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Tecnologia Meccanica II Lavorazioni dei materiali polimerici.

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Presentazione sul tema: "Tecnologia Meccanica II Lavorazioni dei materiali polimerici."— Transcript della presentazione:

1 Tecnologia Meccanica II Lavorazioni dei materiali polimerici

2 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Caratteristiche dei processi di lavorazione delle plastiche Prof. Luigi Tricarico 2 ProcessoCaratteristiche Estrusione Pezzi lunghi, uniformi, pieni o cavi, con sezioni di forma semplice o complessa; ampia gamma di tolleranze dimensionali; elevati volumi produttivi; basso costo delle attrezzature Stampaggio a iniezione Forme complesse di diverse dimensioni e con elevato grado di dettaglio; buona accuratezza dimensionale; elevati volumi produttivi; elevato costo delle attrezzature Stampaggio di schiuma strutturale Parti di grande dimensioni con elevata rigidezza specifica; bassi volumi produttivi; attrezzature meno costose rispetto a quelle dello stampaggio a iniezione Stampaggio mediante soffiatura Parti cave di varie dimensioni e con pareti sottili; elevati volumi produttivi; bassi costi per la produzione di contenitori e alimenti per bevande Stampaggio rotazionale Forme cave relativamente semplici e di grandi dimensioni; bassi volumi produttivi; basso costo delle attrezzature TermoformaturaCavità di diversa profondità; volumi produttivi medi; basso costo delle attrezzature Stampaggio a compressione Parti simili a quelle ottenute per ricalcatura; volumi produttivi medi; attrezzature relativamente economiche Stampaggio a trasferimento Parti più complesse e con volumi produttivi più elevati rispetto a quelle ottenute con lo stampaggio a compressione; incidenza degli scarti non trascurabile; costo medio delle attrezzature ColataForme semplici o intricare, realizzate con stampi flessibili; bassi volumi produttivi

3 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Estrusione Prof. Luigi Tricarico 3 La vite provvede a miscelare e trasportare i granuli lungo il cilindro Tensioni di taglio, attrito interno e termoresistenze scaldano i granuli e li portano a fusione Lazione della vite aumenta la pressione nel cilindro Nella sezione di alimentazione il materiale è ancora in forma di granuli; nella sezione di fusione o di transizione si ha linizio del processo di fusione, nella sezione di trasporto si ha unulteriore azione di taglio e fusione, contemporaneamente ad un aumento di pressione allimboccatura della matrice Le lunghezze di queste sezioni possono esser modificate per adeguarsi alle caratteristiche di fusione specifiche del materiale Materiali termoplastici grezzi (granuli, polveri), sono versati nella tramoggia e introdotti nel cilindro dellestrusore. Il processo può essere utilizzato anche per elastomeri

4 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Meccanica dellestrusione dei polimeri Prof. Luigi Tricarico 4 La portata reale è di solito inferiore a causa dellelevata pressione presente allestremità del cilindro prossimo alla matrice. Per fluidi newtoniani la portata dellestrusore (caratteristica dellestrusore) diventa: La sezione di trasporto della vite determina la portata del polimero attraverso lestrusore In ogni istante, il polimero fuso ha la forma di un nastro a elica che è trasportato vero luscita Con geometria della vite uniforme, filetto a passo stretto e gioco ridotto, il flusso di trascinamento Q d (portata volumetrica), nellipotesi di pressione e velocità v costanti (velocità del filetto nella direzione di estrusione), è: A: indice di consistenza n: indice della legge di potenza

5 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 5 La viscosità dei polimeri fusi è una misura della resistenza delle molecole a scorrere una sullaltra e dipende dalla temperatura, dalla pressione e dal peso molecolare del polimero newtonianoPseudoplastico (PVC) Gradiente velocità (shear rate) Meccanica dellestrusione dei polimeri

