LA TECNOLOGIA DELLA GOMMA
Le materie prime,
la fabbricazione della gomma,
la calandratura, la trafilatura,
la vulcanizzazione,
le lavorazioni minori.
LA GOMMA NATURALE
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La “gomma” è un elastomero naturale (isoprene) ed è
costituito da lunghe catene che ripetono un idrocarburo
base, composto da 5 atomi di carbonio e 8 di idrogeno.
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La fondamentale proprietà della gomma è l’elasticità, ed
è determinata dalla disposizione intrecciata delle catene
che la costituiscono. Se sottoposte a trazione, tali fibre,
per un ampio campo di valori della forzante, si
distendono senza scorrimenti relativi, e quindi senza che
si generino delle deformazioni permanenti.
IL PROCESSO DI PRODUZIONE
DELLA GOMMA
Materie Prime
Dosatura
Plastificazione
Confezione della
mescola
Magazzino
Mescola
Lavorazione della
mescola
Magazzino PF
LE MATERIE PRIME
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Elastomeri (naturali o sintetici).
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Agenti peptizzanti: impediscono che si riformino le catene di
elastomeri che, per facilitare l’assorbimento degli ingredienti della
ricetta, erano state spezzate per mezzo di una forte azione
meccanica nella fase di plastificazione.
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Agenti vulcanizzanti: si avrà modo in seguito di descrivere
compiutamente il processo di vulcanizzazione. L’ingrediente
principale è lo zolfo giallo, o altri composti che lo contengano.
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Agenti acceleranti: sono dei catalizzatori introdotti per ridurre il
tempo di vulcanizzazione, migliorando la produttività dei
macchinari.
LE MATERIE PRIME
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Le cariche: sono delle sostanze aggiunte per migliorare
alcune proprietà fisiche del materiale prodotto. Vengono
usualmente stoccate in silos:
– cariche rinforzanti: servono a ridurre la sgretolabilità del
materiale e ad aumentarne il carico di rottura. Esse si
dividono in nere (la principale è il nerofumo, sottoprodotto
della combustione del petrolio e dei gas naturali), e non nere
(ossido di zinco, carbonato di calcio e di magnesio, ecc.);
– cariche diluenti: servono a ridurre la densità del materiale,
notevolmente alterata dall’aggiunta delle cariche rinforzanti,
senza però ridurne le caratteristiche di resistenza; le principali
sono: caolino, carbonato di calcio non attivato, talco, ecc.
LE MATERIE PRIME
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Plastificanti: sono utilizzati per facilitare la plastificazione e per
restituire flessibilità al prodotto vulcanizzato; i principali sono
acido stearico, acido oleico e diverse resine vegetali.
Agenti protettivi: servono a prevenire l’ossidazione del prodotto
finito ed il deterioramento dovuto all’attacco di agenti chimici ed
atmosferici.
Additivi speciali: servono a conferire caratteristiche morfologiche
speciali al materiale:
–
–
–
–
–
rigonfianti;
abrasivi;
coloranti;
antiappiccicanti;
...
LA DOSATURA
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Il primo passo nel processo di confezionamento della
mescola è la dosatura degli ingredienti che andranno a
costituire la gomma, secondo una “ricetta” nota al
produttore.
Di norma, la dosatura è effettuata in modo semiautomatico:
– il polimero base (naturale o sintetico), le polveri e gli additivi
solidi sono dosati manualmente, ma su bilance collegate al
sistema informativo, così da poter controllare in tempo reale la
composizione risultante e il rispetto dei dosaggi;
– gli oli e gli additivi liquidi sono pompati in automatico dai
silos di stoccaggio direttamente ai mescolatori.
LA PLASTIFICAZIONE
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La gomma, naturale o sintetica, è prodotta in balle che a
temperatura ambiente risultano molto rigide.
La fase di plastificazione ha lo scopo di ammorbidire gli
elastomeri da lavorare perché possano esservi aggiunti
tutti gli ingredienti che comporranno la mescola finale.
Le principali soluzioni impiantistiche a cui si fa ricorso
per plastificare gli elastomeri base sono le seguenti:
– mescolatori chiusi (Bambury);
– mescolatori aperti;
– plastificatori a vite.
I MESCOLATORI CHIUSI
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Il mescolatore chiuso (Bambury) è una
potente macchina con 2 cilindri
irregolari racchiusi in una camera. In
essa viene introdotto il materiale da
plastificare che, grazie all’attrito con i
cilindri e le pareti della camera, si
riscalda fino a temperature superiori ai
140° C.
Il mescolatore chiuso è sempre posto
vicino ad un mescolatore aperto, che
completa il processo in esso iniziato. La
potenzialità produttiva è molto
variabile, e può raggiungere 1500
Kg/ora, con lotti unitari che possono
variare da 100 a 400 Kg.
I MESCOLATORI APERTI
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Il mescolatore aperto è costituito
da due grandi cilindri
controrotanti (lunghezza max. 220
cm, diametro max. 75 cm) a
superficie liscia, nel quale viene
introdotto il carico
precedentemente lavorato nel
mescolatore chiuso.
