Filter Test con pompa ad ingranaggi ed estrusore secondo norma DIN EN 13900-5

La macchina Filter Test con pompa ad ingranaggi ed estrusore permette di determinare la presenza di particelle sovradimensionate in un campione di resina termoplastica contenente una certa quantità di pigmenti, cariche, etc.
Il test consiste nel far passare il materiale in esame attraverso un pacco di filtri grossolani con inframmezzato un filtro molto più fine che designa il pacco (5μ, 10μ e 15μ). La testata contenente il filtro è munita di un sensore di pressione (P2), situato in prossimità del filtro (Fig.1), a monte di esso, che ha la funzione di rilevare eventuali incrementi di pressione.
Per una corretta interpretazione dei risultati è essenziale che la portata del materiale che fluisce attraverso il filtro sia costante.

La testata del filtro è quindi munita di una pompa ad ingranaggi, la cui pressione a monte è mantenuta costante a 50 bar, tramite sensore di pressione (P1), che tramite inverter regola la portata dell’estrusore.
La maglia del filtro prescelto determina l’arresto delle particelle aventi diametro superiore, che quindi non possono fluire attraverso il filtro e che vanno gradualmente ad ostruirlo provocando un incremento di pressione che verrà utilizzato, come vedremo in seguito, per determinare una soglia di accettazione del materiale.
La macchina viene usata in abbinamento ad un estrusore a singola vite. Per la maggior parte delle applicazioni l’estrusore è del tipo senza degasaggio (si usa un estrusore con dispositivo di ‘vent’ nel caso in cui durante il processo il polimero rilasci del gas. (*)

(*) Alcuni materiali plastici rilasciano gas quando riscaldati allo stato di fuso. Questi gas possono essere dei monomeri residui lasciati nella plastica, oppure materiali additivi a basso peso molecolare, oppure più comunemente vapor d’acqua. Alcuni materiali plastici, che vanno sotto il nome di igroscopici, assorbono umidità dall’atmosfera (PET, ABS, SAN, PBT, Nylon etc). E’ buona norma degassare in una stufa questi materiali prima di sottoporli al processo di lavorazione. Anche dopo degasamento, per i materiali igroscopici è consigliabile utilizzare un estrusore con degasaggio.

In Fig 2 si può vedere il particolare della testata filtro ed il suo spaccato. La pompa ad ingranaggi ha una velocità impostata a 20 rpm, velocità alla quale pompa 60 cm³/min (la velocità va mantenuta costante e si consiglia di aumentarla, fino ad un massimo di 50 rpm, solo durante il processo di pulitura).

Fig. 2 vista della testata filtro e suo spaccato

Condizioni di test

Conviene fissare alcune regole; per avere dati comparabili, per ogni tipo di materiale bisogna fissarne la quantità usata per il test ed il tipo di filtro utilizzato.

Quantità
se il Filter Test è utilizzato con un estrusore Labtech da 25mm, 30L/D, una quantità minima di resina di 0,5 Kg è sufficiente. In genere si consiglia un batch di 1 Kg

Filtro
Sono disponibile 3 tipi di pacco filtro:

1. Applicazione: Film generici, estrusione, moulding etc
   Dimensione delle maglie del filtro: 15μ
2. Applicazione: Film sottili, rivestimenti, monofilamento, etc
   Dimensione delle maglie del filtro: 10μ
3. Applicazione: Multi filamento, fibre, etc.
   Dimensione delle maglie del filtro: 5μ

Le applicazioni menzionate sono indicative; si consiglia di eseguire dei test tesi ad ottimizzare il tipo di filtro da utilizzare.

L’esempio seguente può aiutare a capire la procedura da seguire.
Supponiamo di voler stabilire una procedura di test per masterbatches di PE per film

1. decidere la quantità di pigmento per ogni tipo di masterbatch – per esempio 200g
2. stabilire la temperatura di test – per esempio 160°C (campioni a base di LDPE)
3. eseguire qualche test con i campioni più problematici, ovvero quelli che si sa contenere pigmenti o agglomerati fuori misura
4. supponiamo che uno di questi sia un rosso contenente il 40% di pigmento. Avendo deciso che i test verranno condotti con 200g di pigmento, bisognerà utilizzare 500g di masterbatch per il test.
5. Avendo fissato la quantità del batch in 1 kg , aggiungeremo ai 500g di masterbatch rosso una quantità pari a 500g di LDPE vergine
6. Si inizia il test usando il filtro più grossolano (15μ) e si osserva l’andamento della pressione. Se il suo incremento è inesistente o minimo, eseguire un secondo test con il filtro da 10μ e quindi con quello da 5μ se l’andamento della pressione non cambia. Se la pressione si stabilisce tra i 50 e 200 bar, possiamo considerare di aver stabilito le condizioni standard di test per i film masterbach.

Supponiamo di aver definito le seguenti condizioni finali di test:

• Pigmento: 200g
• Batch di test: 1000g
• Temperatura di test: 160°C
  Filtro: 10μ
• Massimo ΔP (incremento di pressione durante il test= Pfinale-Piniziale) = 150 bar

Oltre a riportare il valore di ΔP, è pratica comune specificare anche FV (valore di filtraggio, cioè massimo incremento di pressione per grammo di pigmento) con l’indicazione del filtro usato; quindi per l’esempio riportato sopra, avremo

FV10(max)= 150/200 bar/g
Quindi FV10(max) = 0,75 bar di incremento di pressione per ogni grammo di pigmento
Questo rappresenta il limite massimo per i miei masterbatch per film ed il servizio di Controllo qualità aziendale scarterà tutti i prodotti eccedenti questo valore.