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Panoramica sulla tecnologia di estrusione della plastica

Questo articolo analizzerà gli aspetti complessi del processo di estrusione plastica, dai suoi principi fondamentali alle sue applicazioni più diffuse.

L’estrusione della plastica è un processo produttivo fondamentale nell’industria della plastica. Questo metodo trasforma la materia plastica grezza in un profilo continuo, ottenendo varie forme e dimensioni per soddisfare diverse applicazioni.

Storicamente, questa tecnologia ha svolto un ruolo fondamentale nel rafforzamento del settore della plastica, promuovendone innovazione e scalabilità. Le sue origini risalgono agli inizi del XIX secolo, quando i primi pionieri iniziarono a esplorare il potenziale nel rimodellare i materiali plastici. Al giorno d’oggi, l’estrusione plastica rimane un processo di produzione efficace e ad alto volume per prodotti in plastica come condotti, tubi e finiture.

Cos’è l’estrusione di plastica?

Fondamentalmente, l’estrusione della plastica è un metodo di produzione che realizza prodotti con sezioni trasversali uniformi. Gli estrusori plastici possono assumere varie forme, aperte e chiuse. La forma più comunemente utilizzata è un semplice anello o profilo quadrato utilizzato in applicazioni per tubazioni, generalmente progettato per soddisfare specifici standard di settore per rendere il tubo compatibile con raccordi ed altri componenti.

Attraverso il calore e la pressione, i materiali termoplastici si trasformano in forme specifiche, il tutto reso possibile da un sistema di componenti meticolosamente progettati:

  • Tramoggia: Come punto di partenza, la tramoggia contiene i granuli di plastica, e li prepara al passaggio di lavorazione successivo.
  • Strozzatura d’alimentazione: Questo componente convoglia in modo efficiente la plastica dalla tramoggia, indirizzandola al cilindro riscaldato in attesa di ulteriori passaggi.
  • Cilindro: All’interno delle pareti riscaldate del cilindro, la plastica si avvicina al punto di fusione. Qui una vite rotante spinge il materiale ammorbidito verso il tubo di alimentazione.
  • Piastra del filtro: La piastra del filtro seleziona i materiali dal cilindro. Oltre al suo ruolo di filtraggio, è essenziale per preservare la pressione necessaria all’interno del sistema.
  • Stampo: Lo stampo rappresenta il componente fondamentale del processo. La plastica fusa assume la forma della matrice, trasformandosi nel profilo desiderato.
  • Tubo d’alimentazione: Questo elemento ha uno scopo fondamentale, guidando la plastica quasi liquefatta che esce dal cilindro lungo un percorso.
  • Vasca di raffreddamento: Questa fase finale è fondamentale. La plastica appena modellata subisce un rapido  raffreddamento, solidificandosi e mantenendo la sua nuova forma.
Spiegazione del processo continuo di estrusione plastica
Spiegazione del processo continuo di estrusione plastica

Come funziona l’estrusione della plastica?

Il processo di estrusione della plastica funziona nel seguente modo:

  1. Preparazione del materiale: La plastica grezza, prevalentemente in granuli o pellet, pone le basi per il processo di estrusione della plastica. Solitamente alloggiata all’interno di una tramoggia, questa plastica viene incanalata nell’estrusore tramite un ugello. Quando questi pellet incontrano la coclea al suo interno, inizia la loro trasformazione, passando gradualmente allo stato fuso.
  2. Fusione e movimentazione: All’interno dei confini dell’estrusore, costituito da una camera riscaldata e da una vite in rotazione continua, la plastica subisce alterazioni significative. Questa vite rotante, sebbene controllata con precisione, può raggiungere velocità fino a 120 giri al minuto. La sua rotazione trasporta i granuli di plastica e le sottopone al calore della camera. Di conseguenza, la miscela di questo calore e l’attrito derivante dall’azione della vite fondono la plastica, con temperature spesso comprese tra i 200 e i 275 °C. Successivamente, la plastica fusa incontra un sistema di filtraggio, che elimina le impurità, supportato da una piastra interruttore che rimane salda anche a pressioni che superano i 34 MPa.
  3. Processo di estrusione: Dopo un’accurata fusione e miscelazione, la plastica fusa passa attraverso una trafila o uno stampo su misura posto all’estremità dell’estrusore. Questo passaggio fondamentale conferisce alla plastica la forma della matrice o dello stampo desiderata, fissandone le dimensioni.
  4. Raffreddamento e dimensionamento: In uscita dallo stampo, la plastica viene posta in una vasca di raffreddamento. Qui intervengono sistemi ad aria o ad acqua, che dissipano il calore e rendono la plastica solida nella sua nuova forma. Per garantirne le corrette dimensioni, potrebbero essere utilizzate apparecchiature di dimensionamento che verifichino il rispetto di dimensioni specifiche.
  5. Trasporto e taglio: Rulli o meccanismi equivalenti “trascinano” o stirano la plastica trasformata, garantendone il movimento senza ostacoli al ritmo e alla tensione corretti durante tutto il processo. Il profilo estruso viene quindi segmentato in lunghezze precise, con utensili da taglio o coltelli.
  6. Ulteriori processi: Al di là delle fasi principali, alcuni prodotti estrusi richiedono particolare attenzione. Questi miglioramenti potrebbero comprendere trattamenti superficiali o la fusione di componenti aggiuntivi nella forma estrusa.
  7. Ispezione e controllo qualità: In questa fase i profili plastici estrusi vengono sottoposti ad un meticoloso riesame. Eventuali anomalie, deviazioni dimensionali o altri parametri di qualità vengono analizzati attentamente.
Macchinario per l'estrusione di materiale plastico
Macchinario per l’estrusione di materiale plastico

