Stampi: come sceglierli e perché

La qualità del cavo non dipende solo dalla testa di estrusione e dagli stampi adoperati, ma da molti altri fattori processuali, come:

  • caratteristiche costruttive dell’estrusore, vite di estrusione, cilindro di estrusione, termoregolazione, etc.;
  • profilo termico in testa e in estrusore;
  • modalità del processo di raffreddamento del cavo dopo la testa di estrusione, temperatura dell’acqua;
  • sistemi di tensionamento del cavo/filo, etc.

La testa di estrusione e gli stampi adoperati, possono però influenzare la qualità del cavo e le performance di produzione. Nella fase di progettazione bisogna:

  • ridurre il frizionamento tra polimero e i componenti della testa con cui è a contatto;
  • ridurre la pressione di lavoro in base alla portata estrusore da evadere e conseguentemente alla velocità linea;
  • valutare la dimensione del cavo, il tipo di compound, etc.;
  • evitare surriscaldamenti statici e dinamici durante il processo di estrusione;
  • ridurre il tempo di residenza nella testa del compound evitando ristagni o depositi di materiale;
  • garantire ripetibilità dei settaggi al fine di ottenere la costanza di qualità del prodotto nel tempo;
  • ottenere alta concentricità del cavo, etc.

 

Gli utensili da usare devono ovviamente essere scelti in base a:

  • compound da estrudere;
  • tipologia di processo: isolamento, riempitivo, guaina, etc.;
  • aspetto superficiale del cavo;
  • tipologia costruttiva del cavo, dimensioni del cavo e velocità linea (portata estrusore, gradiente di taglio, etc.).

 

Gli utensili possono essere classificati in:

  • compressione;
  • semi-compressione;
  • bassa compressione;
  • tubo;
  • semi-tubo;
  • speciali.

 

PRESSIONE IN ESTRUSORE E PRESSIONE SUL CONDUTTORE

A parità di cavo prodotto e parametri processuali (velocità linea, estrusore, etc.), maggiore è la pressione in estrusore e minore è la pressione esercitata dal compound sul conduttore. Minore è la pressione in estrusore e maggiore è la pressione del polimero sul cavo.

 

COMPRESSIONE

Il guidafilo ha normalmente un angolo di 60°. La filiera ha normalmente 2 angoli di cui il primo è normalmente a 60° e il secondo a 5-10°. Il secondo angolo incrementa la pressione sul compound e conseguentemente sul conduttore. Ovviamente, per aumentare l’adesione del compound sul conduttore è preferibile un tratto finale orizzontale in modo da avere un maggior tempo di calibrazione a diametro finale.

 

Fig.1 – Stampi a compressione

 

L’adesione può essere anche aumentata riscaldando il conduttore, segnandolo, e agendo sul profilo termico.

Gli stampi a compressione sono maggiormente utilizzati per isolamento di:

  • PVC;
  • PE, HDPE, LDPE, PP, etc.;
  • alcuni tecnopolimeri;
  • XLPE vergine, anche se utensili a semi-compressione sono preferiti.

La scelta del diametro finale della filiera dipende da:

  • superficie e rotondità del cavo da ottenere. Ovviamente minore è il diametro della filiera, rispetto al diametro del cavo da ottenere, e maggiore è la pressione di lavoro. Filiere troppo piccole possono generare superfici non lisce e con perdita della rotondità del cavo;
  • tipo di compound da estrudere. Ad esempio, per il PVC il diametro filiera può essere uguale o inferiore al diametro finale del cavo. Per l’HDPE o polietilene in genere può essere uguale al diametro finale del cavo e per dimensioni di cavo piccole anche superiore, e normalmente uguale al diametro a caldo del cavo.

 

STAMPI A COMPRESSIONE PER PVC

Il diametro della filiera “D” può essere scelto secondo l’equazione sotto descritta:

D = C – k 0,17 < k < 0

D: diametro filiera [mm]

C: diametro finale del cavo [mm]

k: fattore correttivo [mm]

  

STAMPI A COMPRESSIONE PER HDPE -PE – PP

Il diametro della filiera corrisponde normalmente al diametro a caldo “C’” del cavo da produrre. Il diametro della filiera “D” può essere definita come nell’equazione sotto definita:

D = E + k’     oppure     D = C’

D: diametro filiera [mm]

C’: diametro del cavo a caldo [mm]

E: diametro finale/freddo del cavo

k’: fattore correttivo dipendente dal ritiro del compound [mm]

 

Il ritiro del compound dipende da diversi fattori:

  • dimensione del cavo e spessore di compound;
  • tipo di compound;
  • profilo termico estrusore e caratteristiche vite;
  • velocità linea;
  • raffreddamento del cavo dopo la testa di estrusione, temperature dell’acqua, distanza tra canalina di raffreddamento e testa di estrusione. Ciò agisce sul processo di ricristallizzazione del compound e sulle sue proprietà meccaniche finali.

