Sistema di dosaggio multifunzionale aiuta a collegare fibre naturali e plastica

Unità di dosaggio e miscelazione sincrona gravimetrica della serie Graviplus con quattro moduli di dosaggio Labline; un modulo di dosaggio può essere automaticamente rifornito con un'unità di trasporto Metro, mentre gli altri tre devono essere riempiti manualmente. (Immagine: motan-colortronic)

Il sistema di dosaggio modulare può essere facilmente adattato a diverse esigenze di dosaggio senza grandi sforzi, grazie a vari moduli di dosaggio per granuli, microgranuli, polveri e materiali di macinazione, nonché per fluidi. (Immagine: Motan-Colortronic) / Il sistema di dosaggio modulare viene fornito con quattro diversi moduli di dosaggio e può essere rapidamente e facilmente adattato per alimentare granuli, microgranuli, polveri, materiali di macinazione e liquidi, e per vari compiti di dosaggio. (Immagine: motan-colortronic)

Il sistema di dosaggio è controllato dall'unità di controllo Gravinet GP, che viene gestita tramite un menu visualizzato su uno schermo touch TFT da 12,1". (Immagine: motan-colortronic)

Per lo sviluppo di processi innovativi rispettosi del clima e delle risorse, e di materiali per l'industria automobilistica, l'edilizia del legno e dei mobili, nonché numerose altre applicazioni, presso l'Università di Rosenheim è stata installata un'impianto unica a livello nazionale con carattere pilota. L'obiettivo del progetto di investimento è quello di combinare i vantaggi delle fibre naturali e del legno con quelli delle plastiche, al fine di sviluppare prodotti innovativi tecnologicamente avanzati a partire da compositi di fibre naturali e plastica, nonché tecnologie di produzione adatte.

„MUNACU“ – una collaborazione di ricerca interfacoltà

Il punto di partenza per il progetto di collaborazione interfacoltà „MUNACU – Compositi di fibre naturali e plastica multifunzionali“ è stato un avviso del Ministero federale dell'istruzione e della ricerca (BMBF). Secondo quanto indicato, il BMBF sostiene le università di scienze applicate nell'ambito della misura di finanziamento „FHInvest“, che mira a potenziare il profilo di ricerca o un focus di ricerca attraverso progetti di investimento per la fornitura e l'applicazione di attrezzature di ricerca.

"La nostra idea di partenza era di collegare la lavorazione tradizionale del legno con la comprovata ed efficiente „tecnica one-shot“ di stampaggio ad iniezione", spiega Peter Karlinger, professore presso l'Università di Rosenheim, descrivendo l'evoluzione del progetto. Karlinger si occupa tra l'altro del settore dello stampaggio ad iniezione e ricerca nelle aree della tecnologia di processo nello stampaggio ad iniezione, del lightweight design e della tecnologia di camere bianche. Insieme ai suoi colleghi Dr.-Ing. Michael Schemme, specializzato in materiali compositi a fibre, e Dr. Andreas Michanickl del dipartimento di tecnologia del legno e edilizia, ha ideato il progetto „Design multifunzionale di leggeri con materie prime naturali o materiali, in particolare con fibre rinnovabili.“

Configurazione olistica dell'impianto

Nella configurazione dell'impianto, i ricercatori hanno seguito un approccio olistico – che corrisponde anche al tema principale „Dalla materia prima alle fibre al componente“. Di conseguenza, l'impianto pilota è piuttosto complesso, composto da diverse componenti in vari settori:

- Impianto di raffinazione in laboratorio per la tecnologia dei materiali a base di legno, per la produzione di fibre definite da materie prime naturali
- Compounding machine DCIM per stampaggio ad iniezione nel centro di tecnologia delle materie plastiche
- Stazione di dosaggio gravimetrico sincronizzato e di miscelazione con quattro moduli di dosaggio per l'alimentazione del compounding machine
- Unità di chiusura verticale che può essere utilizzata anche come pressa di preformatura
- Add-on di stampaggio ad iniezione (bolt-on)
- Compounding machine IMC con dosaggio gravimetrico continuo
- Robot a 6 assi, utensili di prova e dispositivi di controllo

Preparazione e lavorazione dei materiali con tecnologia DCIM

Nel processo di stampaggio ad iniezione con compounding diretto (DCIM), la preparazione delle materie prime e la successiva formatura avvengono in un'unica fase di produzione.

