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Pultrusione

La pultrusione (dall’inglese pull + extrusion, ovvero “estrusione per trazione”) è un processo continuo utilizzato per produrre profilati polimerici rinforzati. Il primo brevetto fu ad opera di W.Brant Goldsworthy nel 1951. La prima macchina di pultrusione operativa, molto probabilmente, è stata al Polygon Plastic. Il brevetto su emesso negli Stati Uniti nel 1951 e nei primi anni ’50 gli apparati di pultrusione per la produzione di semplice barre solide di assemblaggio furono operativi in diversi impianti. Molte di quelle macchine erano progettate  e costruite in casa ed erano dotate di sistemi di tiro intermittenti.

Le fibre di rinforzo (es, fibra di vetro o fibra di carbonio, ecc..) vengono prelevate dalla cantra e fatte passare attraverso un bagno di impregnazione dove vengono legati alla matrice della resina. La trazione tira le fibre (già impregnate nella resina) facendole passare attraverso un pettine imboccando, poi, una stazione di preformatura (ovvero una filiera non riscaldata che conferisce al profilato che dimensioni desiderate schiacciando e compattando le fibre). Vengono fatte entrare, successivamente, in uno stampo riscaldato (curin die) avente la forma della sezione del prodotto finale desiderato. Il die presenta una temperatura elevata favorendo la polimerizzazione della resina. Questo cambio di temperatura però non è immediato: all’interno del forno sono presenti tre zone a differente temperatura (zona di preriscaldo, zona di gelificazione e zona ad elevata temperatura). All’uscita dal forno il profilato viene trasportato fino alla zona di taglio dove viene tagliato da lame. Alla fine della macchina di pultrusione si trova il sistema di trazione (lontano rispetto al forno di cura in modo tale da permettere un perfetto raffreddamento del profilato in modo tale da evitare deformazioni). Il sistema della pultrusione è basato sull’equilibrio tra la velocità di trazione del traino e i tempi di polimerizzazione della resina: se la catalisi avviene troppo velocemente, il materiale diventa duro all’interno del die, bloccando il processo di trazione. Al contrario, ovvero se la catalisi è troppo lenta, il materiale uscirà dal die ancora gelificato, e la forza di trazione al quale verrà sottoposto, causerà la deformazione del profilo in uscita.I profilati hanno ottima resistenza a trazione nella direzione delle fibre, mentre nella direzione trasversale le proprietà sono abbastanza basse, visto che dipendono dalla resina. Per aumentare quindi le proprietà meccaniche del profilato è possibile usare dei nastri tessili.

 Il profilo solido ottenuto è così pronto per essere automaticamente tagliato a misura.

Essendo un processo continuo, la pultrusione è particolarmente adatta, tecnologicamente ed economicamente, ad una produzione su larga scala o in serie.

 La pultrusione così come descritta è possibile con due tipi di matrice polimerica: termoindurente (poliestere, vinilestere, epossidica, acrilica, ecc.) e termoplastica (poliuretano Fulcrum® e polipropilene Twintex®).

 L’unica differenza nel processo è quella che nella pultrusione termoplastica è presente un secondo stampo a valle del primo per il raffreddamento, la calibrazione del prodotto e l’applicazione del rivestimento o coating. La scelta della tecnologia da adottare sarà in base alle caratteristiche intrinseche dei materiali e ai parametri imposti dal progetto.

1.1 Macchina di pultrusione

Un’attrezzatura tipica di pultrusione consiste dei seguenti elementi (fig.1.1)

fig.1.1                Microsoft Word - Tesi_Renato.doc

pultrusione    pultrusion

a. Rastrelliera
b. Recipiente di Resina
c. Die di formatura
d. Die riscaldato di metallo accoppiati
e. Meccanismo di tiro
f. Sistema di taglio

A. La rastrelliera

La rastrielliera consiste in una scaffalatura adatta per inserire i rotoli di roving da tirare e da piastre forate ( realizzate in materiale ceramico) posizionati sopra il centro dei rotoli in modo tale da condurre le fibre di rinforzo attraverso il bagno di resina. Nella preparazione del processo bisogna fare attenzione che i filamenti non frizionino l’uno contro l’altro (altrimenti si genererebbe una considerevole carica statica che causerebbe increspature, ovvero fuzz ball, incrementando la viscosità.  Il metallo è il materiale adatto per le scaffalature poichè in questo modo possono essere collegate al sistema di messa a terra e dissipare così la carica statica. Un’alternativa all’uso di fguide con fori ceramici è un sistema di tubi in vinile per guidare i filamenti di rinforzo dalla rastrelliera al recipiente in resina.

