iniezione in uno stabilimento; 2: soffiaggio del parison in uno stabilimento diverso (quello dell imbottigliamento) TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 3/11

4 ESTRUSIONE CON SOFFIAGGIO EBM CONTROLLO DELLO SPESSORE SULLA LUNGHEZZA Con il movimento in verticale dell otturatore si ottengono parison con spessori variabili lungo l asse. Più materiale dove la forma ha maggiori dimensioni esterne. CONTROLLO SPESSORE SEZIONE RETTA Si ottiene con il movimento della matrice nel piano orizzontale.. TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 4/11

5 ESTRUSIONE CON SOFFIAGGIO EBM Si hanno due tipologie di processo: Estrusione continua Estrusione intermittente Estrusione continua Queste le fasi del processo Fase 0: la preforma (parison) viene estrusa con ciclo continuo; Fase 1: alla lunghezza prevista lo stampo, che darà la forma definitiva, si chiude Fase 2: lo stampo si sposta verso la stazione di soffiaggio, sgombrando la zona di estrusione per dar spazio alla nuova preforma che si sta estrudendo. Fase 3: inserimento dell ago e soffiaggio; Fase 4: estrazione pezzo Fase 5: spostamento nella zona di estrusione e chiusura (Fase 1) Lo stampo è dotato di due movimenti: 1. Apertura / Chiusura; 2. Traslazione tra area di estrusione e stazione di soffiaggio A seconda del movimento di traslazione dello stampo si hanno: 2.1 Macchine mono-stampo: moto verticale (vedi fig. 4.8 pag 114) 2.2 Macchine bi-stampo: moto orizzontale (vedi fig. 4.9 pag 115) TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 5/11

6 ESTRUSIONE CON SOFFIAGGIO EBM Estrusione intermittente Gli estrusori, in questo caso, sono dotati di una TESTA DI ACCUMULO, queste le fasi: Fase 0: passaggio del polimero fluido dall estusore alla camera di accumulo; Fase 1: estrusione di un certo numero di preforme; Fase 2: chiusura di tutti gli stampi; Fase 3: soffiaggio; Fase 4: raffreddamento ed estrazione pezzo (Fase 1) Vantaggio: lo stampo è dotato del solo movimento di Apertura / Chiusura; Svantaggio: il metodo non è adatto per materiali che degradano alla temperatura di lavoro. Melt strenght La rigidezza ad alta temperatura oltre che con il melt flow index si valuta anche con altri metodi. Per esempio si misura il tempo impiegato dal parison a raggiungere lunghezze prestabilite. TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 6/11

7 ESTRUSIONE CON SOFFIAGGIO EBM Matrice Si tratta di stabilire la geometria della matrice al fine di ottenere il parison della forma e dimensioni voluti. Si devono contrastare due fenomeni: 1. Il rigonfiamento aumento diametro esterno (D) 2. Contrazione assiale accorciamento e aumento dello spessore Il comportamento viscoelastico dal quale discendono i due fenomeni si valuta attraverso 3 indici: Indici di rigonfiamento: 1. diametrale =D/d 2. parietale =H/h Indice di massa: rapporto tra massa effettiva e teorica. 3. massa x L indice di massa è calcolato in modo approssimato. IPOTESI: spessore parete molto minore del diametro la massa vale M = V x ritenendo la massa volumica costante il rapporto delle masse è pari al rapporto tra volumi = Ve / Vt Ove V è il volume di un tubo (sez. corona circolare) = Ve / Vt DHL / d h L x La complessità del problema è tale che in pratica la geometria della matrice è fissata mediante formule empiriche V=A x L = (D 2 d 2 )x L / 4 A d x h TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 7/11 L

8 FORMATURA CON SOFFIAGGIO BLOW MOLDING Confronto fra i due processi (EBM IBM) Gli elementi che si considerano per il confronto sono: costi, materiali, prodotti - processi Per costi e materiali EBM Il soffiaggio con estrusione è meno costoso e quindi il più impiegato: l 80% dei prodotti soffiati è ottenuto con l EBM. I materiali devono però avere una elevata melt strenght (rigidezza del materiale allo stato fuso) che ha andamento inverso del melt flow rate (melt flow index) g/10 min. (vedi fig 4.2 pag 105) (la preforma è come uno spaghetto che esce dalla matrice in direzione verticale e quindi soggetto a stiramento per gravità e da qui l esigenza di una buona melt strenght) IBM Con l IBM, escluso il PVC rigido, si lavorano tutti i materiali da soffiaggio, anche con bassa melt strenght, come il PET, visto che l anima che genera la cavità della preforma la sostiene. MATERIALI e PROCESSI PET PA PC HDPE LDPE PVC rigido PS PC EBM EBM EBM EBM EBM - EBM EBM - IBM IBM IBM IBM IBM - IBM TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 8/11

