Come selezionare il pellettizzatore giusto per la tua macchina per la pellettizzazione della plastica

Il pellet può essere 'solo' un prodotto intermedio, ma le sue dimensioni, forma e consistenza contano nelle successive operazioni di lavorazione.
Ciò diventa ancora più importante se si considerano le richieste sempre crescenti poste ai compoundatori. Non importa quale attrezzatura abbiano attualmente, non sembra mai adatta per la prossima sfida. Un numero crescente di prodotti potrebbe richiedere capacità aggiuntiva. Un nuovo polimero o additivo potrebbe essere troppo tenace, morbido o corrosivo per l'attrezzatura esistente. O forse il lavoro richiede una forma diversa del pellet. In questi casi, i compoundatori necessitano di un know-how ingegneristico approfondito sulla lavorazione e di una stretta collaborazione con il fornitore di apparecchiature di pellettizzazione.
Il primo passo per affrontare queste sfide inizia con la scelta dell’attrezzatura. La classificazione più comune dei processi di pellettizzazione prevede due categorie, differenziate in base allo stato della materia plastica al momento del taglio:
•pellettizzazione del fuso (taglio a caldo): fuso proveniente da una trafila che viene tagliato quasi immediatamente in pellet che vengono convogliati e raffreddati da liquido o gas;
• Pellettizzazione di fili (taglio a freddo): il materiale fuso proveniente da una testata viene convertito in fili che vengono tagliati in pellet dopo il raffreddamento e la solidificazione.
Le variazioni di questi processi di base possono essere adattate allo specifico materiale in ingresso e alle proprietà del prodotto nella produzione di composti sofisticati. In entrambi i casi, fasi di processo intermedie e diversi gradi di automazione possono essere incorporati in qualsiasi fase del processo.
Per trovare la soluzione migliore per le tue esigenze di produzione, inizia con la valutazione dello status quo e con la definizione delle esigenze future. Sviluppare una proiezione quinquennale dei materiali e delle capacità richieste. Le soluzioni a breve termine molto spesso si rivelano più costose e meno soddisfacenti dopo un certo periodo di tempo. Anche se quasi tutte le linee di pellettizzazione di un compoundatore dovranno trattare una varietà di prodotti, ogni dato sistema può essere ottimizzato solo per una piccola gamma dell’intero portafoglio prodotti.
Di conseguenza, tutti gli altri prodotti dovranno essere lavorati in condizioni di compromesso.
La dimensione del lotto, insieme alla capacità nominale del sistema, avrà un impatto molto forte sul processo di pellettizzazione e sulla scelta dei macchinari. Poiché i lotti di produzione compositi tendono ad essere piuttosto piccoli, la flessibilità delle attrezzature è spesso un grosso problema. I fattori includono un facile accesso per la pulizia e la manutenzione e la capacità di passare in modo semplice e rapido da un prodotto all'altro. L'avvio e l'arresto del sistema di pellettizzazione dovrebbero comportare uno spreco minimo di materiale.
Una linea che utilizza un semplice bagnomaria per il raffreddamento dei fili è spesso la prima opzione per gli impianti di compounding. Tuttavia, il layout individuale può variare in modo significativo, a causa delle esigenze di produttività, flessibilità e grado di integrazione del sistema. Nella pellettizzazione dei fili, i fili polimerici escono dalla testa della filiera e vengono trasportati attraverso un bagno d'acqua e raffreddati. Dopo che le ciocche lasciano il bagno d'acqua, l'acqua residua viene rimossa dalla superficie mediante una lama d'aria di aspirazione. I filamenti essiccati e solidificati vengono trasportati alla pellettizzatrice, dove vengono trascinati nella camera di taglio dalla sezione di alimentazione ad una velocità di linea costante. Nella pellettizzatrice, i filamenti vengono tagliati tra un rotore e una controlama in pellet approssimativamente cilindrici. Questi possono essere sottoposti a post-trattamento come classificazione, raffreddamento aggiuntivo, essiccazione e trasporto.
Se l’esigenza è quella di un compounding continuo, in cui sono coinvolte meno modifiche al prodotto e le capacità sono relativamente elevate, l’automazione può essere vantaggiosa per ridurre i costi aumentando al tempo stesso la qualità. Tale linea di pellettizzazione automatica dei trefoli può utilizzare una variazione di auto-cordatura di questo tipo di pellettizzatrice. Questo è caratterizzato da uno scivolo dell'acqua di raffreddamento e da un nastro trasportatore forato che sostituiscono la vasca di raffreddamento e la linea di evaporazione e forniscono il trasporto automatico nella pellettizzatrice.
Alcuni composti polimerici sono piuttosto fragili e si rompono facilmente. Altri composti, o alcuni dei loro ingredienti, possono essere molto sensibili all'umidità. Per tali materiali, la pellettizzatrice a nastro trasportatore è la risposta migliore. Un nastro trasportatore forato preleva i fili dalla filiera e li convoglia dolcemente alla taglierina. Varie opzioni di nebulizzazione dell'acqua di raffreddamento, nebulizzatori, matrici Venturi ad aria compressa, ventilatori o combinazioni di questi consentono una buona flessibilità.

