Rassegna della stampa tecnica estera

I più interessanti articoli usciti di recente sulle riviste tecniche internazionali specializzate e riguardanti materiali, applicazioni, processi, prove, misurazioni e destinati al settore della trasformazione della gomma. Letti e riassunti per voi dai nostri esperti

MEDIANTE CORRELAZIONI FRA PARAMETRO DI RISCALDEMANTO A TAGLIO, TORQUE MINIMO E VISCOSITÀ DINAMICA COMPLESSA.

M. Ramini, Italian Gasket, Paratico BS (Italia), M. Scacchi, Alfa Technologies, Milano (Italia)RUBBERWORLD, dicembre 2022, pag. 26-31

Oggigiorno l’industria della gomma richiede ai produttori di tenute e guarnizioni per stampaggio un alto livello di qualità. La produzione con stampaggio ad iniezione risulta particolarmente complessa per tre parametri critici, ossia temperatura, pressione e velocità di taglio. In pratica è la temperatura ad essere il parametro più critico, per il motivo che, mentre quella dello stampo è facilmente controllata con termocoppie e sensori, quella della gomma è difficilmente controllabile per l’influenza di pressione e velocità di stampaggio, velocità di rotazione della vite e temperatura del cilindro, per cui risulta critica sia nella fase di riempimento dello stampo che in quella di vulcanizzazione. Sono tre le principali fonti di calore in grado di aumentare la temperatura della mescola: il sistema di riscaldamento della macchina, la reazione esotermica di vulcanizzazione e il riscaldamento dovuto agli sforzi di taglio, a cui si aggiunge il fenomeno di frizione interna della mescola, che nel suo flusso genera calore e riduce local- mente la viscosità. Il riscaldamento per gli sforzi di taglio, caratteristica di quasi tutte le lavorazioni della gomma, è vantaggioso per aumentare la temperatura della mescola risparmiando energia, ma complica il controllo di temperatura e viscosità. Partendo da tutte queste considerazioni, l’introduzione dello studio afferma la necessità di sviluppare metodi di prova idonei, che possano prevedere realisticamente il comportamento di processo nella specifica applicazione dello stampaggio ad iniezione: di conseguenza stabilire correlazioni fra i parametri di processo e il comportamento reologico fornisce un più affidabile approccio all’ottimizzazione del processo.

Lo studio mira a migliorare il controllo del processo mediante caratterizzazione delle mescole di gomma lavorabili con stampaggio ad iniezione, secondo le correlazioni fra il parametro di riscaldamento a taglio (ottenuto dalle prove di processo), il torque minimo (determinato dalla prova con reometro MDR) e la viscosità dinamica complessa (ottenuta con prova mediante RPA).

Spiegati i tre parametri in gioco, lo studio suggerisce l’utilizzo di un approccio integrato, basato sulle correlazioni fra dati sperimentali e di processo, in modo da fornire risultati consistenti sul comportamento reologico delle mescole di gomma in questione, che aiutino l’ingegnere di proces- so e l’operatore dell’impianto a mettere a punto idonei parametri di processo e ad ottimizzare i processi quando non si conosce il comportamento termico. Anche il tecnico di laboratorio può così affinare le proprietà della mescola per migliorare la processabilità.

Vengono prese in esame tre mescole, una a base AEM a vulcanizzazione con diammina, una a base FKM con vulcanizzazione perossidica ed una a base EPDM con vulcanizzazione a zolfo, tutte sviluppate secondo specifiche standard dell’industria automobilistica e formulazioni riservate non divulgabili.

Indubbiamente interessante, lo studio richiede tuttavia competenze specifiche per un’immediata comprensione, appannaggio senz’altro degli addetti ai lavori.

ELASTOMERI E LAVORAZIONE PRODUZIONE DI MESCOLE DI PNEUMATICI PER AEREI CON L’UTILIZZO DI PROPHENE PER MIGLIORARE LE PROPRIETÀ.

D. Paschall, A. Halasa, B. Rodgers, Akron Polymer Solutions, Akron, Ohio (USA) - RUBBERWORLD, dicembre 2022, pag. 32-43

Consigliamo a tutti i lettori della rivista questo articolo, limitandosi anche solo all’introduzione, che fa scoprire una nicchia del settore pneumatici e ne fa comprendere complessità e particolarità.