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La mescola si trasforma in un foglio, continuamente
ripassato nel mescolatore fino al raggiungimento delle
condizioni volute. Per questo motivo non esiste una sua
potenzialità produttiva standard, ma dipende dai tempi
richiesti dalla specifica mescola lavorata; solitamente esso
di rivela il collo di bottiglia di un impianto.
I PLASTIFICATORI A VITE
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I plastificatori a vite sono macchine in cui, per mezzo di una vite
senza fine (diametro max. 1 m), si comprimono gli elastomeri
base in un cilindro. Il calore generato dall’attrito con le pareti del
cilindro e con la matrice di uscita riscalda e modella la gomma,
plastificandola come richiesto.
Questa macchine, meno ingombranti rispetto ai mescolatori, non
trovano larga diffusione e vengono usate solo in quei casi in cui
si renda necessaria una preventiva plastificazione delle mescole già
prodotte prima di particolari lavorazioni, come la spalmatura o la
trafilatura.
PARAMETRI TECNOLOGICI DEI
MESCOLATORI
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Il parametro fondamentale del processo di plastificazione è la
temperatura a cui esso viene realizzato (trend crescente plasticità –
temperatura per temperature superiori ai 100° C).
La temperatura di plastificazione dipende essenzialmente dal
rapporto di frizione, definito come:
Velocità
cilindro
superiore
Rapporto di frizione 
Velocità cilindro inferiore
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Un ulteriore parametro distintivo tra i due tipi di mescolatori è il
range di temperature di esercizio, più basso sull’aperto in virtù
degli scambi termici con l’aria. In questo modo esso richiede più
tempo, ma evita il rischio di “scottare” la gomma in lavorazione,
cosa che potrebbe accadere nel mescolatore chiuso.
ATTREZZATURE AUSILIARIE NEI
MESCOLATORI
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Grembiule, che rimpiazza il cassone del mescolatore e consiste in
un nastro che corre sotto l’apertura del mescolatore e raggiunge la
sommità del cilindro posteriore; il naastro riconduce al
mescolatore polveri e altri materiali che cadono attraverso il
traferro.
Rialimentatore: apparecchiatura per la mescolazione meccanica
della gomma che evita l’intervento dell’operatore.
Coltelli, montati sul cilindro per tagliare strisce con cui
alimentare altre apparecchiature o più semplicemente per
facilitare la rimozione della gomma dal mescolatore.
Raschiatori con lama, per asportare mescole molli.
LA CONFEZIONE DELLA MESCOLA
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Il processo di confezione della mescola avviene in rapida sequenza
rispetto al processo di plastificazione, e viene svolto sugli stessi
impianti (in serie mescolatore chiuso e aperto).
A distanza di pochi secondi da quando le balle di gomma sono
state introdotte nel mescolatore e sono state plastificate, vengono
aggiunti secondo una sequenza predefinita gli ingredienti che
costituiranno la mescola.
I tempi, i rapporti di frizione e le temperature sono distintivi di
ogni mescola e costituiscono i parametri tecnologici del processo
di confezione.
LO STOCCAGGIO DELLA MESCOLA
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Usualmente dopo la fase di confezione, la mescola viene tagliata
in strisce e stoccata per qualche giorno, perché possano
uniformarsi le sue proprietà e possano affiorare eventuali difetti,
come scottature, efflorescenze di ingredienti non ben mescolati,
ecc.
LA CALANDRATURA
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La calandra è una macchina costituita da due o più cilindri lisci e
riscaldati; essa può essere utilizzata come un mescolatore di
precisione, anche se il suo scopo principale è quello di
trasformare le strisce grossolane che derivano della fase di
confezionamento in sottili fogli di gomma.
LA CALANDRATURA
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Così come nelle lavorazioni per deformazione plastica dei metalli,
anche nella lavorazione della gomma l’inflessione dei cilindri
pregiudica la qualità del prodotto. In basso è riportato lo schema
di una calandra modificata con cui si può risolvere questo
problema.
Calandra scarica
Calandra carica
LA TRAFILATURA
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La trafilatura consiste nel forzare del materiale caldo e
preventivamente plastificato in un tubo, che termina con una
matrice che conferisce al prodotto la forma voluta. I tipici
prodotti in gomma ottenuti per trafilatura sono tubi, camere
d’aria (in disuso), battistrada dei pneumatici...
LA SPALMATURA
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Viene utilizzata per la produzione di tessuti impermeabilizzati, e
consiste nella disposizione di un sottile strato di mescola (35
millesimi di mm) su di un tessuto.
Quindi si effettua una vulcanizzazione a freddo.
L’IMMERSIONE
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Alcuni prodotti in gomma sono ottenuti per immersione di un
modello in mescola liquida, con successiva solidificazione. Tipico
esempio è la produzione di guanti.