QUANDO ANDARE SUBACQUEA
Quando la forma preferita del pellet è più sferica che cilindrica, l'alternativa migliore è un cutter subacqueo a faccia calda. Con una gamma di capacità che va da circa 20 libbre/ora a diverse tonnellate/ora, questo sistema è applicabile a tutti i materiali con comportamento termoplastico. Durante il funzionamento, il polimero fuso viene suddiviso in un anello di filamenti che scorrono attraverso una filiera anulare in una camera di taglio inondata di acqua di processo. Una testa di taglio rotante nel flusso d'acqua taglia i filamenti di polimero in pellet, che vengono immediatamente convogliati fuori dalla camera di taglio. I pellet vengono trasportati come impasto liquido all'essiccatore centrifugo, dove vengono separati dall'acqua mediante l'impatto delle pale rotanti. I pellet secchi vengono scaricati e consegnati per la successiva lavorazione. L'acqua viene filtrata, temperata e ricircolata nel processo.
I componenti principali del sistema - testa di taglio con camera di taglio, filiera e valvola di avviamento, tutti su un telaio di supporto comune - costituiscono un gruppo importante. Tutti gli altri componenti del sistema, come il circuito dell'acqua di processo con bypass, lo scarico della camera di taglio, il vetro spia, l'essiccatore centrifugo, il filtro a nastro, la pompa dell'acqua, lo scambiatore di calore e il sistema di trasporto possono essere selezionati da una gamma completa di accessori e combinati in un sistema specifico per il lavoro.
In ogni sistema di pellettizzazione subacqueo esiste un fragile equilibrio di temperatura all'interno della camera di taglio e della filiera. La filiera viene raffreddata continuamente dall'acqua di processo e riscaldata dai riscaldatori della filiera e dal flusso di hot melt. La riduzione della perdita di energia dalla filiera all'acqua di processo si traduce in condizioni di lavorazione molto più stabili e in una maggiore qualità del prodotto. Per ridurre questa perdita di calore, il processore può scegliere una matrice termicamente isolante e/o passare a una matrice riscaldata a fluido.
Molti composti sono piuttosto abrasivi, con conseguente notevole usura delle parti a contatto come le pale rotanti e gli schermi filtranti nell'essiccatore centrifugo. Altri composti possono essere sensibili agli impatti meccanici e generare polvere eccessiva. Per entrambi questi materiali speciali, un nuovo tipo di essiccatore deposita i pellet bagnati su un nastro trasportatore perforato che viaggia attraverso una lama d'aria, aspirando efficacemente l'acqua. L'usura delle parti della macchina e i danni ai pellet possono essere notevolmente ridotti rispetto ad un essiccatore ad urto. Dato il breve tempo di permanenza sul nastro, di solito è necessaria una sorta di asciugatura post-disidratazione (ad esempio con un letto fluidizzato) o un raffreddamento aggiuntivo. I vantaggi di questa nuova soluzione di essiccazione del pellet senza impatto sono:
•Costi di produzione inferiori grazie alla lunga durata di tutte le parti che entrano in contatto con i pellet.
•Movimentazione delicata del pellet, che garantisce un'elevata qualità del prodotto e una minore generazione di polvere.
•Consumo energetico ridotto poiché non è necessario alcun apporto energetico aggiuntivo.

