Comprendere le origini delle instabilità di lavorazione dei polimeri
I polimeri hanno un ruolo essenziale e molto diffuso nella vita quotidiana. Non si potrebbe probabilmente immaginare una società moderna senza di essi, cosa notevole considerando che vengono utilizzati solo da alcuni decenni. Eppure, le irregolarità o i difetti che spesso si presentano sulla superficie dei prodotti polimerici come risultato delle instabilità del fuso li rendono commercialmente inaccettabili. Alle alte velocità di lavorazione dei polimeri, le instabilità nell'estrusione dei polimeri fusi si manifestano sotto forma di piccole distorsioni irregolari periodiche o gravi. Per aumentare la produzione, è necessario eliminare o prevenire le instabilità del fuso a velocità di lavorazione superiori. Era proprio questo lo scopo del progetto di ricerca 3PI finanziato dal Quinto programma quadro. I partner del progetto 3PI hanno condotto una serie estremamente elaborata e vasta di esperimenti usando estrusori prodotti appositamente e diverse geometrie. I risultati di diversi laboratori sono stati riuniti per stabilire i collegamenti tra il verificarsi delle instabilità di fusione, le condizioni di lavorazione e le caratteristiche reologiche dei materiali polimerici analizzati. Ad esempio, per caratterizzare le instabilità elastiche superficiali, le distorsioni da sollecitazione nel fuso polimerico sono state monitorate durante l'estrusione usando tecniche di birifrangenza indotte dal flusso. I dati raccolti sulle concentrazioni di sollecitazione sono stati usati per sviluppare una mappa di lavorazione che dimostra come modificando le proprietà di flusso di un fluido polimerico vicino alla testa piana è possibile sopprimere la struttura sharkskin. D'altro canto, la velocimetria Laser-Doppler (LDV) è stata usata per creare il profilo di velocità dei fluidi polimerici complessi sottoposti ad un flusso di taglio. A velocità di taglio oltre il regime di instabilità sharkskin, le fluttuazioni di pressione e velocità hanno portato a prodotti estrusi caratterizzati da regioni alternate ruvide e relativamente lisce. Le transizioni periodiche tra scivolamento debole e forte della parete capillare vengono considerate l'origine di questa instabilità chiamata stick-slip. I partner del progetto 3PI sperano che questi risultati sperimentali sui meccanismi di errore si traducano progressivamente in modelli numerici avanzati da usare nell'ottimizzazione delle condizioni di lavorazione dei polimeri.