LA VULCANIZZAZIONE
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La gomma grezza non viene usata quasi mai in prodotti finiti (a
meno di alcune suole per scarpe), e questo perché:
– è appiccicosa;
– è sgretolabile (Carico a rottura: 17Kg/cm2);
– è fortemente sensibile al caldo e al freddo.
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Nel 1843 Goodyear scoprì che il trattamento della gomma ad
elevate temperature in presenza di zolfo eliminava tutte queste
criticità, inducendo moderate controindicazioni (es. aumento di
densità). Egli chiamò questo procedimento vulcanizzazione.
Come ulteriore vantaggio, la gomma vulcanizzata ha eccellenti
caratteristiche di elasticità, migliorando ulteriormente la sua
principale proprietà.
LA VULCANIZZAZIONE
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La vulcanizazzione può essere diretta o indiretta:
– diretta: in questo caso lo zolfo viene aggiunto direttamente nella fase di
lavorazione;
– indiretta: in questo caso lo zolfo si libera da elementi che lo contengono i
quali vengono aggiunti durante la lavorazione.
TECNICHE DI VULCANIZZAZIONE
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Un primo tipo di
vulcanizzazione è detta in
vapore libero. Questa
tipologia di vulcanizzazione
si usa per tubi, piccoli cavi,
camere d’aria ed altri
oggetti che non hanno
bisogno di un sostegno
come in uno stampo.
Ci si serve di apposite autoclavi in cui i prodotti, in presenza
di zolfo, vengono riscaldati secondo un preciso ciclo termico.
TECNICHE DI VULCANIZZAZIONE
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Di gran lunga più importante è la vulcanizzazione in stampo; le
condizioni di temperatura e pressione vengono create attraverso
presse idrauliche e riscaldando gli stampi.
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Le tecniche principali sono:
– stampaggio a compressione;
– stampaggio per trasferimento: particolarmente indicato per la produzione
di pezzi che contengano inserzioni in metallo;
– stampaggio ad iniezione, mutuato dalla produzione delle plastiche, ha
elevate caratteristiche di produttività.
TECNICHE DI VULCANIZZAZIONE
TECNICHE DI VULCANIZZAZIONE
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Gli stampi sono realizzati in acciaio, e nel loro progetto si deve
tener conto di tutte le problematiche (canali di bava,
sottosquadri, sovradimensionamento, angoli di sformo, ecc.) che
usualmente guidano il progetto di stampi per la deformazione
plastica dei metalli.
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Un caso particolare della vulcanizzazione in stampo è la
vulcanizzazione in stampi in autoclave, in cui più stampi sono
impilati e, pressati da un pistone, sono posti in un autoclave per
compiere il ciclo termico di vulcanizzazione. Questa tecnologia è
usata nella produzione dei pneumatici.
TECNICHE DI VULCANIZZAZIONE
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Un ultimo tipo di vulcanizzazione è quella a freddo, usata per
articoli ottenuti per immersione in mescola (es. guanti). I questo
caso la vulcanizzazione avviene per immersione in una soluzione
di monocloruro di zolfo, con grandi problemi di sicurezza a causa
dell’estrema pericolosità di questa sostanza.
LO PNEUMATICO
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Lo pneumatico moderno nacque nel 1888 ad opera di J. B.
Dunlop. Nonostante fosse un settore dotato di un enorme
potenziale, l’industria dello pneumatico non si affermò fino al
1913, quando venne standardizzata la tipologia di attacco al
cerchio.
LO PNEUMATICO
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Un moderno pneumatico è costituito da più di 75 componenti,
ma i sottoassiemi principali sono tre:
– il battistrada: è la parte a contatto con l’asfalto, ed è disegnato in funzione
della tipologia di prodotto; deve presentare ottime caratteristiche di
rigidità e di resistenza all’usura;
– la carcassa: è la struttura dello pneumatico, e deve presentare
caratteristiche di grande flessibilità e robustezza; nella sua parte a vista essa
ne costituisce i fianchi, ma ovviamente si estende anche sotto al
battistrada; è costituita da tessuti di tele rivestite di mescola;
– il tallone: è l’elemento che unisce lo pneumatico al cerchio, e deve avere
caratteristiche di grande tenacia poiché attraverso di esso si scambiano
tutte le forze di tenuta e di contatto; è costituito da cerchietti di acciaio
rivestiti di mescola, che sostengono anche i tessuti che costituiscono la
carcassa.
LO PNEUMATICO
LO PNEUMATICO
Preparazione
della mescola
per il battistrada
Preparazione
della mescola
per la carcassa
Preparazione
della mescola
per il tallone
Trafilatura del
battistrada
Rivestimento su
calandra del
tessuto del cord
Trafilatura dei
fili del tallone su
matrice a T
Posizionamento delle tele, dei
cerchietti, dei talloni e del battistrada
nello stampo vulcanizzatore
Vulcanizzazione in autoclave in
stampo
Apertura dello stampo, sbavatura e
controllo qualità
Stoccaggio