Materiali per estrusione plastica

La scelta del materiale dipende in modo fondamentale dalle caratteristiche desiderate per il prodotto finale, che si tratti di resistenza, tonalità, elasticità o altro. I materiali più comunemente utilizzati sono i seguenti:

Acrilonitrile butadiene stirene (ABS)

La formazione dell’ABS prevede tecniche di polimerizzazione che lo rendono tenace, superando il polistirolo. La sua miscela unica gli conferisce una lucentezza impermeabile, garantendo resistenza alla temperatura. Grazie alla sua durata e al suo fascino estetico, l’ABS è universale nell’elettronica di consumo e nei componenti automobilistici.

Polietilene (PE)

Un materiale termoplastico molto apprezzato, il polietilene, offre flessibilità unita a una notevole resistenza chimica. Utilizzato in particolare nella creazione di contenitori, tubi e pellicole per l’imballaggio, fornisce una miscela impressionante di adattabilità del colore, resistenza e resilienza nei climi più freddi.

Polipropilene (PP)

Apprezzato per la sua resistenza chimica, il polipropilene trova vaste applicazioni, che vanno dai componenti automobilistici agli imballaggi. Vanta un equilibrio armonioso tra versatilità del colore, resistenza agli urti e prestazioni a temperature ridotte.

Cloruro di polivinile (PVC)

Il PVC si distingue per la sua vasta gamma di applicazioni e per la sua convenienza. Mentre il PVC flessibile sostiene l’adattabilità e la resistenza agli agenti atmosferici, la sua controparte rigida eccelle in stabilità e resistenza agli urti, rendendolo un eccellente sostituto dei materiali tradizionali come il legno e il metallo in prodotti come finestre o unità refrigeranti.

Polistirene (PS)

Noto per la sua rigidità e leggerezza, il polistirolo rimane la scelta preferita per l’isolamento, gli imballaggi essenziali e le stoviglie usa e getta.

Poliammide (PA o Nylon)

Il nylon, un materiale termoplastico robusto, è riconosciuto per le sue ottime caratteristiche meccaniche. Xometry ha spesso evidenziato le sue vaste applicazioni, dal settore tessile ai complessi componenti automobilistici.

Policarbonato (PC)

La trasparenza e la resistenza agli urti del policarbonato lo posizionano come materiale preferito in applicazioni in cui la sua trasparenza viene apprezzata. Oltre alla sua durabilità e flessibilità cromatica, lavora a temperature diverse, venendo impiegato in settori come quello automobilistico e dell’elettronica.

Polietilene tereftalato (PET)

Prevalentemente nel settore alimentare e delle bevande, l’applicazione principale del PET ruota attorno al packaging. Tuttavia, la sua versatilità non finisce qui; si estende al tessile e ad alcuni aspetti dell’ingegneria.

Polimeri per tubi
Polimeri per tubi

Tabella comparativa

Nome del materialeStabilità al caloreResistenza agli agenti chimiciResistenza UV DurezzaCosto
ABSBuonoPoveroPoveroAltoMedio
PVCPoveroPoveroPoveroVarieMedio
Polietilene a bassa densità (LDPE)PoveroBuonoPoveroPoveroBasso
Polietilene ad alta densità (HDPE)BuonoEccellenteBuonoAltoBasso
PETPoveroBuonoBuonoMedioMedio
UHMW PEPoveroBuonoPoveroMedioBasso
Polipropilene (PP)EccellenteEccellentePoveroAlto
Nylon (PA)EccellenteEccellenteBuonoAltoAlto
Policarbonato (PC)EccellenteBuonoEccellenteAltoAlto

Tipi di processi di estrusione plastica

Estrusione di tubi

Processo di estrusione dei tubi
Processo di estrusione dei tubi (Fonte: researchgate.net)

L’estrusione dei tubi è un processo dedicato alla formazione di condutture o componenti cavi allungati. Tuttavia, la tecnica rimane simile fino allo stampo. In questa fase delicata, un’applicazione strategica di una pressione interna garantisce un processo regolare, facendo così fronte alle forze richieste, tipiche delle applicazioni per oggetti cavi.

