Stampaggio a Compressione

Il processo consiste nel riscaldare un materiale plastico, che può essere inserito sotto forma di granuli o polvere, in uno stampo che viene mantenuto in una pressa. Quando il materiale diventa “plastico”, la pressione lo costringe a conformarsi alla forma dello stampo. È un metodo ad alto volume ed alta pressione adatto per lo stampaggio di rinforzi in fibra di vetro complessi e ad alta resistenza. I prodotti realizzati mediante stampaggio a compressione includono tappi di

Al fine di ridurre il consumo ed i costi energetici, aumentare la produttività e migliorare la competitività aziendale, le organizzazioni dovrebbero concentrarsi sull’ottimizzazione del processo produttivo secondo le seguenti linee guida:

• Unità di controllo: Durante la lavorazione del polimero, il sistema di controllo deve soddisfare i requisiti di sicurezza per proteggere l’operatore dalla chiusura inaspettata della pressa. Il controllo del processo è necessario per un funzionamento efficiente, in particolare l’allineamento delle componenti dello stampo.

• Trasmissione idraulica: La potenza idraulica viene normalmente generata in un alimentatore per garantire un preciso coordinamento e ripetizione dei movimenti della macchina. Nella maggior parte dei casi sono necessarie unità idrauliche separate per le apparecchiature periferiche aggiuntive, comprese le viti dell’estrusore. La stabilità viene mantenuta dal controllo della temperatura del fluido idraulico, tramite uno scambiatore di calore collegato a un sistema di acqua di raffreddamento che offre un’opportunità per il recupero del calore.

• Sistema di riscaldamento e raffreddamento: esso fornisce in maniera controllata l’olio termico che scorre attraverso lo stampo e riscalda o raffredda lo stampo e il prodotto. L’efficienza del sistema ha un effetto importante sul tempo di processo complessivo e sull’energia consumata.

Quando si cerca di ridurre il consumo di energia, è possibile considerare l’utilizzo di una struttura di stoccaggio a pendolo piuttosto che un sistema diretto, in caso di lunghi tempi di ciclo e stampi di grandi dimensioni. Il principio funzionante di questo sistema è mostrato nella Figura 4.3.

Figura 3.3: Stoccaggio a Pendolo. (Fonte: Low Energy Plastic Processing: European Best Practice Guide (2006))

nell’accumulatore. Quando non è più disponibile energia accumulata, il sistema passa al riscaldamento diretto dell’olio fino al raggiungimento della temperatura finale dello stampo. Dopo la pressatura, l’olio termico e lo stampo vengono raffreddati con lo stoccaggio del pendolo fino a quando le temperature sono quasi allo stesso livello. Il calore nello stampo riscalda l’accumulatore e parte dell’energia viene conservata per la fase di riscaldamento del ciclo successivo. Quando non è possibile raffreddare ulteriormente utilizzando l’accumulatore, entra in funzione il sistema diretto.

Con questa configurazione è possibile ottenere circa il 45% di risparmio energetico nella produzione di pezzi di grandi dimensioni con lunghi tempi di ciclo.

• Free cooling: utilizzare sempre il free cooling quando possibile e se disponibile per raffreddare l’olio idraulico.

• Unità di stampaggio: questa serve per modellare il prodotto e scambiare calore con esso. Gli stampi devono essere riscaldati o raffreddati in funzione della temperatura e della massa del materiale proveniente dal processo di estrusione. I cilindri idraulici chiudono lo stampo e lo tengono serrato contro la pressione di soffiaggio. La pressione è necessaria per mantenere esattamente allineate le componenti dello stampo, per modellare la parte plastica. Mantenere un’alta pressione troppo a lungo rispetto al valore ottimale consuma molta energia non necessaria a causa di numerosi cicli aggiuntivi della pompa. In alcuni casi è sufficiente applicare un’alta pressione solamente durante il riempimento della forma e continuare il ciclo a pressioni minori.

• Impostazione dei parametri della macchina: Il controllo del ciclo di pressione è essenziale per il controllo dell’energia consumata durante il processo di pressatura. La pressione dovrebbe avere il massimo valore necessario ed essere utilizzata per il tempo minimo richiesto. Cicli di pressione inutilmente lunghi utilizzano molta energia aggiuntiva e quindi aumentano i costi.

Il controllo dei parametri di processo può generare il massimo risparmio energetico: le buone pratiche richiedono che venga utilizzata solo una quantità sufficiente di energia per ogni fase del processo. La consapevolezza della necessità di raggiungere tempi di ciclo prefissati è spesso compensata dall’incapacità di determinare in che modo i parametri potrebbero essere regolati per renderlo possibile. Inoltre, il superamento del peso del prodotto comporta uno spreco di energia.

• Isolamento dello stampo: Se non c’è isolamento dello stampo contro la piastra di messa a terra o il corpo macchina, c’è un flusso di calore non necessario dallo stampo

essere significative. Isolando lo stampo si riducono i tempi di produzione e aumenta la produttività. I costi sono solitamente bassi rispetto al potenziale risparmio energetico e il tempo di ritorno dell’investimento può essere inferiore a un anno.

• Processo LFT-D/ILC: nel settore automobilistico, le principali tecnologie permettono l’elaborazione di prodotti semilavorati come i materiali termoplastici rinforzati con vetro opaco (GMT) realizzati mediante stampaggio a compressione, e i granulati a fibra lunga (LFT-G) principalmente realizzati mediante stampaggio a iniezione. La tecnologia di processo diretto a fibra lunga (LFT-D) invece, consente di produrre componenti utilizzando direttamente i materiali di base come fibre di vetro, resine termoplastiche e additivi, utilizzando un processo di miscelazione prima dello stampaggio a compressione. Il vantaggio più convincente riguarda i costi ed il risparmio energetico, evitando la fase di produzione di prodotti semilavorati come i pellet LFT-G delle lastre GMT. Il vantaggio economico deriva dall’efficienza del processo, dalla sua affidabilità e dall’utilizzo di materie prime quali palline di plastica, fibre di rinforzo e additivi.

A differenza delle pastiglie o piastre pre-composte, i polimeri termoplastici che entrano nel sistema hanno subito un singolo riscaldamento. Questa ridotta esposizione alla degradazione termica porta a migliori proprietà iniziali e di lungo periodo per i componenti compositi stampati prodotti con il processo LFT-D/ILC. Il consumo totale di energia per produrre un componente composito è significativamente inferiore rispetto ai processi alternativi. L’energia utilizzata per trasformare le materie prime in pellet LFT di piastre GMT, trasportando i pellet o le lastre al produttore del componente e il successivo riscaldamento del pellet o della piastra di alimentazione prima della compressione o dello stampaggio a iniezione, viene completamente eliminata nel processo diretto.

Inoltre, la separazione dei polimeri termoplastici prima dell’incorporazione delle fibre riduce in modo significativo l’usura delle viti prolungandone la vita utile, poiché le fibre non sono presenti all’interfaccia solido/fuso rispetto alla lavorazione delle palline LFT.