La produzione di fibre sintetiche rappresenta una quota rilevante – circa il 15% della produzione mondiale di polimeri – con applicazioni che spaziano dal tessile ai filati tecnici.
Nella filatura a fusione, più comunemente chiamata “fiber melt spinning”, il polimero viene fuso, dosato e trasformato in filamenti continui. In questa applicazione, il controllo accurato di pressione e temperatura è un fattore critico: minime variazioni influenzano la viscosità del fuso, la stabilità del processo e la qualità finale della fibra.
Esigenze:
Termoregolazione
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Misura della temperatura di melt
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Controllo della portata con pompa di melt
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Controllo della pressione nella fieira
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Tensione dell’avvolgitore
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Esigenza:
Termoregolazione
Un comportamento reologico stabile e la conseguente costanza dimensionale dell’estruso si ottengono grazie a una corretta termoregolazione.
È fondamentale garantire la stabilità termica in queste zone, affinché il sistema possa rispondere rapidamente alle variazioni di carico termico o di processo, evitando potenziali difetti (instabilità superficiali, variazioni di spessore o alterazioni nella qualità ottica del prodotto).
Soluzione:
La tecnologia Gefran per il controllo termico degli estrusori si basa su relè statici, regolatori PID e termocoppie:
- Ogni resistenza è gestita in anello chiuso tramite regolazione PID, integrata nel PLC o affidata a controllori dedicati come il 1850, che consente di mantenere la temperatura del melt entro ±0,5 °C dal setpoint, garantendo viscosità costante e assenza di difetti superficiali o dimensionali;
- Il relè statico GRP-H, compatto e con dissipatore integrato, assicura un controllo preciso della corrente fino a 120 A. La comunicazione IO-Link permette poi di ridurre le schede I/O, grazie alla gestione integrata di comandi, allarmi e corrente assorbita.
La soluzione è scalabile e compatibile con PID integrati nei PLC o su moduli remoti. Funzioni di memorizzazione delle ricette e storicizzazione dei trend supportano cambi produzione rapidi e miglioramento continuo della qualità.
Esigenza:
Misura della temperatura di melt
La temperatura reale del polimero fuso è un parametro critico nel processo di estrusione, in quanto influisce direttamente sulla viscosità del polimero e sulle sue caratteristiche finali, sia meccaniche che ottiche.
Misurare la temperatura a contatto diretto con il fuso, piuttosto che limitarla alla superficie del cilindro, consente di ottenere una rappresentazione più fedele delle condizioni reali del materiale offrendo un vantaggio significativo in termini di controllo reologico.
Soluzione:
Gefran propone i sensori di Melt TCM e TRM specificamente progettati con guaina protettiva in acciaio inox o altri materiali compatibili con il tipo di polimero (es. Hastelloy per polimeri corrosivi) per la misura diretta del fuso, con due tecnologie di termocoppia:
- Tipo K (NiCr-NiAl) sono le più diffuse per l’estrusione: operano fino a 850°C, offrono una risposta rapida e sono adatte per la maggior parte dei polimeri tecnici;
- Tipo J (Fe-CuNi) sono indicate per temperature leggermente inferiori (fino a 400°C) e per ambienti meno aggressivi.
I sensori TCM/TRM possono essere installati indipendentemente oppure integrati in combinazione con i sensori di pressione melt, in configurazione compatta, per ridurre lo spazio e semplificare il cablaggio.
Esigenza:
Controllo della portata con pompa di melt
Nella produzione di fibre è fondamentale avere una portata costante del melt alla fieira, indipendentemente dalle variazioni della pressione nella vite.
La pompa di melt agisce come elemento di stabilizzazione tra l’estrusore e la testa. La pompa è regolata tramite controllo ad anello chiuso, basato su letture di pressione a monte e a valle.
Soluzione:
Gefran impiega sensori di melt con riempimento al mercurio serie ME ad alta precisione ed attacco flangiato, per regolare la velocità della pompa e mantenere stabile la pressione e costante la portata del polimero fuso. I sensori di pressione Melt sono ideali per ambienti critici come gli impianti di filatura di fibre sintetiche:
- Stabilità termica anche a temperature sopra i 400 °C;
- Elevata accuratezza di misura per controlli dinamici e regolazioni ad alta precisione;
- Certificazione Atex e protocollo HART disponibili nella configurazione.