9 FORMATURA CON SOFFIAGGIO BLOW MOLDING Confronto fra i due processi (EBM IBM) Per prodotti e processi Il soffiaggio con estrusione EBM è impiegato per fabbricare una vasta gamma di prodotti cavi (uso automobilistico, bottiglie, serbatoi di varie dimensioni 5000 litri). Il soffiaggio con iniezione IBM è impiegato per fabbricare bottiglie fino a ½ litro (le bottiglie più grandi si fabbricano con EBM). Con l IBM non si hanno bave con l EBM si e quindi a fine ciclo si renderà necessaria l operazione di sbavatura con macinatura degli sfridi e reintroduzione nel ciclo di estrusione. Il materiale riciclato produce effetti negativi sul materiale: riduzione della viscosità e minore capacità di auto sostentamento del parison; riduzione della resistenza a trazione e all urto; aumento del calore fornito dalle fasce riscaldanti nella fase di plastificazione. La minore viscosità favorisce però la capacità del materiale di copiare la forma dello stampo. La quantità di riciclato da introdurre deve essere ben valutata. Con l IBM si ottengono pezzi di qualità superiore in termini di precisione della massa della preforma e di finiture superficiali. TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 9/11

10 FORMATURA CON SOFFIAGGIO BLOW MOLDING Confronto fra i due processi (EBM IBM) %Per prodotti e processi L IBM richiede 2 stampi (1x soffiaggio e 1 x fabbricazione parison). Per l EBM è sufficiente uno stampo solo quello per il soffiaggio ma sono necessari la testa di estrusione, lo spillo di soffiaggio, lo stampo di tranciature bave. A vantaggio dell IBM c è però la possibilità di dare forme complesse al collo della bottiglia. Utilizzando inserti intercambiabili è anche possibile cambiarne rapidamente la geometria (vedi fig. 4.13). Elementi comuni fra i due processi (EBM IBM) a) La geometria del parison b) Lo stampo e i parametri di soffiaggio a) La geometria del parison In linea di massima il parison ha le seguenti proporzioni: Rapporto lunghezza/diametro 10 Rapporto diametro bottiglia/diametro parison 4 Spessore parete del parison 2 5 mm TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 10/11

11 FORMATURA CON SOFFIAGGIO BLOW MOLDING Elementi comuni fra i due processi (EBM IBM) b) Lo stampo e i parametri di soffiaggio Pressione, quantità e qualità d aria La pressione è di circa MPa (5 10 bar) Le portate sono elevate e sono ottenute giocando sul diametro dei condotti e non sulla velocità (pb. effetto Venturi: restrizione del soffiato). L aria deve essere secca (pb di macchie sulla superficie del soffiato). Lo stampo è costituito da due semi stampi ad una linea di divisione (piano di separazione). E richiesta particolare cura per le superfici di pinzatura del parison. Esse infatti devono comprimere la preforma e saldarla ermeticamente. Si devono prevedere gli sfiati per l aria compresa tra pezzo e stampo: modifica della forma e rallentamento del raffreddamento. Oltre agli sfiati si può impiegare un sistema di aspirazione che consente due vantaggi: riduzione della forza di chiusura e del tempo ciclo grazie ad uno scambio termico più efficiente tra polimero e stampo. Il raffreddamento è ottenuto in due modi: 1. Scavando il retro dello stampo ricavando una camera resa poi ermetica da piastre e guarnizioni; 2. Costruendo un sistema di tubazioni incrociate come per gli stampi per l iniezione. I materiali più utilizzati sono le leghe di alluminio che consentono durate dell ordine di milioni di cicli che aumenta se per le zone di pinzatura si impiegano leghe di rameberillio ( più costose e difficili da lavorare dell alluminio). L acciaio è penalizzato dalla conducibilità termica inferiore alle altre due leghe. TMP_M4_Soffiaggio_lez01 Rev_0 Marzo 08 - Pag 11/11