ALTRI PROCESSI DI PELLETTIZZAZIONE
Alcuni altri processi di pellettizzazione sono piuttosto insoliti nel campo del compounding. Il modo più semplice ed economico per ridurre la plastica a dimensioni adeguate per un'ulteriore lavorazione potrebbe essere una semplice operazione di macinazione. Tuttavia, la forma e le dimensioni delle particelle risultanti sono estremamente incoerenti. Anche alcune importanti proprietà del prodotto subiranno un'influenza negativa: la densità apparente diminuirà drasticamente e le proprietà di flusso libero della massa sfusa sarebbero molto scarse. Ecco perché tale materiale sarà accettabile solo per applicazioni inferiori e dovrà essere commercializzato a un costo piuttosto basso.
Il taglio a cubetti era un processo comune di riduzione delle dimensioni fin dall'inizio del XX secolo. L'importanza di questo processo è costantemente diminuita per quasi 30 anni e attualmente fornisce un contributo trascurabile agli attuali mercati del pellet.
La pellettizzazione dei fili subacquei è un sofisticato processo automatico. Ma questo metodo di produzione viene utilizzato principalmente nella produzione di alcuni polimeri vergini, come poliesteri, nylon e polimeri stirenici, e non ha un'applicazione comune nell'odierno compounding.
La pellettizzazione frontale dello stampo raffreddata ad aria è un processo applicabile solo a prodotti non appiccicosi, in particolare al PVC. Ma questo materiale è più comunemente miscelato in miscelatori discontinui con riscaldamento e raffreddamento e scaricato come miscele secche. Solo quantità trascurabili di composti di PVC vengono trasformate in pellet.
Anche la pellettizzazione ad anello d'acqua è un'operazione automatica. Ma è adatto anche solo per materiali meno appiccicosi e trova la sua principale applicazione nel riciclo delle poliolefine e in alcune applicazioni minori nel compounding.

INFLUENZA SULLE PROPRIETÀ DEL PRODOTTO

La scelta del giusto processo di pellettizzazione implica considerare non solo la forma del pellet e il volume di produzione. Ad esempio la temperatura del pellet e l'umidità residua sono inversamente proporzionali; cioè maggiore è la temperatura del prodotto, minore è l'umidità residua. Alcuni composti, come molti tipi di TPE, sono appiccicosi, soprattutto a temperature elevate. Questo effetto può essere misurato contando gli agglomerati, gemelli e multipli, presenti in una massa di pellet.
In un sistema di granulazione subacqueo tali agglomerati di granuli appiccicosi possono essere generati in due modi. Innanzitutto, immediatamente dopo il taglio, la temperatura superficiale del pellet è solo circa 50° F superiore alla temperatura dell'acqua di processo, mentre il nucleo del pellet è ancora fuso e la temperatura media del pellet è solo da 35° a 40° F inferiore alla temperatura di fusione. Se due pellet entrano in contatto si deformano leggermente, creando una superficie di contatto tra i pellet che può essere priva di acqua di processo. In quella zona di contatto, la pelle solidificata si rifonderà immediatamente a causa del calore trasportato dal nucleo fuso e i pellet si fonderanno tra loro.
In secondo luogo, dopo lo scarico dei pellet dall'essiccatore, la temperatura superficiale dei pellet aumenta a causa del trasporto di calore dal nucleo alla superficie. Se i pellet morbidi di TPE vengono conservati in un contenitore, i pellet possono deformarsi, le superfici di contatto calde tra i singoli pellet diventano più grandi e l'adesione aumenta, portando nuovamente alla formazione di agglomerati. Questo fenomeno è probabilmente intensificato con pellet di dimensioni più piccole, ad esempio micro-pellet, poiché il rapporto tra superficie e volume aumenta con il diametro minore.
L'agglomerazione del pellet può essere ridotta aggiungendo una sostanza simile alla cera all'acqua di processo o spolverando le superfici del pellet immediatamente dopo l'essiccatore del pellet.
L'esecuzione di una serie di test di pellettizzazione a una velocità di produzione costante ti darà un'idea della temperatura massima pratica del pellet per quel tipo di materiale e dimensione del pellet. Qualunque cosa al di sopra di quella temperatura aumenterà la quantità di agglomerati, mentre qualsiasi cosa al di sotto di quella temperatura aumenterà l'umidità residua.
In alcuni casi, l'operazione di pellettizzazione può essere sacrificabile. Ciò è vero solo nelle applicazioni in cui i polimeri vergini possono essere convertiti direttamente in prodotti finiti, ad esempio l’estrusione diretta di fogli di PET da un reattore polimerico. Tuttavia, se la combinazione di additivi e altri ingredienti aggiunge un valore reale, la conversione diretta non è possibile. Se è necessaria la pellettizzazione, è sempre meglio conoscere le opzioni.
INFORMAZIONI SULL'AUTORE
Horst Mueller è entrato in Automatik Plastics Machinery GmbH, uno dei principali produttori tedeschi di apparecchiature per la pellettizzazione della plastica, nel 1997. Mueller è coinvolto in ingegneria, sviluppo, standardizzazione, amministrazione della proprietà intellettuale, documentazione e marketing.