Estrusione di film per soffiaggio

Processo di estrusione film per soffiaggio
Processo di estrusione film per soffiaggio (Fonte: europlas.com.vn)

Fondamentale per la produzione di articoli come borse della spesa e alcuni materiali di imballaggio, l’estrusione di film per soffiaggio si distingue tra gli altri processi. Mentre le fasi iniziali rispecchiano i tipici modelli di estrusione, la differenziazione avviene a livello della filiera.

Il materiale estruso genera un tubo, che viene poi gonfiato utilizzando l’aria per creare una bolla. Questa bolla viene accuratamente allungata e raffreddata, ottenendo una pellicola plastica continua e sottile. La pellicola viaggia quindi tra rulli di pressione che applicano una pressione controllata, garantendo uno spessore uniforme e favorendo il processo di raffreddamento. Questa tecnica è limitata a film plastici sottili, il che implica che fogli più spessi richiedono processi alternativi.

Estrusione in film

Processo di estrusione di film in fogli
Processo di estrusione di film in fogli (Fonte: shop71003.sosoutremer.org)

Spesso considerata un processo gemello dell’estrusione di film con soffiatura, l’estrusione di film in fogli si dedica ai componenti che superano lo spessore idoneo al soffiaggio. Questo processo è particolarmente adatto a fogli di plastica piatti con un’ampia gamma di applicazioni.

La materia prima, sotto forma di pellet, viene fusa e poi forzata attraverso una trafila piana a forma di fessura. La plastica estrusa assume la forma di un foglio continuo, che viene poi raffreddato e solidificato. Il processo di raffreddamento spesso comporta il passaggio della lastra attraverso una serie di rulli di raffreddamento. All’uscita dallo stampo il materiale subisce un meticoloso processo di tiraggio e laminazione.

Questa azione conferisce la forma desiderata e facilita il raffreddamento, con conseguente solidificazione permanente. Il foglio di plastica risultante può essere ulteriormente lavorato o tagliato in varie forme per applicazioni quali imballaggi, segnaletica e materiali edili.

Vantaggi dell’estrusione plastica

  • Efficienza dei costi: L’estrusione plastica si distingue soprattutto per il suo rapporto costo-efficacia. Se affiancata ad altre tecniche di produzione, in particolare alla stampa a iniezione, l’estrusione dimostra un chiaro vantaggio economico. La semplicità del processo di estrusione, senza complesse necessità di attrezzature, si traduce in concrete riduzioni dei costi. Inoltre, la possibilità per questi sistemi di lavorare ininterrottamente garantisce una produzione costante.
  • Flessibilità: La versatilità offerta dall’estrusione è davvero impareggiabile. Il processo può modellare senza soluzione di continuità la plastica in diverse forme e profili purché venga mantenuta una sezione trasversale uniforme. Ciò significa che una vasta gamma di prodotti, dalle forme complesse alle lastre e tubi standard, può essere realizzata in modo efficiente utilizzando questo metodo. Tale libertà consente alle industrie di sviluppare e personalizzare secondo l’evoluzione delle richieste di mercato.
  • Elevato tasso di produzione: L’assenza di interruzioni nel funzionamento della macchina garantisce un costante flusso di prodotti, soddisfacendo in modo efficiente richieste di volumi elevati. Questo modello di produzione continua aiuta le aziende a mantenere una catena di fornitura coerente, affrontando le esigenze di mercato sia immediate che future.
  • Conservazione del materiale: La malleabilità della plastica calda prima del raffreddamento è un vantaggio importante. Questa proprietà intrinseca consente ulteriori operazioni di modellatura e ridimensionamento, garantendo un utilizzo ottimale del materiale e uno spreco minimo. Un simile approccio vanta efficienza produttiva ed è in sintonia con la sostenibilità e la conservazione delle risorse.
Azienda con estrusori per la produzione di tubi in polipropilene
Azienda con estrusori per la produzione di tubi in polipropilene

Limitazioni dell’estrusione plastica

Sebbene l’estrusione di plastica offra numerosi vantaggi, è essenziale considerare le seguenti limitazioni:

