EoW May 2008

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3. Composti L’estrusione di un elastomero di etilene ad alto peso molecolare comporta normalmente un prodotto estruso dalla superficie rugosa a causa dei segni di saldatura. L’aggiunta di materiale di riempimento migliora la levigatezza del prodotto estruso e la resistenza meccanica del composto. Altri elementi quali i plastificanti, i lubrificanti, gli antiossidanti, gli agenti di reticolazione, gli stabilizzatori ai raggi UV, i ritardanti di fiamma, si utilizzano frequentemente per aumentare la funzionalità del composto. La composizione del composto elastomerico determina le prestazioni per l’utilizzo finale del prodotto, ma le proprietà della matrice dell’elastomero determinano il tipo e la quantità dei diversi ingredienti che possono o dovrebbero essere utilizzati nel composto. I miscelatori a coclea in continuo offrono velocità eccellenti ed una dispersione accettabile per la produzione di composti plastici efficaci. Tuttavia, gli ingredienti del composto devono presentarsi sotto forma di granuli o di polvere per alimentare correttamente i miscelatori in continuo. Per la preparazione di composti elastomerici si utilizzano generalmente i miscelatori discontinui interni del tipo Banbury® (Farrel Corporation) o i mescolatori a due cilindri. I polimeri amorfi a bassa viscosità con un’ampia distribuzione del peso molecolare (MWD) sono più adatti alla mescola nel mescolatore, mentre i composti a base di elastomeri ad elevata viscosità e altamente cristallini sono molto difficili da miscelare nei mescolatori a due cilindri e sono più adatti al mescolatore Banbury che permette di ottenere un’elevata efficacia di mescolatura ed un tempo di ciclo ragionevole. Gli elastomeri sotto forma di granuli o agglomerati friabili possono essere facilmente miscelati nel miscelatore discontinuo poiché gli agglomerati friabili sono poco compattati e possono facilmente rompersi nel miscelatore Banbury sotto l’azione del taglio. A seconda dell’applicazione, i composti elastomerici prodotti con il miscelatore a cilindri e il miscelatore discontinuo possono essere alimentati con estrusori con Strainer o direttamente nell’estrusore come illustrato nella Figura 8. 4. Estrusione del filo Per la produzione di fili e cavi, i composti a base di elastomeri amorfi si estrudono meglio utilizzando una vite di gomma mentre gli elastomeri semi-cristallini funzionano meglio con la vite in polietilene. I composti elastomerici amorfi vengono normalmente alimentati sotto forma di nastri mentre gli elastomeri semicristallini sono generalmente alimentati sotto forma di granuli oppure di cubetti. Gli elastomeri di etilene possono essere estrusi utilizzando equipaggiamenti di alimentazione a freddo o a caldo. Gli estrusori provvisti di un tamburo lungo e di alimentazione a freddo, vengono alimentati con nastri composti a temperatura ambiente e normalmente richiedono un composto ad alta resistenza meccanica a verde a temperatura ambiente. Gli elastomeri con sufficiente cristallinità dovrebbero essere utilizzati nei composti con alimentazione a freddo per evitare che la vite dell’estrusore laceri il nastro provocando un’alimentazione irregolare. Gli estrusori con tamburo corto ed alimentazione a caldo, sono alimentati con

All’aumentare della cristallinità, anche la resistenza meccanica a verde risulta migliorata. I polimeri con maggiore massa molecolare possono accettare una quantità superiore di materiale di riempimento e possono avere proprietà fisiche migliori, come una maggiore resistenza alla trazione e alla lacerazione, ma devono essere ottimizzate per migliorare la lavorabilità. 2.2 Distribuzione del peso molecolare La distribuzione del peso molecolare (MWD) degli elastomeri d’etilene influisce sulle caratteristiche del processo. Un’ampia distribuzione del peso molecolare migliora la mescolatura, la resistenza meccanica a verde, le caratteristiche di estrusione e, in generale, la superficie dopo l’estrusione. Tuttavia, le caratteristiche di vulcanizzazione come la velocità e lo stato di vulcanizzazione possono essere inferiori nel caso di elastomeri caratterizzati da una più ampia distribuzione del peso molecolare. In generale, i polimeri con una più ampia distribuzione del peso molecolare presentano migliori capacità di lavorazione, ma inferiori caratteristiche di vulcanizzazione rispetto ai polimeri con più ampia distribuzione del peso molecolare. 2.3 Diene Analogamente al polietilene reticolato, gli elastomeri polefinici, l’EPDM ed il CM possono essere reticolati con perossido. Nel caso dell’EPDM, l’aggiunta di diene consente di effettuare la vulcanizzazione con lo zolfo. Tuttavia, per l’isolamento dei cavi di potenza è preferibile la vulcanizzazioneconperossidopoichénormalmente si ottengono caratteristiche elettriche migliori

rispetto alla vulcanizzazione con lo zolfo. I dieno termonomeri più utilizzati comprendono l’etilene norbornene (ENB) ed il diciclopentadiene (DCPD). Per questi dieni, l’ENB è caratterizzato dalla velocità di vulcanizzazione più rapida mentre il DCPD ha la velocità più lenta. La presenza di diene favorisce la formazione di ramificazioni dell’EPDM con conseguente ripetizione delle unità CH2 a partire da una catena laterale dalla catena principale del polimero. La ramificazione riduce la viscosità del polimero a velocità di taglio superiori per offrire caratteristiche di estrusione migliori ed aumenta la viscosità del polimero a velocità di taglio inferiori per migliorare la resistenza alla flessione. In generale, il DCPD presenta una maggiore probabilità di creare più ramificazioni lunghe rispetto all’ENB. 2.4 Contenuto di cloro Analogamente all’aggiunta di additivi contenenti alogeno al polimero per migliorare la resistenza all’accensione, la presenza di cloro nella catena principale del CM migliora la resistenza all’accensione e alla combustione del polimero. Come illustrato nella Figura 7 , la resistenza all’accensione, indicata dal maggiore valore dell’indice limite di ossigeno (LOI), aumenta con l’aumentare del contenuto di cloro del CPE. La presenza di cloro migliora la resistenza agli oli di idrocarburo e ai combustibili in composti a base di CPE. Pertanto, normalmente si utilizza un CPE a più elevato contenuto di cloro quando la resistenza all’olio ed ai combustibili costituisce un fattore critico per le prestazioni del cavo.

Figura 4 ▼ ▼ : Resistenza al calore e all’olio dei diversi elastomeri

Fluoroelastomero

Silicone

Fluorosilicone

Elastomeri poliolefinici

Polietilene clorato

Polietilene clorosulfonato

Gomma di etilene-propilene

Poliacrilato

ASTM D2000

Nitrile

Gomma di butile Gomma di stirene butadiene

Resistenza al calore (°C)

Policloroprene

Gomma naturale

Massimo aumento di volume olio ASTM #3

Figura 5 ▼ ▼ : Gamma di flessibilità degli elastomeri di etilene olefinici

Aumento del modulo

Rigido

Flessibel

Polimeri non polari (Co) Polimeri polari

Elastomeri poliolefinici

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EuroWire – Maggio 2008