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Modelli predittivi di compattazione delle polveri

La compattazione delle polveri, una tecnica ampiamente utilizzata per la produzione di prodotti particellari di alta qualità, è di limitata utilità per materiali sensibili al calore come i polimeri. Una questione importante riguarda l’incompleta comprensione del comportamento termomeccanico di tali materiali durante la compattazione delle polveri.
Modelli predittivi di compattazione delle polveri
Le compattazioni mediante rullo o stampo sono processi di fabbricazione continua economicamente vantaggiosi, con bassa produzione di rifiuti. Tuttavia, l’accumulo di calore e la successiva degradazione dei materiali sensibili al calore limitano l’applicazione dei processi di compattazione in quanto alla fabbricazione di prodotti con elevato valore aggiunto.

I ricercatori finanziati dall’UE del progetto THERMOPC (Thermomechanical modelling of powder compaction) hanno lavorato per sviluppare innovativi modelli predittivi al fine di rappresentare il comportamento termomeccanico dei materiali sensibili al calore durante la compattazione delle polveri.

È stato sviluppato con successo un modello termomeccanico basato sul metodo agli elementi finiti per la compattazione di polveri tramite rullo e stampo. Successivamente, sono stati valutati stampi di tranciatura di varie forme.

I risultati hanno rivelato che la forma del punzone, la velocità di compressione e l’attrito relativo alla parete dello stampo influenzano significativamente il comportamento termomeccanico delle polveri durante la compattazione tramite stampo. I fattori chiave che devono essere controllati per ridurre la temperatura massima del materiale pressato includono l’attrito delle pareti dello stampo e la velocità di compressione. Questi risultati sono stati pubblicati in due articoli.

Per la compattazione mediante rullo, i ricercatori hanno studiato l’effetto della velocità del rullo sulla distribuzione della temperatura nel materiale. È stato scoperto che un aumento della velocità del rullo ha innalzato la temperatura del nastro anche nei minimi spazi, ma ha prodotto una diminuzione della densità.

Le polveri per formulazioni farmaceutiche possono subire una degradazione termica o modifiche di cristallinità durante la compattazione. Poiché la comprensione di tali risposte è fondamentale, il progetto THERMOPC si è concentrato sullo studio sperimentale del comportamento di diverse granulometrie di polveri di cellulosa microcristallina, durante la pastigliatura. I risultati dei test hanno fornito informazioni importanti sul modo in cui le variazioni di temperatura dipendono da proprietà del materiale, velocità di compressione e forma del materiale pressato.

Inizialmente, lo studio THERMOPC ha sviluppato modelli predittivi per determinare la risposta termica delle polveri, ai fini delle condizioni di processo durante la compattazione. Tali solidi modelli predittivi dovrebbero rivelarsi preziosi per lo sviluppo dei prodotti, in particolare per quanto riguarda i settori manifatturieri europei relativi ai prodotti particellari.

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Keywords

Compattazione di polveri, prodotti particellari, materiali sensibili al calore, termomeccanica, THERMOPC