I pneumatici per aerei sono infatti fra i più difficili da progettare e sviluppare, a causa dei pesanti carichi da sostenere e alle condizioni operative ad alta velocità, senza contare il loro severo contesto normativo, in cui la sicurezza è di vitale importanza.

Come i pneumatici per auto sono di diverso tipo, a seconda della tipologia dell’auto (sportiva, di lusso, monovolume etc.), anche quelli per aerei vengono classificati, in base alla tipologia dell’aereo su cui sono montati, in quattro categorie, ossia commerciale (trasporto passeggeri), militare, utilizzo privato ed elicottero.

Due sono i tipi di pneumatici per aerei, bias (diagonale a tele incrociate) e radiale: la tendenza è ormai quella di utilizzare il secondo, per ridurre peso e isteresi, ma il primo è ancora di attualità, per gli alti costi di conversione e perché i pneumatici bias presentano comunque alcuni vantaggi prestazionali, come stabilità e numero di atterraggi ottenibili.

Com’è logico, i requisiti di prestazione per un pneumatico di aereo sono diversi da quelli di un pneumatico per auto e, per i materiali utilizzati, si possono individuare i seguenti parametri: resistenza a lacerazione; adesione fra i componenti; resistenza a fatica e gradienti di modulo dal tallone alla parte superiore del fianco; ritenzione della pressione di gonfiaggio e permeabilità dell’innerliner (parete interna del pneumatico); isteresi della mescola; abrasione; resistenza al calore.

Dopo avere parlato di ricostruzione del pneumatico ed usura del battistrada, l’articolo espone in una tabella i polimeri (NR, ESBR, SSBR, HIIR) e i carbon black (N110, 220, 326, 330, 550 e 660) impiegati nelle prove, parla delle configurazioni di montaggio e si dilunga poi su innerliner e ritenzione della pressione di gonfiaggio, ottenuta con azoto per ragioni di sicurezza. L’articolo si occupa dell’utilizzo di grafene puro nelle mescole di pneumatici per aerei, concentrandosi sullo studio della permeabilità dell’innerliner e su altre mescole per battistrada su base gomma naturale. Finalmente, nel paragrafo dedicato ai metodi sperimentali usati per generare i dati, viene citato il Prophene, composto brevettato da Akron Polymer Solutions e disponibile in tre gradi, le cui proprietà sono esposte in una tabella: per le prove eseguite in questo articolo viene scelto il tipo PS 100. Questo specifico grado di grafene viene dapprima miscelato con gomma bromobutile, per ottenere cinque masterbatch sperimentali con contenuto 0.5, 2.0, 5.0, 8.0 e 20.0 phr, che vengono inseriti in una formulazione a base BIIR per innerliner: di tutte le sei mescole, di cui una di riferimento senza Prophene, vengono determinate le caratteristiche di processabilità, di vulcanizzazione, fisico-meccaniche e, in particolare, l’effetto del Prophene sulla permeabilità, che migliora all’aumentare del suo contenuto.

Passando invece ad una mescola per battistrada, viene adottata una formulazione a base gomma naturale, con la quale si producono sei mescole, una di riferimento senza e cinque con Prophene a livello di 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 e 10.0 phr: tutte le caratteristiche citate poc’anzi non sono influenzate dal Prophene, con l’unica eccezione della resistenza a lacerazione, che aumenta con 0.5 phr per poi decadere drasticamente al suo aumentare.

Nella sezione discussione l’articolo illustra la differenza strutturale fra pneumatico bias e radiale, ribadendo il miglioramento di prestazioni ottenuto con l’utilizzo di grafene e l’importanza di ricostruzione e ricostruibilità dei pneumatici per aerei, puntualizzando che diversi brevetti sul Prophene sono in essere, vista l’elevata potenzialità del prodotto nel migliorare le proprietà delle mescole prese in considerazione.

ELASTOMERI E LAVORAZIONE NUOVE MESCOLE DI GOMMA SOSTENIBILI PER RIMUOVERE RESORCINOLO, COBALTO E FORMALDEIDE.

