Nella produzione di prodotti in gomma, è fondamentale bilanciare attentamente temperatura, pressione e ottimizzare le specifiche dello stampo per massimizzare la qualità del prodotto mantenendo al contempo l’efficienza operativa. Infatti, questi fattori interagiscono tra loro in modo complesso, influenzando direttamente la velocità di vulcanizzazione, il rischio di degradazione del materiale, la longevità dello stampo e i costi di produzione. Di seguito andremo ad analizzare più in dettaglio alcuni punti chiave per una regolazione ottimale di questi parametri.
Gestione della temperatura
Temperature più elevate accelerano la vulcanizzazione favorendo una più rapida reticolazione dei polimeri di gomma. Tuttavia, il superamento degli intervalli ottimali aumenta il rischio di ossidazione sia per la mescola di gomma che per i componenti dello stampo, il che può trasformarsi nella causa potenziale di cricche premature o difetti superficiali. Per le mescole che richiedono una lavorazione a temperature superiori a 200 °C, gli stampi in acciaio per lavorazioni a caldo sono una scelta preferibile per ottenere una maggiore resistenza alle sollecitazioni termiche. Le parti in gomma più spesse richiedono, nella maggior parte dei casi, temperature leggermente più elevate (ma sempre entro i limiti di tolleranza chimica) per garantire una polimerizzazione uniforme.
Requisiti di pressione
La pressione media che uno stampo deve sopportare per lo stampaggio della gomma dipende, tra le altre cose, dal tipo di processo impiegato. Solitamente, nello stampaggio a compressione, la pressione può variare tra i 5 e i 25 MPa, mentre per lo stampaggio a iniezione i valori tendono a variare tra i 70 e i 140 MPa. Inoltre, le sezioni più spesse richiedono generalmente pressioni più elevate al fine di garantire il completo riempimento della cavità. È interessante notare come l’aumento della temperatura possa consentire una leggera riduzione della pressione, a causa della conseguente diminuzione della viscosità della gomma, anche se eventuali variazioni devono rimanere entro i limiti di stabilità termica del composto. Infatti, temperature o forze di taglio eccessive possono danneggiare la gomma, influendo negativamente sulla qualità complessiva del prodotto.
Ecco uno schema pratico che riassumere quanto detto sopra.
| Processo | Intervallo di pressione | Esempio di applicazione |
| Compressione | 5–25 MPa | Guarnizioni sottili, tenute (5–15 MPa) Pastiglie industriali spesse (15–25 MPa) |
| Iniezione | 70–140 MPa | Componenti automobilistici di precisione Parti complesse multicavità |
Va tenuto presente, tuttavia, che i parametri di pressione reali possono variare di caso in caso, a seconda del flusso effettivi del composto e delle forze di serraggio (le cosiddette clamping forces) applicate.
Specifiche del materiale dello stampo e trattamenti opzionali
La selezione del materiale è un altro aspetto molto importante da tenere in considerazione per ottimizzare il processo di stampaggio e dipende sia da requisiti termici che meccanici. Ecco un elenco di trattamenti opzionali da tenere a mente nel caso il processo di stampaggio richieda una resistenza dello stampo superiore alla media.
Acciaio +45HRC
Per temperature più elevate, è possibile prendere in considerazione l’uso di acciaio di tipo +45HRC, poiché lo stampo potrebbe dover resistere fino a 25 MPa.
Nitrurazione
La nitrurazione dell’acciaio è un processo di trattamento termico che prevede la diffusione di azoto sulla superficie del componente in acciaio. L’obiettivo è quello di indurire la superficie per renderla più resistente all’usura, lasciando il nucleo del materiale relativamente inalterato. Può essere considerata una tipologia di cementazione, ovvero un processo di tempra in cui viene indurito solo lo strato esterno del materiale, in modo tale da ottenere migliori proprietà superficiali come maggiore durezza, resistenza all’usura e maggiore resistenza alla corrosione senza dover incorrere nei costi di lavorazione di un intero blocco di acciaio +45HRC (ammesso che i parametri di pressione a cui lo stampo è verrà sottoposto consentano di optare per questa scelta).
Il processo di nitrurazione viene in genere eseguito a temperature relativamente basse, solitamente comprese tra 400 °C e 600 °C, il che contribuisce a ridurre al minimo la distorsione o la deformazione dei pezzi trattati rispetto ad altri trattamenti termici come la cementazione o la tempra. Durante il processo, dell’azoto viene introdotto sulla superficie dell’acciaio con vari metodi.
La nitrurazione della superficie dello stampo può essere una scelta auspicabile quando si ha a che fare con composti altamente abrasivi, come nel caso dei composti di gomma rinforzati con fibra di carbonio (ad esempio per applicazioni aerospaziali, automobilistiche, sportive ecc. critiche, in cui rigidità e resistenza sono requisiti qualitativi essenziali per l’articolo da stampare).
Cromatura
Per lo stampaggio di mescole particolarmente resistenti, un trattamento alternativo da prendere in considerazione per rendere la superficie dell’acciaio più resistente all’usura è la cromatura. Questa lavorazione superficiale, però, non è sempre applicabile poiché dipende dalla complessità dell’oggetto da stampare. Infatti, per ragioni meccaniche e funzionali, non è sempre possibile placcare con il cromo piccole nicchie o geometrie particolarmente intricate.