Il processo di raffreddamento post estrusione ha dunque un effetto importante sulle caratteristiche del cavo come sul suo aspetto superficiale (rugosità, occhi di pesce, etc.).

Il cavo in PE deve entrare in acqua senza che la stessa gli venga spruzzata sulla superficie calda. Se il conduttore è piccolo e D ≤ E, possiamo ottenere:

  • alta pressione di lavoro;
  • instabilità di diametro;
  • difetti superficiali;
  • instabilità dei parametri processuali, etc.

 

STAMPI A SEMICOMPRESSIONE

Il guidafilo ha normalmente un solo angolo. L’angolo è genericamente inferiore ai 60°. La filiera ha un solo angolo. Il suo angolo è uguale o superiore a quello del guidafilo. La filiera presenta un land cilindrico finale, la cui lunghezza può variare in base al processo, all’adesione sul conduttore necessaria, rotondità della superficie, tipologia di compound da estrudere.

Fig.2 –

 

L’angolo di compressione influenza l’adesione sul cavo e l’allungamento del conduttore (se piccolo) a causa della diversa direzione delle forze dovute alla spinta del polimero sul cavo. Minore è l’angolo della filiera e minore è la componente della forza ortogonale al cavo “Fc” e di conseguenza è maggiore la componente della forza parallela alla direzione del cavo in produzione “Fa”, forza di spinta del cavo in uscita filiera.

Questi utensili sono normalmente utilizzati quando è necessaria una bassa azione di compressione del compound e conseguentemente una bassa pressione sul conduttore; ovviamente la compressione sul conduttore e l’adesione del compound dipende altresì dalla lunghezza del land cilindrico della filiera.

L’aspetto della superficie del cavo prodotto dipende da:

  • diametro della filiera “D”. Il valore di “D” potrebbe essere inferiore, uguale o maggiore al diametro finale del cavo (a freddo);
  • lunghezza del land cilindrico terminale della filiera “X”.
D = C – k -0.25 < k* < 0,20

*   La lunghezza del land cilindrico influisce sulla scelta del parametro “k” e sulla rotondità del cavo e sull’effetto dell’eventuale trefolo sotto isolamento o guaina. C è il diametro del cavo freddo

Se k< 0 mm significa che la filiera è più grande del diametro finale del cavo, e normalmente corrispondente al diametro a caldo del cavo.

Gli stampi a semi-compressione possono essere normalmente usati per: 

ISOLAMENTO GUAINA (preferiti: tubo e semi-tubo) RIEMPITIVO
PVC PVC EPDM
HDPE-PE LS 0H HFFR
PP XL HFFR FILLER
HFFR-LS 0H HDPE PVC FILLER
XLPE FR etc. etc.
TPU, PUR
TPE
etc.

 

Fig.3 – Stampi a semi-compressione con land lungo X

 

GUAINA SU CAVO CARDATO O ISOLAMENTO SU CONDUTTORE TREFOLATO

Usando stampi errati durante l’isolamento su conduttore trefolato o durante il

processo di guaina su cavo cordato, si potrebbero verificare problemi indesiderati:

  • superficie non liscia e non rotonda;
  • effetto della cordatura sotto isolamento/guaina;
  • eccessiva ovalità, ecc.

Per non avere o ridurre l’effetto della cordatura sotto guaina è opportuno adoperare una filiera, a semi-compressione, con diametro uguale o inferiore al diametro finale del cavo e con land cilindrico “X” lungo, ossia superiore ai 3-4 mm. La lunghezza del land “X” dipende da:

  • compound estruso;
  • diametro del cavo e spessore di isolamento/guaina;
  • diametro della filiera;
  • velocità linea;
  • rotondità richiesta e relativa aderenza del compound sul cavo.

 

Fig.4 – Stampi speciali

 

In casi speciali, con stampi speciali e con camera utensili opportunamente calcolata, è possibile ridurre sia la pressione in estrusore che la pressione sul conduttore.