P. Fithian, S. Mark, Ü. Özkütükcü, M. Piotrowsky, Bruggemann, Heilbronn (Germany) - RUBBERWORLD, dicembre 2022, pag. 44-49

L’azienda tedesca Brüggemann, che nel luglio 2022 ha acquisito da Eigenmann&Veronelli la Auserpolimeri, produtttrice di compatibilizzanti polimerici, è conosciuta nell’industria della gomma soprattutto per gli ossidi di zinco ad elevata area superficiale ma, con il suo laboratorio di sviluppo, fondato nel 2012, offre al mercato soluzioni innovative. Questo articolo si focalizza sui seguenti argomenti: prodotti da estrusione reattiva/benefici; eliminazione di resorcinolo/ cobalto dalle mescole per steel cord (TP 1862); riduzione di formaldeide durante la lavorazione (LP 21-103); prestazioni della mescola a basso contenuto di formaldeide senza resorcinolo e cobalto.

I benefici dei prodotti predispersi sono ben conosciuti e, in questo caso, la tecnologia Brüggemann di estrusione reattiva, combinando più componenti in un singolo granulo su base vettore a basso punto di fusione compatibile con la gomma, offre ulteriori vantaggi di cattura/rimozione di sostanze pericolose e di componenti incapsulati con bassa emissione di VOC (Composti Organici Volatili).

Resorcinolo e cobalto sono i tipici prodotti per migliorare l’attacco gomma-metallo, in particolare nelle mescole per pneumatici al fine di assicurare l’adesione allo steel cord per lungo tempo. Tuttavia il resorcinolo è ormai classificato da ECHA come sostanza pericolosa SVHC (Substances of Very High Concern) e il cobalto è cancerogeno, per cui è auspicabile la loro sostituzione nelle mescole che li comprendono. Il prodotto alternativo TP 1862, costituito da una resina con ioni di zinco attivati priva di cobalto e resorcinolo, consente anche di rinunciare all’ossido di zinco in mescola, perché lo zinco presente nel masterbatch agisce come attivatore di vulcanizzazione. I miglioramenti ottenuti riguardano sia le caratteristiche reologiche che la durezza e l’allungamento a rottura, con il risultato pratico che l’attacco gomma-metallo risulta nettamente rinforzato, con il carico di rottura dopo allungamento superiore del 28%. Nella mescola con resorcinolo/ cobalto si utilizza largamente il prodotto HMMM (HexaMetoxMethylMelamine), che tuttavia, durante la lavorazione, rilascia formaldeide, classificata come agente cancerogeno umano: il prodotto LP 21103, usato in sostituzione dell’HMMM, riduce l’emissione di formaldeide per più del 96%. Nel contempo la prestazione della mescola con LP 21-103 si dimostra analoga a quella della mescola con resorcinolo e cobalto. Alla luce dei risultati positivi, ottenuti con le due sostituzioni citate, sono state effettuate prove con un loro utilizzo contemporaneo, ottenendo un effetto sinergico in paragone ad una mescola con resorcinolo e cobalto, con un incremento della forza di distacco gomma-metallo del 50% dopo invecchiamento ed altri vantaggi di prestazione, evidenziati in un opportuno grafico.

ELASTOMERI E APPLICAZIONI STAMPAGGIO 3D DI INCHIOSTRO DI GOMMA SINTETICA (RUBBER INK) MEDIANTE IL PROCESSO A STAMPAGGIO DIRETTO

E. R. S. Suresh Kamath, Jae-Won Choi, The University of Akron, Akron, Ohio (USA) - RUBBER&TIRE, ottobre/novembre 2022, pag. 11-16

Studio di attualità, che nell’introduzione offre una breve storia dell’utilizzo di gomma naturale e sintetica per arrivare alla considerazione che i convenzionali metodi produttivi di manufatti, pneumatici in particolare, sono adatti a produzioni su larga scala e non consentono di realizzare articoli su misura in piccoli lotti.

Un metodo potenziale, idoneo a questo scopo, potrebbe essere la produzione additiva AM (Additive Manufacturing), conosciuta anche come stampaggio tridimensionale 3D, sviluppato a metà degli anni 80 per produrre articoli personalizzati con polimeri, ceramiche e metalli.

