1. Introduzione
1.1 Importanza del tasso di ritiro dei prodotti in gomma
Un parametro prestazionale cruciale per gli articoli in gomma è il loro tasso di restringimento. Ha un impatto diretto sulle prestazioni, sull'aspetto e sulla correttezza dimensionale degli articoli. Un tasso elevato di restringimento può causare difetti superficiali, variazioni nelle dimensioni del prodotto e altri problemi che influiranno negativamente sulla qualità del prodotto. Di conseguenza, una delle tecnologie più importanti nel processo di produzione della gomma è la gestione e la massimizzazione del tasso di ritiro dei prodotti in gomma.
1.2 Panoramica dei principali fattori che influenzano il tasso di ritiro
- Formula della gomma: il tasso di ritiro varia a seconda del tipo e della quantità di riempitivi, plastificanti e materie prime utilizzate nella gomma.
- Procedura di stampaggio: il comportamento di ritiro varia a seconda del tipo di stampaggio utilizzato, come lo stampaggio a iniezione o lo stampaggio a compressione.
- Condizioni di stampaggio: il tasso di ritiro è influenzato in modo significativo dalla scelta dei parametri di processo, tra cui temperatura, pressione e tempo di mantenimento.
- Post-elaborazione: il tasso di ritiro finale sarà influenzato anche dalle fasi successive del processo, quali sformatura, raffreddamento e trattamento termico.
2. L'influenza dei fattori della formula sul tasso di ritiro
2.1 Influenza dei diversi tipi di gomma sulla velocità di ritiro
2.1.1 Gomma naturale, gomma stirene-butadiene, gomma cloroprene, ecc.
Uno degli elementi chiave che influenzano il tasso di ritiro è il tipo di gomma. Il comportamento di ritiro dei vari tipi di gomma varia a causa delle variazioni nelle loro strutture molecolari, polarità, densità di reticolazione e altre proprietà.
- Poiché la gomma naturale (NR) ha una catena molecolare più lunga e una densità di reticolazione inferiore, solitamente compresa tra il 10 e il 15%, si restringe più rapidamente.
- Il monomero di stirene viene aggiunto alla gomma stirene-butadiene (SBR), il che si traduce in una maggiore polarità molecolare, una maggiore densità di reticolazione e un tasso di ritiro ridotto (solitamente 5-10%) rispetto alla gomma naturale.
- La gomma cloroprene (CR) è caratterizzata dalla presenza di atomi di cloro, una maggiore densità di reticolazione, una polarità molecolare più forte e un tasso di ritiro inferiore (spesso 3-8%).
- Altri, tra cui la gomma nitrilica (NBR) e la gomma etilene-propilene (EPDM), hanno proprietà di ritiro distinte a causa delle loro varie polarità e strutture molecolari, che richiedono ulteriori indagini.
2.2 Effetto del contenuto di riempitivo sul ritiro
2.2.1 Riempitivi inorganici e riempitivi organici
Il tasso di ritiro dei prodotti in gomma è inoltre significativamente influenzato dal tipo e dalla quantità di riempitivi utilizzati. Tipicamente, sono separati in due gruppi: riempitivi inorganici e organici.
- I tipi più comuni di riempitivi inorganici includono talco, polvere di dolomite, nerofumo bianco e nerofumo. Poiché sono più rigidi e hanno un modulo più elevato, questo tipo di riempitivo può in genere limitare la quantità di ritiro della matrice di gomma.
- Poiché i riempitivi organici come la cellulosa e la polvere di legno si restringono più di altri riempitivi, aggiungerne troppi può causare un aumento del ritiro totale.
2.2.2 Relazione tra contenuto di riempitivo e ritiro
In generale, il prodotto in gomma si restringerà meno quanto più riempitivo è presente. Ciò è dovuto al fatto che i riempitivi rigidi possono impedire la deformazione della matrice di gomma a causa del restringimento.
D'altro canto, un contenuto eccessivo di riempitivo degraderebbe le qualità meccaniche e la formabilità del prodotto. Di conseguenza, è fondamentale ottimizzare e bilanciare il controllo delle differenze inventariali con altre esigenze prestazionali.
Controllare il contenuto del riempitivo tra il 30 e il 50% è spesso una decisione saggia poiché può ridurre al minimo il ritiro senza influenzare indebitamente altri parametri di prestazione. È necessario filtrare e modificare il tipo e il contenuto del riempitivo in base alle particolari esigenze del prodotto.
2.3 L'influenza di altri additivi
2.3.1 ammorbidente, stabilizzante, colorante, ecc.
Ammorbidente:
La gomma può allungarsi e diventare più plastica con il plastificante, ma aumenterà anche il restringimento. In generale, il ritiro aumenta con l’aumentare della concentrazione del plastificante.
Stabilizzatore:
Aumentando la densità di reticolazione della gomma, è possibile aggiungere stabilizzanti come alcuni antiossidanti e antiozonanti per ridurre il ritiro. Tuttavia, l’infragilimento può anche derivare da un eccesso di quantità.
Additivo:
A meno che la quantità aggiunta non sia molto elevata, l’introduzione di coloranti come pigmenti e coloranti in genere non ha alcuna influenza evidente sul ritiro.
Altri:
Anche una piccola quantità di agente vulcanizzante, acceleratore di vulcanizzazione, agente schiumogeno, ecc. può avere un certo impatto sul ritiro.
3. L'influenza dei fattori di processo sul ritiro
3.1 L'influenza delle condizioni di miscelazione sul ritiro
3.1.1 Velocità, temperatura, tempo, ecc.
Velocità di miscelazione:
Una velocità troppo elevata romperà la catena molecolare della gomma, abbassandone il peso molecolare e aumentandone il ritiro. Spesso è preferibile controllarlo tra 30 e 60 giri al minuto.