A tal fine, un estrusore di compounding con vite a passo singolo lavora continuamente con un'unità di plastificazione e iniezione standard. In cima all'estrusore è presente una valvola di commutazione che regola l'alimentazione del materiale all'unità di plastificazione e iniezione. Non è necessario un serbatoio di fusione; inoltre, il processo di stampaggio ad iniezione stesso rimane invariato.

La lavorazione diretta in una camera calda offre vantaggi sia tecnici che economici. Tra questi, una migliore qualità del materiale grazie a una minore sollecitazione termica e meccanica (ridotta tensione da taglio) del materiale stesso. È inoltre possibile inserire fibre più lunghe e distribuirle omogeneamente in modo delicato, aspetto importante nella lavorazione di fibre naturali. Eliminando il passaggio intermedio di semilavorati, si ottengono risparmi di costi ed energia. La tecnologia DCIM è uno sviluppo congiunto di KraussMaffei, Motan-Colortronic e il sviluppatore di compounding Exipnos.

Dosaggio a 4 linee di laboratorio – precisione nel dosaggio dei componenti

Il rifornimento di materiale dell'estrusore di compounding avviene tramite un'unità di dosaggio gravimetrico sincronizzato della serie Graviplus di Motan-Colortronic, Friedrichsdorf. Il sistema di dosaggio è equipaggiato con quattro moduli di dosaggio Labline. Mentre un modulo di dosaggio può essere automaticamente riempito con un sistema di trasporto Metro, gli altri tre devono essere riempiti manualmente. Per l'equipaggiamento di base sono stati scelti screw di dosaggio per diverse caratteristiche di granulometria (libero, moderato e fluido). Un sistema di dosaggio è dotato di un modulo a doppio vite.

Il sistema di dosaggio modulare può essere adattato rapidamente e senza sforzo alle diverse esigenze di dosaggio, rendendolo ideale per le attività di ricerca pianificate. Sono disponibili opzionalmente vari moduli di dosaggio per granuli, microgranuli, polveri e materiali tritati, nonché per liquidi. Per materiali difficili o non sfiorabili, il "set di dosaggio" include moduli con doppie viti e coclee.

Il Graviplus funziona secondo il principio di pesatura differenziale, noto anche come "loss-in-weight". Rispetto a un sistema di dosaggio a batch, questa tecnica offre una precisione di dosaggio significativamente superiore, come dimostrato da test di dosaggio in un progetto precedente. Questo aspetto è particolarmente importante per materiali difficili da dosare. Inoltre, grazie alla dosatura diretta nel compounding extruder, si evitano quasi del tutto disomogeneità. Oltre alla necessaria precisione di dosaggio, questo è stato un altro motivo a favore di un sistema di dosaggio gravimetrico continuo.

In fase di funzionamento, il sistema confronta il flusso reale con quello impostato, riconoscendo immediatamente eventuali deviazioni. Le deviazioni vengono compensate tramite la regolazione della velocità delle unità di dosaggio. L'estrazione del materiale avviene in modo continuo e sincronizzato nei contenitori di raccolta. Da lì, la miscela omogenea viene trasferita all'alimentazione del compounding extruder. Con questa modalità, non si teme la disomogeneità.

Poiché il flusso di materiale viene monitorato e regolato continuamente in base al peso, le variazioni di peso del silo, le variazioni di dimensione delle particelle o il comportamento di flusso variabile hanno quasi nessun impatto sulla precisione di dosaggio. Questo aspetto è particolarmente importante nelle prossime ricerche a Rosenheim, poiché il dosaggio e il trasporto di fibre naturali rappresentano una grande sfida.

Il sistema di dosaggio è controllato tramite il sistema Gravinet GP, che viene gestito tramite un'interfaccia menu su uno schermo TFT touch da 12,1". Il sistema visualizza messaggi e allarmi in modo chiaro.

"Oltre alla elevata precisione di dosaggio e alla riproducibilità dei risultati, la semplicità di utilizzo del sistema era una richiesta fondamentale. Con pochi semplici gesti possiamo variare la configurazione dell'esperimento e cambiare materiale", spiega Karlinger in modo complementare.

Punti di ricerca pianificati

Con la tecnologia di impianto ora disponibile, esperti di legno e plastica hanno a disposizione un ampio spettro di possibilità per studi materiali e di processo. Al centro dell'attenzione vi sono la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali e tecniche di leggera costruzione, per produrre componenti con fibre naturali in modo rispettoso delle risorse, economico e versatile. In combinazione con il compounding ad iniezione IMC – anch'esso dotato di un sistema di dosaggio gravimetrico continuo di Motan-Colortronic – sono previsti studi comparativi tra DCIM e l'estrusore a doppio vite tradizionale a ciclo continuo.