La produzione additiva è un processo sequenziale, controllato da computer, che consiste nell’unire materiali, strato dopo strato, per realizzare vari oggetti tridimensionali. La sua capacità di produrre strutture complesse con proprietà fisiche ottimizzate, con meno materiale di scarto e senza necessità di strumenti specializzati, ha attirato grande attenzione da parte di molti ricercatori in diversi campi, trovando applicazioni nell’industria aerospaziale, dell’auto e in architettura.

Spiegato brevemente il processo DIW (Direct Ink Writing), chiamato anche DP (Direct Print), vengono esposte le limitazioni della gomma per applicazioni di produzione additiva, poiché non esiste nessuna soluzione tecnica in grado di resistere alla vulcanizzazione.

In anni recenti si è riusciti ad utilizzare lattice di gomma naturale con stampanti ink jet (a getto d’inchiostro), che però presentano parecchi inconvenienti tra cui, in particolare, intasamento dell’ugello e agglomerazione, risultati questi degli sforzi per controllare la viscosità del materiale. Sono stati fatti anche tentativi con lattice di gomma sintetica e fotopolimerizzazione, ma gli esperimenti più promettenti si sono realizzati con miscele di differenti rapporti di gomma sintetica e lattice di gomma naturale. In questo articolo si è scelta una miscela di lattici SBR e BR come matrice per il materiale ad alto contenuto solido. Le prove sono condotte su SBR e BR di Kuraray, a cui si aggiungono silice e additivi per la vulcanizzazione a zolfo, condotta a temperature di 140 e 160 °C per 20 minuti, e vengono illustrati, con l’ausilio di fotografie, il sistema pneumatico di erogazione del liquido e l’apparecchiatura completa di stampaggio.

Naturalmente la parte più interessante dell’articolo è quella relativa ai risultati ottenuti, che comprende le prove reologiche, la prova di stampabilità dei liquidi compositi e le prove tensili dei campioni stampati, l’analisi dell’accuratezza dimensionale e la dimostrazione delle tre strutture 3D stampate. Più dei grafici a corredo dell’esposizione risultano interessanti le fotografie delle strutture fabbricate con il metodo Direct Print, giusto per rendersi conto del risultato finale.

Citato l’inconveniente dei vuoti d’aria, che si possono formare durante il processo, l’articolo ipotizza addirittura, previsione per ora azzardata, che si possa riuscire ad utilizzare la tecnica 3D di stampaggio diretto per la produzione di pneumatici.

PROVE E MISURAZIONI

MECCANISMO DI OSSIDAZIONE IN MESCOLE DI GOMMA NATURALE A TEMPERATURE AMBIENTE

E. R. Terrill, R. Meser, B. Palmer, Akron Rubber Development Laboratory, Akron, Ohio (USA) - RUBBER&TIRE, ottobre/novembre 2022, pag. 17-23

L’argomento trattato è, banalmente, la degradazione della gomma (in questo caso gomma naturale CV-60 con due formulazioni, una senza ed una con carbon black) causata da ossidazione.

Sono state usate diverse tecniche per studiare il meccanismo di ossidazione della gomma naturale e l’introduzione dello studio evidenzia tre situazioni: la distribuzione dei vari legami zolfo si mostra diversa a seconda delle temperature di invecchiamento, riferite a prove condotte su mescole di gomma naturale per pneumatici secondo il metodo Campbell e Seville per determinare la distribuzione dei legami; nella mescola esaminata esiste evidenza di cambiamento nella pendenza della curva di Arrhenius, che indica un possibile cambiamento nel meccanismo di ossidazione intorno ai 50 °C, il che suggerisce che l’ossidazione consista soprattutto nella formazione di idroperossido sotto i 45 °C e di radicali liberi al di sopra di questo valore; la densità di reticolazione e la distribuzione dei legami di una mescola di gomma naturale per pneumatico, dopo invecchiamento in forno a 60 °C e in esercizio a 23 °C, mostrano nuovi legami monosolfurici nel primo caso e perlopiù polisolfurici nel secondo caso.