Temperatura di miscelazione:
Qualsiasi temperatura troppo elevata può accelerare il deterioramento termico delle molecole di gomma e causare un ulteriore restringimento. La temperatura di miscelazione viene generalmente mantenuta tra 110 e 160 gradi.
Tempo impiegato per la miscelazione:
Un periodo di miscelazione eccessivamente lungo può causare ritiro e ulteriore riduzione del peso molecolare. Tuttavia, un tempo troppo breve impedisce ai riempitivi di disperdersi completamente. Controllarlo per tre-dieci minuti è spesso adeguato.
Ordine di miscelazione:
Per ridurre al minimo il ritiro ed evitare l'agglomerazione dello stucco, è consigliabile applicare prima gli stucchi duri, seguiti dalla gomma morbida.
3.2 Effetto delle condizioni di vulcanizzazione sul ritiro
3.2.2 Temperatura, tempo, pressione, ecc. di vulcanizzazione.
Temperatura di vulcanizzazione:
Una temperatura eccessivamente elevata può accelerare la reticolazione e il deterioramento termico delle catene di gomma, con conseguente aumento del ritiro. Normalmente è preferibile mantenerlo tra 150 e 180 gradi.
Tempo di vulcanizzazione:
Un tempo eccessivo può accelerare il ritiro e favorire la reazione di reticolazione. Tuttavia, la vulcanizzazione non viene raggiunta completamente in un periodo troppo breve. Di solito entro 10-30 minuti.
Pressione durante la vulcanizzazione:
Il volume della gomma verrà compresso da una pressione eccessiva, che accelererà il restringimento. È opportuno mantenere la gestione della pressione tra 5 e 15 MPa.
3.3 Effetto del processo di stampaggio sul ritiro
3.3.1 Stampaggio ad iniezione vs estrusione
Le procedure rapide di iniezione e raffreddamento nello stampaggio a iniezione causeranno un maggiore ritiro. Lo stampaggio per estrusione si restringe meno rapidamente ed è relativamente lento.
3.3.2 Velocità di raffreddamento
La velocità di restringimento aumenta con la velocità di raffreddamento. Il controllo della velocità di raffreddamento è quindi essenziale per evitare un raffreddamento eccessivo.
4. Effetto dei fattori ambientali sul ritiro
4.1 Effetto della temperatura sul ritiro
Il coefficiente di dilatazione termica della gomma aumenterà con la temperatura, accelerando il tasso di restringimento.
Le catene molecolari della gomma subiranno anche reticolazione e rottura termica ad alte temperature, il che aggraverà il restringimento.
Anche le gomme con composizioni diverse sono sensibili alla temperatura. Alcuni tipi di gomma sono più sensibili alle variazioni di temperatura.
Al fine di ridurre al minimo il ritiro, le impostazioni ad alta temperatura dovrebbero essere evitate ove possibile per l'utilizzo e lo stoccaggio dei prodotti in gomma. Per componenti importanti è possibile utilizzare tecniche di gestione della temperatura passive o attive.
4.2 Effetto dell'umidità sul ritiro
In generale, l’umidità ha un impatto minimo sul ritiro della gomma. D'altra parte, l'assorbimento di umidità causerà l'espansione di alcuni articoli in gomma contenenti riempitivi assorbenti, aumentando il volume complessivo e diminuendo il restringimento.
La gomma assorbe facilmente l'umidità e si ammorbidisce in ambienti ad alta umidità, il che può portare a dimensioni del prodotto instabili. L'essiccazione eccessiva può anche avere un impatto sul ritiro e provocare l'infragilimento della gomma.
Pertanto, è importante mantenere un ambiente con umidità adeguata, tipicamente tra il 40 e il 70% di umidità relativa, quando si utilizzano e si immagazzinano prodotti in gomma. Se necessario, è possibile utilizzare misure a prova di umidità.
5. Ottimizzazione e controllo completi
5.1 Ottimizzazione dei fattori formulativi
- Scegli materie prime in gomma con poco ritiro, come silicone o gomma nitrilica.
- Per ridurre il restringimento, decidere e combinare in modo ragionevole diversi riempitivi, come talco, nerofumo bianco e nerofumo.
- Aggiungere alcune sostanze che controllano il ritiro, come polietilene, polipropilene a basso peso molecolare, ecc.
- Migliorare il sistema di reticolazione aggiungendo sostanze chimiche utili, modificando il contenuto di zolfo, ecc.
5.2 Ottimizzazione dei parametri di processo
- Regolare il ritmo, i tempi e la temperatura della miscelazione per evitare una degradazione eccessiva.
- Per regolare il livello di reticolazione, regolare i parametri di temperatura, tempo e pressione di vulcanizzazione.
- Decidere una tecnica di stampaggio adeguata, come estrusione o stampaggio a iniezione, e regolare la velocità di raffreddamento.
- Il monitoraggio e la regolazione dei parametri di processo in tempo reale dovrebbero essere eseguiti insieme al rilevamento online e ad altre tecniche.
5.3 Controllo delle condizioni ambientali
- Evitare gli ambienti caldi e, se necessario, adottare misure adeguate di controllo della temperatura.
- È necessario mantenere un intervallo modesto di umidità per evitare un'essiccazione eccessiva o l'assorbimento di umidità.
- Misure ausiliarie come la resistenza all'umidità e l'isolamento termico possono essere utilizzate per componenti importanti.