  • Limitazioni nel design: Uno svantaggio significativo dell’estrusione plastica è l’imprevedibilità dell’espansione post-estrusione, comunemente nota come “rigonfiamento dello stampo”. Questa espansione imprevedibile può talvolta compromettere l’accuratezza del prodotto finale, richiedendo ulteriori rettifiche e aggiustamenti.
  • Limitazioni dei materiali: Sebbene l’estrusione plastica consenta l’uso di materiali riciclati, questa opzione non è priva di complicazioni. La plastica riciclata spesso porta con sé impurità e presenta caratteristiche incostanti. Tali variazioni possono influire sulla qualità complessiva del prodotto finale.
  • Costi di inizializzazione: L’avvio di un impianto di estrusione plastica richiede un notevole investimento. I costi associati all’approvvigionamento di stampi, estrusori e altre attrezzature essenziali, soprattutto per applicazioni specializzate, possono essere elevati.
  • Finiture e tolleranze: Sebbene l’estrusione della plastica sia versatile, la tecnica impone alcune restrizioni sulla gamma di prodotti che è possibile realizzare. È essenziale effettuare una ricerca meticolosa ed eventualmente consultare esperti per identificare l’attrezzatura di estrusione più adatta alle esigenze specifiche del vostro progetto.

Applicazioni dell’estrusione di plastiche

Packaging

L’estrusione plastica domina il settore degli imballaggi, principalmente sotto forma di tubi. Un tipico esempio sono le condutture in PVC. Questi tubi, sagomati tramite una matrice a profilo cilindrico come base, sono un esempio dell’uso diffuso dell’estrusione nel confezionamento.

Edilizia

Le materie plastiche estruse trovano ampia applicazione nella costruzione di telai durevoli di finestre e porte. La natura duratura e la resistenza intrinseca alle radiazioni UV rendono materiali come il PVC una scelta ottimale. Oltre ai telai, anche le persiane e gli oscuranti spesso incorporano componenti estrusi. Ad esempio, il famoso aspetto finto legno di molte tende è spesso ottenuto utilizzando il polistirene estruso.

Automotive

L’isolante dei cavi nei veicoli si basa in gran parte sull’estrusione della plastica, attribuita alle sue capacità intrinseche di isolamento elettrico. La stabilità termica e la flessibilità della plastica la rendono inoltre ideale per la protezione dei cavi sotto tensione, garantendo un’adattabilità duratura e sicura. Nel settore automobilistico, la longevità e l’affidabilità dei rivestimenti e degli isolamenti estrusi sono fondamentali.

Beni di consumo

I beni di consumo che traggono vantaggio dall’estrusione della plastica è vasto. Consideriamo il campo delle attrezzature per la pulizia: strumenti come lavavetri, che le persone usano quotidianamente, spesso incorporano manici in plastica estrusa. Alcuni vantano addirittura una finitura in plastica gommata, che ne migliora l’efficacia pulente, a testimonianza della versatilità del processo di estrusione.

Estrusore per la produzione di tubi in polietilene
Estrusore per la produzione di tubi in polietilene

Estrusione plastica vs. Stampa a iniezione

L’estrusione della plastica e la stampa a iniezione sono metodi primari nel settore della plastica e ciascuno offre vantaggi unici.

L’estrusione di plastica eccelle nella produzione di profili continui con una sezione trasversale costante. I prodotti tipici includono canali, tubi e lamiere. Questo metodo è preferibile per la sua semplicità, la capacità di funzionare in modo continuo e il rapporto costo-efficacia, soprattutto per volumi elevati.

Al contrario, la stampa a iniezione inietta la plastica fusa in uno stampo, che si raffredda e si solidifica. Questo processo è ideale per realizzare articoli discreti, spesso con dettagli intricati. I suoi punti di forza risiedono nella precisione, nell’utilizzo di più materiali contemporaneamente e nella produzione di componenti ripetibili e di alta qualità.

Stampa a iniezioneEstrusione di plastica
Range di quantità50 – 1,000,000> 1
Campione+ di 1 mese+ di 2 settimane
Prototipazione
Produzione in grandi volumi
Funzionale
Estetica
Geometrie complesse
Parti colorate

Nella scelta tra questi metodi, considerare il volume di produzione, la complessità della parte e il tipo di prodotto.

Effettuare ordini di produzione con l’estrusione plastica su Xometry

Con i suoi numerosi vantaggi, il processo di estrusione sta rivoluzionando il settore della produzione plastica. Ha infatti raggiunto un equilibrio armonioso tra fattibilità economica, versatilità progettuale, efficienza produttiva e pratiche sostenibili, affermandosi come una risorsa per le industrie moderne.

Per le aziende che ricercano soluzioni affidabili nella produzione di volumi medio-bassi, Xometry offre servizi di estrusione di plastica di prima fascia.

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