Partendo dall’ipotesi che esista un cambiamento nel meccanismo di ossidazione fra i 25 e i 65 °C, lo studio utilizza la tecnica della prova di distribuzione dei legami per rilevarlo, in rapporto a temperature di servizio basse e a temperature elevate di invecchiamento accelerato.

Vengono così eseguite le previste prove di densità e distribuzione dei legami, tensili e di analisi dinamo-meccanica, che mostrano i seguenti risultati: la struttura chimica dei legami, formati dall’ossidazione al di sotto dei 40 °C, è ritenuta di tipo polisolfurico, ma il legame è piuttosto perossido o solfossido; la struttura chimica dei legami fra i 40 e i 60 °C mostra una combinazione di due tipi di strutture; la struttura chimica prevalente dei legami sopra i 60 °C è probabilmente carbonio-carbonio; le tecniche, basate su proprietà tensili e DMA, non sono in grado di rilevare un cambiamento nel meccanismo di ossidazione; le strutture chimiche dei legami sono diverse con la temperatura ma mostrano le stesse proprietà.

In definitiva lo studio, sia pur apprezzabile, non dà risposte sicure e sarà forse più interessante il futuro lavoro, pia- nificato per esaminare l’effetto degli antiossidanti sul meccanismo di ossidazione.

ELASTOMERI E LAVORAZIONE PREPARAZIONE DI MISCELE TERMOPLASTICHE DI GOMMA NATURALE A BASE POLIPROPILENE E GOMMA NATURALE SCREMATA: DETERMINAZIONE DELLE CONDIZIONI DI PROCESSO.

D.S. Wijevardone, M.A.S.R. Senevirathna, Uva Wellassa University, Badulla, Uva Province (Sri Lanka), Y.C.Y. Sadusingha, D. Edirisinghe, S. Siriwardena, Rubber Research Institute of Sri Lanka, Dartonfield, Agalawatta (Sri Lanka) - RUBBER&TIRE, ottobre/novembre 2022, pag. 25-29

La produzione di lattice centrifugato in Sri Lanka costituisce il 25% della produzione di gomma del paese. Durante la centrifugazione il lattice concentrato, con contenuto di gomma secca del 60 %, viene separato come lattice centrifugato, mentre la quantità del 5-10% di gomma disponibile nel lattice viene rimossa come frazione diluita, che contiene il 3-5% di gomma secca e grande quantità di altre sostanze. Questa frazione di lattice è conosciuta come skim latex (lattice scremato) e la gomma, estratta dalla sua coagulazione acida, è chiamata SRN (Skim Natural Rubber). L’SRN è il principale sottoprodotto dell’industria di centrifugazione del lattice di gomma naturale ed ha una composizione variabile, con il 70-85% di cis-poliisoprene, il 10-20% di proteine, il 5-10% di sostanza grassa e minori quantità di ioni metallici.

È logico che l’SNR, a causa della sua composizione, sia di qualità inferiore rispetto alla gomma naturale e abbia il prezzo più basso di tutti i gradi di gomma naturale, a dispetto delle sue caratteristiche positive di basso contenuto di sporcizia e colore chiaro. Ci sono stati molti tentativi di valorizzare l’SNR in miscela con gomma naturale, tutti senza successo, mentre qualcosa è stato fatto in merito a miscelazione con polietilene: questo studio si focalizza sulla selezione di idonee condizioni di miscelazione per la preparazione di miscele SNR/ PP (polipropilene).

Per le prove si utilizzano polipropilene copolimero P640J, gomma naturale standard grado SLR20 ed SNR, con formulazione per vulcanizzazione a zolfo, e una volta caratterizzate le materie prime e de- terminate le condizioni di processo si formulano tre miscele SLR/PP ed altrettante SNR/PP, nelle proporzioni gomma/PP di 70/30, 50/50 e 30/70. Vengono poi selezionate per il mescolatore interno le temperature di 190, 200 e 210 °C e le velocità del rotore di 60, 70 e 80 rpm.

Dalle prove di caratterizzazione effettuate risulta che l’SNR può essere miscelata con polipropilene per ottenere un materiale termoplastico con proprietà fisico-meccaniche idonee per un utilizzo industriale.