B. Recipiente in resina

Il recipiente in resina è realizzato in lamiera o in alluminio contenente all’interno rulli che forzano il materiale di rinforzo al di sotto della superficie della miscela di resina liquida. I rulli o le fessure all’estremità dell’uscita possono essere regolati in modo tale da asportare parte dell’eccesso di resina. Sono previste, poi, delle piastre grigliate o pettini, all’estremità di ingresso e all’uscita del recipiente in modo tale da tenere i filamenti di rinforzo in orizzontale mentre attraversa il recipiente. Questo è composto anche da un tappo di drenaggio per svuotare la miscela.

C. Die di formatura

Il sistema di preformatura consolida la fase di rinforzo e il prodotto inizia ad assumere la forma prestabilita. Il die può essere realizzato in flourocarbonato o polietilene ad alto pese molecolare (poichè sono facili da fabbricare e da pulire) o in piastre di acciaio al cromo (per avere una durata maggiore su lunghi cicli di produzione).

D. Die riscaldato di metallo accoppiato

Le piastre metalliche al cromo accoppiate possono essere riscaldate mediante cartucce elettriche, oli caldi o nastri riscaldanti. La cura delle sezioni unidirezionali può essere accelerata e resa più uniforme utilizzando radiazioni per radiofrequenze (RF) o mediante scambi termici conduttivi. Se si optano le cure con le RF è necessario avere una sezione corta dello stampo costruita con un materiale che sopporta le radiazion RF (es. teflon TM) e i filamenti di rinforzo.

E. Meccanismo di tiro

Il meccanismo di torin è costiuto da un paio di catepillar contenenti cuscinetti imbottiti o da un doppio set di cilindri di afferraggio con cuscinetti imbottiti (che possono essere sincronizzati per un tiro continuo) o infine un singolo cilindro per un tiro intermittente.

F. Sistema di taglio

Un sistema di taglio efficiente utilizza un disco abrasivo  o un filo continuo diamantato o un sistema di raffreddamento spray (che minimizza le qualità di polveri necessarie).

1.2 Mercati di riferimento

I prodotti inizialmente realizzati attraverso questo processo riguardavano gli oggetti destinati al mercato ricreativo e sportivo (es. canne da pesca) e nel mercato elettrico. Nei primi anni il mercato elettrico dominò la commercializzazione della pultrusione.  . Non appena nuovi pultrusori si affacciarono sul mercato aumentò  la quantità delle applicazioni per i prodotti pultrusi aumentò.Il mercato dei beni di consumo/ricreativo ed elettrico dominarono il commercio della pultrusione nel 1976. Successivamente il mercato elettrico ha continuato ad espandersi.  Tabella

Applicazioni elettriche per prodotti pultrusi:
– Barre spaziatrici nei trasformatori
-Pali per linee elettriche
– Scale
– Barre supporto dei canali per comunicazione
– Vassoi di supporto cavi
– Cunei ad U per motori statorici
– Bracci di servizio per carri
– Attuatori di interruttori
– Tubi di fusibili

Applicazioni di elementi di consumo/ricreative per prodotti pultrusi
-Canne da pesca, Stecche per vele ,Aste per tende, Antenne CB, pattini per tavoli ,Maniche per utensili ,Aste da sci, Mazze da hockey, Sostegno per recinzioni, Elementi per moto,Pale di eliche, Archi e frecce, Balestre
Mazze da golf, Aste per bandiere, Aste per il salto dell’asta,  Barre per xilofono, Aste per ombrelli, Elementi per gatti delle nevi ecc..

Fonti: http://www.fedoa.unina.it/3586/1/Carbone_Renato.pdf http://www.saimex.it/tecnologia.asp http://www.lamiflex.it/it/pultrusione

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