Il valore di “D” e di “X”, come ampiamente spiegato cambia in base al compound, processo, superficie, etc.

 

STAMPI A TUBO

Gli stampi a tubo sono normalmente utilizzati per processi di guaina, ma sono altresì adoperati per processi di isolamento o jacketing:

  • isolamento su cavi settoriali;
  • isolamento o jacketing in in FEP, ETFE, X-ETFE, etc.;
  • isolamento in XLPE Monosil o Visico (lands con 2 angoli);
  • PVC;
  • isolamento o jacketing in poliammidi (PA);
  • HDPE (stampi a semi-tubo sono preferiti)
  • HFFR, LS0H (stampi a semi-tubo possono essere ugualmente utilizzati).

 

Fig.4 – Utensili a tubo per isolamento in X-ETFE

 

Gli stampi a tubo devono essere calcolati in base a:

  • compounds;
  • velocità linea;
  • tipologia di processo (guaina, isolamento, etc.);
  • costruzione del cavo e relative dimensioni.

 

Fig.6 –

 

Gli stampi a tubo vengono calcolati definendo correttamente i valori di:

  • DDR;
  • DRB;
  • stiramento del compound.

Il DDR, Draw Down Ratio, è il rapporto tra la velocità della linea e la velocità del compound attraverso la sezione di corona circolare realizzata dagli stampi, a parità di dimensioni del cavo prodotto.

DDR = C2/C1 = S1/S2 = [D2 – T2]/ [F2 – C2] DRB = D*C/F*T

C1: velocità del compound attraverso gli stampi

S1: sezione del passaggio di plastica attraverso gli stampi

C2: velocità linea

S2: sezione di isolamento/guaina del cavo

 

Fig.7 –

 

Gli stampi a tubo possono essere realizzati con land cilindrico finale orizzontale o inclinato.

Se si usano stampi a tubo con land finale inclinato, in base alla posizione relativa guidafilo-filiera, si può generare una leggera pressione sul cavo ed un cono in uscita stampi più corto.

0.94 < DRB < 1.1 1.15 < DDR < 200

*   I valori devono essere scelti secondo il polimero da estrudere, spessore di plastica, velocità linea e dimensioni del cavo.

Errati valori di DDR possono generare:

  • perdita di concentricità, ovalizzazione;
  • perdita di trasparenza o perdita di brillantezza della superficie del cavo;
  • rottura del cono, superficie del cavo non liscia, difetti superficiali, etc.

 

Fig.8 – Utensili a tubo per isolamento in XLPE Monosil-Visico-Sioplas

 

ISOLAMENTO RIEMPIMENTO – GUAINA
XLPE Visico HFFR, XL
XLPE Sioplas HFFR
PA XLPE FR
FEP, PFA HDPE
ETFE, X-ETFE XLPE FR
LLDPE PA
etc. PVC
TPE / HYTREL
etc.

 

 STAMPO A SEMI-TUBO

Gli stampi a semi-tubo sono caratterizzati dal fatto che il guidafilo non presenta il land cilindrico finale; sia il guidafilo che la filiera hanno un solo angolo. Il calcolo viene fatto come per gli utensili a tubo.

Fig.9 –

 

Questa tipologia è usata normalmente per guaina o isolamento su conduttori non cilindrici:

  • guaina HFFR, LS 0H;
  • guaina in HDPE;
  • guaina in PVC, isolamento cavi settoriali o di sezione non tonda, etc.

I vantaggi del semi-tubo sono:

  • minore formazione di bava;
  • cono più corto;
  • superficie più brillante soprattutto per semicristallini;
  • assenza di fenomeni vibratori (anellature) sui cavi con guaina in HFFR di grandi dimensioni.

 Gli svantaggi:

  • cambiando la posizione relativa tra guidafilo e filiera, cambiano i valori di DDR e DRB;
  • difficile regolazione in termini di ripetitività di “X”.

 

 

 

 

2 Comments
Guido Rapagnani
13 Settembre 2018 at 12:59

Salve,
Tra i vari stampi che avete ben descritto, qual’ è quello maggiormente performante nella processabilità del PVDF? Grazie

admin
24 Settembre 2018 at 13:04

Gentile Giulio, ti invitiamo a contattarti via e-mail all’indirizzo info@eurotek-italy.it per avere tutte le informazioni di cui hai bisogno

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