6 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 6 La matrice ha un ruolo fondamentale nella resa dellestrusore. La sua caratteristica mette in relazione la portata (Q die ) con la caduta di pressione p attraverso la matrice, secondo lequazione: K è in genere determinato sperimentalmente Per una sezione circolare chiusa, K è: Le caratteristiche dellestrusore e della matrice, permettono di determinare il punto di funzionamento del processo Una volta nota la portata di estrusione è il punto di intersezione delle due caratteristiche, è possibile determinare la velocità del materiale che lascia lestrusore. Ignorando il rigonfiamento, questa è: Meccanica dellestrusione dei polimeri

7 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Caratteristiche del processo Dopo luscita dalla matrice, lestruso è raffreddato con aria o acqua e avvolto o tagliato a misura Il controllo della velocità di raffreddamento è importante è importante per minimizzare le distorsioni a causa del ritiro Lestruso può essere anche trafilato (calibrato) Poiché lestruso è ancora molle appena lascia la matrice e viene rilasciata la pressione, la sua sezione è diversa dalla forma dellapertura della matrice (fenomeno del rigonfiamento, die swell). Per esempio il diametro di un estruso a sezione circolare è maggiore di quello della matrice e la differenza tra i due diametri è funzione della viscosità e quindi del tipo di polimero. E necessaria esperienza nella progettazione delle matrici. Questa attività è sempre più spesso assistita da simulazioni numerica del processo di estrusione Gli estrusi sono classificati in base al rapporto (L/D) del cilindro. Valori tipici sono compresi tra 25 e 200mm per il diametro D e tra 5 e 30 per il rapporto L/D Unapparecchiatura per la produzione può costare da 30k a 100k, con un ulteriore costo di 30k per le apparecchiature ausiliarie di raffreddamento e avvolgimento dellestruso. Sono perciò necessari lunghi periodi di produzione per giustificare tali investimenti Prof. Luigi Tricarico 7

8 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Estrusione di fogli e film I fogli e i film possono essere prodotti utilizzando una matrice piana di estrusione con unapertura rettangolare sottile Subito dopo lestrusione il foglio è avvolto prima su alcuni rulli raffreddati con acqua e poi di una coppia di rulli trainanti rivestiti di gomma I film sottili sono in genere realizzati dallestrusione di un tubo a parete sottile, che è estruso verticalmente e espanso (soffiato), sino ad assumere la forma di una bolla, mediante il soffiaggio di aria carda dal centro della matrice Lespansione è mantenuta sino al raggiungimento dello spessore desiderato. La bolla è di solito raffreddata con aria soffiata attraverso alcuni fori, praticati su un anello di raffreddamento che la circonda e che in genere ha anche la funzione di contenimento della bolla per evitare unespansione non controllata Dopo lestrusione, la bolla è tirata verso lalto da rulli di pinzatura. Oltre alla stiratura diametrale e alla conseguente orientazione molecolare, questo permette anche una stiratura longitudinale. Lorientazione biassiale delle molecole migliora significativamente la resistenza e la tenacità (tecnica utilizzata per la produzione dei sacchetti di plastica) Prof. Luigi Tricarico 8

9 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Estrusione di fogli e film Prof. Luigi Tricarico 9 Rappresentazione schetatica della produzione di un film sottile e di sacchetti di plastica a partire da un tubo estruso e poi soffiato con aria Operazione di soffiatura del film

10 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Estrusione di fogli e film Prof. Luigi Tricarico 10 Schema dellattrezzatura utilizzata per la produzione di pellicole polimeriche sottili Sacchi, pellicole e fogli Rulli contrapposti di trazione Rulli guida

11 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Altri processi di estrusione Il processo di estrusione è utilizzato anche nella produzione dei granuli che sono successivamente utilizzati in altre lavorazioni sui polimeri. In questo caso lestruso è uno spaghetto (rod) di piccolo diametro che è successivamente tagliato in piccoli cilindretti (pellet) Gli estrusosi possono essere impiegati come sistemi di plastificazione per altri processi di formatura (per esempio quello dello stampaggio per soffiatura, che prevede la partenza da un estruso di forma tubolare ) Tubi e condutture di plastica sono prodotti con un estrusore equipaggiato con una matrice a ragno (spider die). Per lestrusione di tubi rinforzati, cavi e fibre intrecciate a maglia sono introdotti allinterno dellestrusore utilizzando stampi opportunamente progettati Prof. Luigi Tricarico 11

