LIUCAnno Accademico 2012-2013

Applicazioni industriali Gomme

Sintesi del corso Applicazioni Industriali (Parte gomme)Proni

1Le materie prime e le mescoleChe cosa una mescolaQuali sono gli ingredienti principali (5) di una mescolaQuale il ruolo dei singoli ingredienti principaliQuali sono le caratteristiche principali di una mescola industriale

1.1Che cosa sono i peptizzanti e i rigeneratiQualche ricetta tipica per le varie applicazioniCome si presenta una ricetta e significato di p.h.r.I costi della formulazione e del processo

1.1I vari tipi di gomme sintetiche (IP, BR, IIR, SBR, CR,) ed il confronto delle propriet di Gomma Naturale (NR) e Gomma SinteticaLe cariche rinforzanti ( nero di carbonio e cariche chiare) e la loro caratterizzazione Linfluenza delle cariche sul crudo e sul vulcanizzatoGli ingredienti della vulcanizzazione (vulcanizzanti, acceleranti, attivanti, ritardanti)

1.2 La gomma naturale (vedi film)La produzione,la raccolta, la produttivit La struttura e la composizioneI tipi ottenibili (RSS, cup lump)Differenze fra le caratteristiche della gomma SMR, SIR,STR (malesiana, indonesiana, tailandese)La non gomma e la sua influenza sulle caratteristiche della mescola finale

1.2Le caratteristiche principali: P0 e PRI, la variazione delle caratteristiche nel tras-porto della gomma naturale, la distribuzione dei pesi molecolari, il breakdown index, il comportamento alla vulcanizzazione

1.3 Il nero di carbonioI metodi di produzioneIl principale processo usato:Furnace ed una sua sommaria descrizioneLefasi a valle del processo di combustioneLe propriet del nero:La struttura atomica ed il confronto con la grafite, la formazione della particella, gli aggregati e gli agglomerati

1.3

La determinazione della dimensione e della struttura (frattali)I neri hard e soft ed i loro effetto sulle caratteristiche della mescolaHandling e trasporto

1.4La silice

Metodi di produzioneFiltrazione essiccamento, macinazione, granulazioneHandlingCaratteristiche fisiche e propriet del compound

1.4.1Reazione fra silice e silano e gommaLe interazioni carica-carica e carica polimero nel caso della silice e del nero Confronto fra i meccanismi di rinforzo di silice e nero ed effetto sulle caratteristiche del manufatto (R.R, wet grip)Le propriet rinforzanti nei due casi

1.5Le gomme sinteticheLe gomme in emulsione ESBR: Generalit sul processo di produzione I tipi prodotti La microstruttura Il peso molecolare e la distribuzioneLe gomme in soluzione SSBR: Generalit sul processo di produzione I tipi prodotti La microstruttura Il peso molecolare e la distribuzione

1.5

I Polibutadieni:

i diversi tipi producibili: anionici e Ziegler-Natta e le micro e macrostrutture ottenibili nei due casile caratteristiche delle mescole ottenibili leffetto sulla processabilit delle mescoleChe cosa la polimerizzazione stereospecificaLe gomme butiliche ed alobutiliche: catalizzatori cationici e struttura dei prodotti ottenuti

1.6 Gomme naturali e sintetiche

Sintesi delle differenze di comportamento delle varie gomme in mescola% uso della gomma naturale (35-40%) e sintetica (60-65%) nei vari Paesi del mondo

2.Mescole crude e vulcanizzateMescole crude: viscosit, plasticit e loro definizioneMescole vulcanizzate: elasticit e sua definizioneMateriali newtoniani e pseudoplastici:le gomme e la relazione sforzo/ gradiente di scorrimento e viscosit/gradiente di scorrimentoI gradienti di scorrimento e la lavorazione

2.1

Relazione fra viscosit, gradiente di scorrimento, modulo dinamico(effetto Payne) e temperaturaMisure di processabilit: trafila Garvey sistemi di simulazione (Polyflow)

2.1Il passaggio da mescole crude a mescole vulcanizzate:a)sistemi di vulcanizzazioneb)la valutazione e la misura del processo attraverso la modifica di alcune caratteri- stiche (termoplasticit, viscosit rigidit ecc.)

