Materials formulation and process analysis for non-conformity mitigation in extruded uncoupling polyolefin-based membranes

The following work deals with a technical analysis, both in terms of materials formulation and process analysis, of extruded uncoupling polyolefin membranes with reference to two main non-conformity factors: lack of planarity (wrinkles) and straightness. These two factors are the most critical for the final product application and different are possible reasons behind the formation of such defects, from mechanical stresses developed on the molten material to a non uniform cooling phase. To provide a possible solution to these problems two different approaches were selected. The first one involved the analysis of the process to understand the most critical parameters capable of influencing the quality grade on the finished product roll. To this end extrusion process monitoring was carried out, over multiple production cycles and under different conditions. The second approach involved the development of new polymer compounds comprising mineral fillers in order to tailor the material's thermal behavior during cooling. The different hypotheses of non-conformity were investigated in order to identify the root cause, revealing the cooling phase as the critical process step. A statistical analysis on the collected data allowed to identify a correlation between raw materials, process parameters and quality grade of the final product. Such results allowed to identify possible process configurations for product quality improvements, in particular by a better control of the cooling step using different media such as water droplets and chilled air.

Il lavoro che segue riguarda l'analisi tecnica, sia in termini di formulazione dei materiali che di analisi di processo, di membrane desolidarizzanti estruse a base di poliolefine con riferimento a due principali fattori di non conformità: mancanza di planarità (wrinkles) e rettilineità. Questi due fattori sono i più critici per l'applicazione del prodotto finale e diverse sono le possibili ragioni alla base della formazione di tali difetti, dalle sollecitazioni meccaniche sviluppate sul materiale fuso ad una fase di raffreddamento non uniforme. Per fornire una possibile soluzione a questi problemi sono stati selezionati due diversi approcci. Il primo ha comportato l'analisi del processo per comprendere i parametri più critici in grado di influenzare il grado di qualità sul rotolo di prodotto finito. A tal fine è stato effettuato un monitoraggio del processo di estrusione, su più cicli di produzione e in condizioni diverse. Il secondo approccio ha comportato lo sviluppo di nuove miscele polimeriche contenenti cariche minerali per adattare il comportamento termico del materiale durante il raffreddamento. Le diverse ipotesi di non conformità sono state studiate per identificare la causa principale, rivelando la fase di raffreddamento come fase critica del processo. Un'analisi statistica sui dati raccolti ha permesso di identificare una correlazione tra materie prime, parametri di processo e qualità del prodotto finale. Tali risultati hanno permesso di identificare possibili configurazioni di processo per migliorare la qualità del prodotto, in particolare attraverso un migliore controllo della fase di raffreddamento utilizzando diversi mezzi come spruzzi d'acqua e aria refrigerata.