Reometria capillare di elastomeri termoplastici per la produzione di pneumatici: test di viscosità e rigonfiamento della filiera secondo ISO 11443

Gli elastomeri termoplastici sono materiali che hanno proprietà meccaniche simili a quelle della gomma termoindurente ma possono essere processati utilizzando metodi progettati per i termoplastici standard, come l'estrusione e lo stampaggio a iniezione. Inoltre, possono essere riciclati in modo molto più semplice ed efficiente. Un reometro capillare è uno strumento utile per determinare le caratteristiche di flusso degli elastomeri termoplastici. Oltre a determinare la curva viscosità vs. velocità di taglio, è spesso utile studiare le caratteristiche di rigonfiamento dell'estruso, e questo può essere fatto con un dispositivo laser aggiuntivo per la misurazione del rigonfiamento.

Un produttore di pneumatici interessato a studiare la propria mescola di elastomero termoplastico ci ha fornito una mescola di elastomero termoplastico costituita da un elastomero, nerofumo e additivi sotto forma di fogli piatti. Abbiamo testato questa mescola secondo ISO 11443 su un CEAST SR20, un reometro capillare a doppio cilindro (diametro del cilindro 15 mm) dotato di celle di carico da 20 kN. Il test è stato eseguito a una temperatura del cilindro di 100 °C. Abbiamo tagliato i fogli di elastomero termoplastico in piccoli pezzi per alimentare il cilindro in modo uniforme, abbiamo lasciato preriscaldare il materiale e lo abbiamo compattato con una forza di 2400 N. Abbiamo quindi sottoposto il materiale fuso a velocità di taglio comprese tra 1 e 2000 s⁻¹ attraverso una filiera capillare. Il test è stato configurato e controllato utilizzando il software CEASTVIEW (VISUALRHEO).

Tutti i campioni hanno mostrato un comportamento non newtoniano con viscosità che variava da 100.000 Pa·s a 1 s⁻¹ di velocità di taglio a 800 Pa·s a 1000 s⁻¹. Abbiamo osservato che 1000 s⁻¹ è una velocità di taglio critica per questa mescola, oltre la quale mantenere un plateau di pressione stabile è risultato piuttosto difficile. La correzione di Bagley è stata applicata per tutto il test. Nel complesso, il materiale ha mostrato una buona ripetibilità e riproducibilità dei risultati.

Il rigonfiamento della filiera — la tendenza di un materiale a espandersi all'uscita dalla filiera capillare — è una caratteristica particolarmente importante per le mescole di pneumatici, poiché un rigonfiamento eccessivo può influenzare la lavorazione a valle e la consistenza dimensionale dei profili estrusi. Abbiamo eseguito il test di rigonfiamento della filiera utilizzando il sistema laser CEAST per il rigonfiamento della filiera attraverso lo stesso intervallo di velocità di taglio. I risultati sono presentati nel grafico SQC insieme alla curva viscosità vs. velocità di taglio, dimostrando un comportamento di rigonfiamento della filiera coerente e confermando la ripetibilità dei risultati tra i campioni.