Esigenza:
Controllo della pressione nella fieira
Nella sezione di spinning, le dimensioni compatte delle teste e la presenza di micro-filamenti rendono il processo particolarmente sensibile.
È necessario controllare con precisione la pressione in ingresso e in uscita dalla pompa di spinning per garantire uniformità del filamento e prevenire rotture. L’installazione richiede sensori con ingombro ridotto e prestazioni elevate.
Soluzione:
I sensori di melt con riempimento al mercurio serie ME, con attacco al processo M10 e membrana compatta, sono progettati per l’installazione nelle teste di spinning, dove lo spazio è limitato e le temperature superano i 300 °C. In aggiunta la compatibilità con il protocollo HART e la certificazione Atex rendono il prodotto adattabile in diversi layout di impianto.
Caratteristiche principali:
- Design compatto per installazioni critiche;
- Elevata stabilità metrologica;
- Opzione con sensore di temperatura integrato;
Grazie a questa integrazione, i sensori ME garantiscono il controllo preciso richiesto nelle applicazioni di spinning ad alta qualità.
Esigenza:
Tensione dell’avvolgitore
Nella etapa finale della filatura, i filamenti solidificati vengono avvolti sui rulli tramite sistemi di winding che devono operare a velocità controllata e sincronizzata con il processo a monte. Un tensionamento non corretto può causare variazioni dimensionali del filo, instabilità dell’avvolgimento o rotture.
Il monitoraggio continuo della tensione consente di mantenere il corretto equilibrio tra velocità di tiro e resistenza meccanica del filamento, assicurando uniformità del prodotto e stabilità del processo anche ad alte velocità operative.
Soluzione:
Una o più sensori di forza TR installati sugli avvolgitori consentono la misura diretta e continua della forza di tiro del filamento, fornendo un riferimento affidabile per il controllo della tensione.
Caratteristiche principali:
- Funzione duale: misura accurata della forza di tensione e supporto meccanico delle parti rotanti;
- Segnale e comunicazione: i segnali analogici di forza vengono elaborati da amplificatori dedicati, con uscita stabile, linearizzata e filtrata, pronta per l’integrazione nel sistema di controllo;
- Controllo dinamico: il sistema consente la regolazione rapida della tensione tramite gli azionamenti motore, mantenendo condizioni di avvolgimento costanti.
Grazie a questa configurazione, le soluzioni Gefran permettono un controllo preciso e affidabile della tensione in avvolgimento, riducendo difetti di processo e garantendo la qualità del filamento finito.
Il Principio di Funzionamento:
Nel processo di melt spinning, il polimero (tipicamente PET, Nylon o Polipropilene) viene dosato e miscelato, alimentando l’estrusore all’interno del quale avviene la fusione ed omogenizzazione del materiale plastico. Una pompa di dosaggio garantisce una portata costante del fuso verso il sistema di filtrazione, eliminando impurità che potrebbero compromettere l’integrità dei filamenti.
Il materiale fuso viene quindi convogliato alle teste di spinning, dove attraversa la filiera (spinneret) composta da migliaia di micro-fori che definiscono numero, diametro e sezione dei filamenti.
All’uscita della filiera, i filamenti vengono raffreddati rapidamente (quenching) per solidificare la struttura polimerica e fissarne l’orientamento molecolare. Segue infine l’avvolgimento su winder, che completa il ciclo produttivo.
Esigenze e Tecnologia:
Il fiber melt spinning è un processo estremamente sensibile alle variazioni di pressione e temperatura. Scostamenti di pochi bar o di pochi gradi possono alterare la viscosità del polimero, generando instabilità del flusso, difetti del filamento o interruzioni di produzione.
Sensori di pressione e temperatura di Melt sono pertanto indispensabili per tenere sotto controllo il polimero in uscita dall’estrusore, nella pompa di Melt e nella etapa finale di spinning.
Le dimensioni compatte delle teste di spinning, le alte temperature di esercizio e la necessità di ripetibilità delle misure richiedono sensori affidabili, con deriva termica ridotta e ingombri meccanici contenuti.
Gefran risponde a queste esigenze offrendo soluzioni di misura specifiche per il controllo della pressione e della temperatura, anche nelle condizioni più critiche.