2.1Metodi di misura delle mescole crude: viscosit(Mooney), adesivit, curva di vulcanizzazione, scottaturae delle mescole vulcanizzate: trazioni dinamometriche, resa elastica, abrasione, lacerazione,invecchiamento durezza

3.Le caratteristiche viscoelastiche di una gommaDifferenza fra moduli a trazione e moduli dinamiciMetodi di misura delle propriet dinamicheRelazione fra parte reale del modulo di Young e componente elastica e componente dissipativaRelazione fra modulo di rilassamento e temperatura in un polimero amorfo

4.Il comportamento della carica in un sistema binario (SBR,NR)

Parametri che influenzano: a)affinit chimica (nero,SBR)b)peso molecolare (NR meglio di SBR) e sua distribuzione (Li meglio di Nd)c)tipo di carica (nero o silice)d)tipo di mescolatore chiuso (By e Intermix)

4.1Effetto delle caratteristiche micro e macrostrutturali sullincorporazione della carica nel mescolatore aperto e chiuso

Nel mescolatore aperto va meglio un alto peso molecolare, alto MWD ed alto cis(ad esempio polibutadiene al Nd, Co, Ni)Nel mescolatore chiuso va meglio un basso cis, stretto MWD e basso peso molecolare ( ad esempio polibutadiene al Li)Nel primo caso prevale il meccanismo dellallungamento, nel secondo caso dello spezzettamento

5.Il processo di mescolazioneLa mescolazione nellindustria del pneumaticoObiettivi del processo di mixing: trasformare materiali differenti come consistenza e quantit per produrre un materiale che risponda alle specifiche, possa essere processato nelle macchine a valle, al costo pi basso possibile e con il minor numero di scarti

5.1Aspetti critici del processo di mixingIl diagramma a spina di pesce delle 4M: materiali (qualit, identificazione, quantit e condizioni) macchine (tipo, strumenti, usura,aspira-zione)metodi (definizione del ciclo,parametri critici del processo, acquisizioni dei dati ed analisi) manodopera (affidabile ed addestrata)

5.2Meccanismo nel processo di confezione mescole

Riduzione di viscosit Incorporazione (laminazione o spezzetta- mento)Dispersione (rottura agglomerati e meccanismo a cipolla )Distribuzione

5.3La processabilit al mescolatore apertoAspetti costruttivi (cilindro lento e veloce, motore, uniformizzatore)Le 4 regioni di Tokita-WhiteLa regione ottimale ed i sistemi per passare da una regione allaltra (tempera-tura,nip o traferro, velocit relativa dei cilindri, rapporto di frizione)

5.4La processabilit al banburyAspetti costruttivi (corpo, rotori,tramoggia, peso pressatore,drop door)Rotori a due e quattro aliRaffreddamento del sistemaMeccanismo di mescolazione: fra camera e rotore, taglio, sovrapposizione laterale, taglio laterale

5.5La processabilit allIntermixDifferenze con banbury: forma dei rotori e raffreddamentoLavorazione fra i rotoriAlta viscosit ed alto shearBasso fill factorPi veloce incorporazione dellolioMaggior controllo della temperaturaMacchina di mescolazione e reattore chimico

5.6Equipaggiamenti ausiliari della sala mescole

Serie di mescolatori apertiPelletizerEstrusore e roller dieEstrusore e T.S.E. (twin screw extruder)

5.7 Tecniche di mixingMescolazione ad un solo stadioMescolazione a due o pi tempiMescolazione convenzionaleMescolazione upside downUso del up and down del pistone e della velocit variabile per controllo migliore della temperatura

5.8 Controllo del ciclo con i parametri di processo

I parametri pi importanti: energia, tempo temperatura,potenzaUso della velocit variabile e della pressione del pistone anche in feedbackUso dei sistemi di temperizzazione

5.9 Controllo on line ed in process control

RheomillRelmaRPA on lineIn process control

5.10 La mescolazione in continuoGli aspetti positivi e negativi rispetto alla mescolazione a batchPositivi: consumo di energia costante, minor impiego mano dopera, migliore uniformit, ridotti costi installazioneNegativi:Impossibilit di usare materiali non free flowing,sofisticati strumenti di dosatura, non ecomicit per brevi campagne, numero limitato di variabili di processo)TUTTAVIA NELLINDUSTRIA DELLA GOMMA LA MESCOLAZIONE IN CONTINUO E UTILIZZATA POCHISSIMO

5.11Schema di impianto per la produzione di mescole

Area stoccaggioArea dosaturaArea mescolazioneArea finitura e raccolta

5.12 Usura del macchinarioDurata della camera di mescolazione in caso di mescole con nero e con siliceInconvenienti nel caso di usura del rotore e della cassaRimedi e metodi di riporto della legaCaratteristiche delle leghe e scala di durezza