Nel caso in cui ti trovassi in difficoltà e non sapessi da dove iniziare, potresti tenere a mente il seguente schema di partenza per future considerazioni:
- Alto rischio di abrasione → Nitrurazione
- Temperature superiori a 200°C → Acciaio per lavorazioni a caldo
- Pressione superiore a 25 MPa → acciaio 45HRC + cromatura (se la geometria dell’articolo lo consente)
Ottimizzazione operativa
Vi sono poi tre ulteriori punti critici da tenere ben presente per migliorare i risultati:
- Regolazione specifica della mescola: a parità di composti chimici di base delle mescole, le formulazioni personalizzate offerte dai diversi fornitori potrebbero richiedere regolazioni dei parametri uniche in quanto spesso esse contengono additivi o componenti che possono alterare lievemente le proprietà del composto finale e quindi il suo comportamento reale durante lo stampaggio.
- Riduzione al minimo delle sbavature: configurare delle impostazioni ottimali di temperatura/pressione è fondamentale per ridurre la formazione di sbavature sulle linee di separazione, diminuendo così i tempi di post-elaborazione.
- Manutenzione dello stampo: la manutenzione regolare delle superfici dello stampo aiuta a prolungarne il ciclo di vita utile e a mantenere alta la qualità degli articoli stampati.
Considerazioni finali
I produttori si trovano sempre di fronte all’annosa questione di dover bilanciare queste considerazioni tecniche con i fattori economici: acciai di qualità superiore e trattamenti superficiali aumentano i costi iniziali, ma riducono i tassi di scarto e i tempi di fermo macchina a lungo termine. L’implementazione di processi di monitoraggio basato su sensori specifici aiuta a mantenere i parametri entro intervalli ideali, in particolare quando si lavora con componenti a spessore variabile o mescole che presentano formulazioni specifiche o customizzate.
Nel complesso, l’ottimizzazione del processo di produzione di prodotti in gomma richiede un approccio sistematico in modo da bilanciare temperatura, pressione e specifiche dello stampo in modo ottimale, mantenendo al contempo un buon rapporto costi-benefici.
Per riassumere, possiamo dire che temperature più elevate accelerano la vulcanizzazione, ma richiedono che lo stampo sia in grado di resistere al calore generato, il che può comportare il ricorso ad acciaio per lavorazioni a caldo o superfici nitrurate, a seconda del processo di stampaggio richiesto. Inoltre, gli intervalli di pressione possono variare significativamente a seconda del tipo di stampaggio: 5-25 MPa per lo stampaggio a compressione contro 70-140 MPa per lo stampaggio a iniezione (utilizzato spesso, per es., nei componenti automobilistici). Infine, vale la pena ricordare che, oggigiorno, le moderne tecniche di simulazione avanzata consentono di prevedere con precisione le proprietà meccaniche in diverse condizioni di polimerizzazione, riducendo i costi derivanti da errori e/o stampaggi di prova, quindi investire in tecnologia per semplificare il processo potrebbe rivelarsi una strategia vincente.
Qui sotto potete trovare una tabella riassuntiva della temperatura media di vulcanizzazione in base al tipo di mescola, oltre a un elenco non esaustivo delle applicazioni più comuni per ciascun tipo di gomma. Speriamo che vi possa tornare utile come punto di riferimento per la scelta della mescola di gomma migliore per il vostro prossimo progetto!
| Mescola | Proprietà | Applicazioni industriali | Media Vulcanizzazione Temperatura (°C) |
| Poliisoprene ( gomma naturale ) | Ottima elasticità, scarsa resistenza al calore e all’olio, eccellente resistenza alla flessione | Pneumatici, molle, ganasce, adesivi, supporti antivibranti | ~140–160 |
| Stirene-Butadiene (SBR) | Buona resistenza all’abrasione, scarsa resistenza all’olio, discreta resistenza al calore, proprietà di invecchiamento | Battistrada, adesivi, cinghie, tubi e tubazioni | ~140–160 |
| Polibutadiene (BR) | Elevata resilienza, scarsa resistenza al calore e all’olio, discreta resistenza alla flessione, proprietà di invecchiamento | Battistrada, nastri trasportatori, scarpe | ~140–160 |
| Gomma nitrilica (NBR) | Buona resistenza all’olio e al calore, discreta resistenza alla flessione | Tubi flessibili del carburante, guarnizioni, rulli, O-ring e guanti, guarnizioni idrauliche | ~150–170 |
| Gomma butilica (IIR) | Bassa permeabilità all’aria e ai gas, scarsa resistenza all’olio, resistenza al calore, all’ozono, ai prodotti chimici e all’invecchiamento | Rivestimenti per pneumatici, strisce per finestrini, camere d’aria, guarnizioni. Vapore tubi flessibili | ~160–180 |
| Gomma EPDM | Buona resistenza agli agenti atmosferici, ai prodotti chimici e all’ozono, scarsa resistenza all’olio | Guarnizioni flessibili, isolamento elettrico, acqua potabile, guarnizioni per elettrodomestici, guarnizioni e componenti per autoveicoli | ~150–170 |
| Neoprene ( policloroprene ) | Buona resistenza agli agenti atmosferici e all’olio, all’ozono, all’acqua e ai prodotti chimici | Tubi flessibili, cinghie, guarnizioni, O-ring | ~150–170 |
| Gomma siliconica | Eccellente resistenza al calore e flessibilità a basse temperature. Proprietà di isolamento elettrico. Resistenza ai raggi UV e all’ozono. | Guarnizioni, guarnizioni, impianti chirurgici, connettori elettrici e utensili da cucina, prodotti per bambini | ~180–200 |
| Fluoroelastomeri | Eccellente resistenza chimica e termica, bassa permeabilità ai gas. | O- ring, guarnizioni di tenuta statica e dinamica | ~180–200 |