Le condizioni migliori per la produzione della miscela sono temperatura di processo a 200 °C, velocità del rotore di 70 rpm e ciclo del mescolatore di 15 minuti per le miscele non vulcanizzate e di 17-18 minuti per le miscele vulcanizzate dinamicamente. Delle tre miscele PP/SNR esaminate, la 70/30 e la 50/50 manifestano processabilità a lungo termine, mentre la 30/70 mostra una tendenza alla degradazione.

Prove E Misurazioni

PRINCIPI DELLE PROVE TENSILI: FONDAMENTI, METODI E SFIDE

J.M. Clinton, The L.S. Starret Company, Athol, Massachusetts (USA) - RUBBERWORLD, gennaio 2023, pag. 16-19

Si tratta di un articolo utile per rispolverare e aggiornare i rudimenti delle prove tensili per chi opera da tempo nel settore della gomma, essenziale per chi invece incomincia ad occuparsi di gomma e deve imparare a conoscerla. Le prove tensili costituiscono probabilmente il metodo più comune per testare il materiale e misurare la forza, ossia per determinare il comportamento meccanico sotto carico statico e assiale. Il metodo per materiale e forza è simile ma i risultati sono diversi: una prova tensile è condotta per determinare le proprietà tensili di un materiale o di un componente, mentre la prova di deformazione di un campione serve per caratterizzare la sua duttilità o fragilità, così come importanti caratteristiche come il carico di rottura, lo sforzo di snervamento, il limite elastico etc.

Dopo avere spiegato, in due brevi paragrafi, in cosa consistono le prove su di un materiale, compresi metodi e misurazioni, e le prove di misurazione della forza, l’articolo illustra le apparecchiature per le prove e riporta i risultati e le misurazioni normali delle prove tensili, di cui raccomandiamo la lettura accurata a chi non ne ha alcuna o scarsa conoscenza e che potrà così rendersi pienamente conto di termini forse poco usuali, come plasticità, resilienza, isteresi etc. Interessante è anche il paragrafo dedicato alle sfide delle prove tensili, che parla degli errori che si possono commettere durante la loro esecuzione, errori dovuti solitamente a imprecisione e/o disattenzione, atteggiamenti che si dovrebbero assolutamente evitare, dal momento che le prove servono a determinare l’idoneità di un materiale per l’uso previsto e la sua prestazione nel tempo.

PROVE E MISURAZIONI

RECENTI PROGRESSI NEI METODI DI PROVA PER IL RILASSAMENTO DEL COMPRESSION SET

G. Hold, D. Meracher, Wallace Instruments, Dorking, Suurrey (England)UK),M. Ramini, Italian Gasket, Paratico BS (Italia), M. Scacchi, Alfa Technologies, Milano (Italia) RUBBERWORLD, gennaio 2023, pag. 24-26

Misurare il rilassamento dopo sforzo di una gomma, sottoposta a compressione, è una prova chiave per valutare il comportamento di tenuta e la durata delle prestazioni di qualunque tipo di guarnizioni, usate spesso in applicazioni critiche di sicurezza e in severe condizioni ambientali. È quindi comprensibile che la prova di rilassamento dallo sforzo di compressione CSR sia sempre di più aggiunta alle norme di durata di un articolo, usato nell’industria aerospaziale, dell’auto e delle costruzioni, oltre a sostenere l’enfasi attuale sui requisiti di sostenibilità per nuovi materiali più duraturi per articoli ad alte prestazioni. L’apparecchiatura Wallace Compression Set Relaxometer C11, grazie alle sue caratteristiche superiori ai metodi di prova CSR tradizionali, assicura una precisa valutazione della potenziale prestazione di tenuta di un materiale. L’articolo spiega innanzitutto in che cosa consiste il rilassamento dallo sforzo di compressione e successivamente illustra il funzionamento del rilassamento in generale e del modello C11 in particolare. Vengono poi mostrate struttura e caratteristiche di due diversi sistemi di compressione, Shawbury-Wallace e Wykeham-Farrance, per finire con il software impiegato, che può essere programmato per calcolare automaticamente i risultati, con i dati esportabili in Excel per ulteriori analisi.

MONDOGOMMA

di A.L. Spelta