6. I processi di trafilatura e profilaturaLobiettivo: trasformare la mescola da fogliato a sagomato mediante la plastificazione della mescolaLe macchine usate: trafile e profileTrafile cold feed ed hot feed per gomma sintetica e gomma naturale

6.1 Le caratteristiche principali delle trafileTrafile cold feed: lunghezza e suddivisione in zone.Esempi di trafile cold feed multipleEsempio linea di trafilatura cold feed completaTrafila hot feed: assetto e lunghezza della viteInfluenza del processo sulle caratteristiche del trafilato e fattori di successo

6.2 Le caratteristiche principali delle trafile cold feed

La zona di alimentazione, il corpo, le zone di controllo della temperatura,teoria della vite e portata, gli effetti della temperatura della vite e del barrelLa terminologia, la portata, lefficienza, i profili di viti

7. La vulcanizzazioneDescrizione del cambio della struttura molecolare prima e dopo vulcanizazioneDensit e tipo di reticolo e origine della formazioneCome si modificano le propriet della mescola (viscosit,modulo,allungamento, durezza,termoplasticit,rigonfiamento)Significato e misura della scottabilit

7.1 Metodi di determinazione dello stato di vulcanizzazioneFisici, chimici ed in continuoVulcanografi, ODR,MDR e loro breve descrizioneCurva di vulcanizzazione e significato di ML,MH,ts(2),tv(50),tv(90)Significato di marching modulus e reversioneRPA 2000 e possibilit di misure viscoelastiche su crudo e vulcanizzato

7.2 Sistemi di vulcanizzazione

Vulcanizzazione a zolfo (cristallino ed amorfo)e meccanismo di sintesiAcceleranti e le varie famiglieAttivanti e ritardantiVulcanizzazione a perossidiStabilit dei legami

7.3 Aspetti teorici della vulcanizzazioneStruttura e propriet dei reticoli in funzione delle condizioni di vulcanizzazionePropriet dei vulcanizzati in funzione della densit di reticolazioneDipendenza della vulcanizzazione dal tempo e dalla temperatura: trattamenti isotermi e non isotermiEquazione di Arrhenius e gli equivalenti di vulcanizzazione

7.4 Aspetti pratici della vulcanizzazioneLa vulcanizzazione di uno pneumatico e tipologia delle presseIl limite di spugnositTecniche di vulcanizzazione industriale: Stampaggio a compressione e ad iniezioneLa vulcanizzazione in continuo: tunnel e cintura di acciaio

8Qualit delle mescoleStrategia del controllo : effetto delle materie prime, del processo e di adeguatezza dei test in funzione degli obiettiviMaterie prime: Manuale assicurazione qualit fornitoreProcesso: focus su macchine, condizioni operative procedure, ambiente output (4M)Adeguateza dei test in funzione dei costi benefici

8.1Tests per la qualit ed uniformit

Misura del grado di dispersione del filler e della consistenza del networkTests: sofisticati: SEM,analisi del G o me-no sofisticati: organolettici, DispergraderControlli rapidi e statistici e scopi relativi

8.2 Controlli rapidiControllo di tutti i batchesUso del reometro MDR anche in continuoAltri controlli possibili (viscosit, densit)Definizione dei limiti durante la fase di industrializzazioneEsempio di carte di controllo: andamento, centratura e limiti di tolleranza e di avviso

8.3 Problemi del controllo rapido

Correlazione tra i limiti dei controlli rapidi e specifiche tecniche delle mescoleLimiti di controllo e specifiche tecniche (cp minore di 1,33)Standardizzazione dei limiti di controllo

8.4 I controlli statistici

Definizione della frequenza di controlloDefinizione delle modalit operative vincolanti (numerosit e preparazione dei provini, strumentazione, metodi)Gestione dei dati raccolti ( istogrammi)

8.5 Output dei controlli statistici

Valutazione degli andamenti qualitativi delle singole fabbricheElaborazione dei livelli qualitativi al fine di:riallineare i risultati delle singole unitindicazione della best practiceinterventi verso le unit operative scadentiElaborazione indicatori di qualit: in particolare indice di centratura ed indice di uniformit

8.6Il controllo di qualit attraverso i parametri dii processoScelta dei parametri:Tempo, Temperatura, Energia , PotenzaScelta del parametro migliore: EnergiaIn pratica lo scarico effettuato ad energia totale in combinazione con il tempo e con il controllo del parametro temperaturaAltri parametri utilizzabili: curva tempo/torque e movimento ramAltri metodi: Process point analysis ed Indice di processabilit