12 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 La coestrusione consiste nellestrusione simultanea di due o più polimeri attraverso ununica matrice. La sezione del prodotto contiene diversi polimero, ciascuno con le proprie caratteristiche e funzioni La coestrusione è in genere utilizzata per forme come fogli, film, tubi, specialmente nellimballaggio di alimenti. In questo caso sono richieste ai polimeri funzioni diverse come labiologicità per alimenti e liquidi, leffetto barriera per fluidi come acqua e olio, letichettatura del prodotto Il processo è utilizzato anche per rivestire con materiale polimerico altri prodotti, come cavi, fili e strisce. In questo caso il filo è introdotto nellapertura della matrice a una velocità controllata sulla base della velocità dellestruso, in modo da generare un rivestimento omogeneo. Applicazioni di questo tipo di coestrusione sono i fermagli rivestiti di plastica e i cavi elettrici. In questultimo caso la resistenza meccanica è continuamente controllata a valle dellestrusione per garantire un adeguato isolamento Prof. Luigi Tricarico 12 Altri processi di estrusione

13 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Nella filatura per fusione (melt spinning), il polimero è fuso mediante estrusione attraverso una filiera e poi direttamente solidificato mediante raffreddamento Una filiera tipica ha circa 50 fori di circa 0.25mm di diametro e 5mm di spessore. Le fibre che fuoriescono dalla filiera sono raffreddate dalla convezione dellaria e sono tirate in modo che il loro diametro si riduca notevolmente rispetto a quello dei fori A causa delle importanti applicazioni delle fibre di polimeri come il nylon e i poliesteri, la filatura per fusione rappresenta il più importante processo di produzione delle fibre È possibile ottenere fibre con diverse sezioni (a triangolo con lati curvi, ottagonali, cave). Le fibre cave permettono di intrappolare aria e quindi fornire isolamento termico Prof. Luigi Tricarico 13 Altri processi di estrusione

14 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampaggio a iniezione Il processo può essere applicato ai termoplastici e ai termoindurenti Lo stampaggio a iniezione (injection moulding) è molto simile al processo di colata in camera calda I pellet sono introdotti in un cilindro riscaldato e portati a fusione Il fuso è forzato a fluire allinterno di uno stampo, che è diviso in due metà, grazie allazione di un pistone idraulico o di una vite. La maggior parte delle applicazioni moderne è a vite pistonante (reciprocating screw) Prof. Luigi Tricarico 14

15 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Durante il processo, la vite è posta in rotazione e forza il materiale ad avanzare verso lo stampo. Laccesso allo stampo è impedito dal materiale iniettato nel ciclo precedente (il processo è discontinuo, anche se alcune fasi avvengono in parallelo) Allaumentare della pressione allingresso dello stampo, la vite inizia ad arretrare, vincendo una contropressione impostata per migliorare la plastificazione, sino a raggiungere una determinata distanza, che permette di controllare il volume di materiale da iniettare. Quando la vite ha raggiunto la distanza desiderata, smette di ruotare ed è spinta in avanti idraulicamente, forzando il polimero a riempire la cavità dello stampo Una speciale valvola di non ritorno, posta sulla punta della vite, permette al materiale di fluire soltanto in avanti, impedendo il flusso contrario in fase di iniezione Le pressioni massime che si raggiungono alla fine della fase di iniezione sono solitamente comprese tra 70MPa e 200MPa Prof. Luigi Tricarico 15 Stampaggio a iniezione

16 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Appena il polimero è solidificato, lo stampo si apre e gli estrattori permettono di estrarre la parte formata Nello stampaggio dei termoplastici si impiegano stampi relativamente freddi. Nello stampaggio dei termoindurenti si utilizzano stampi riscaldati, allinterno dei quali può avvenire il processo di reticolazione In entrambi i casi lapertura dello stampo avviene solo quando la parte ha sufficiente rigidezza per resistere alla pressione degli estrattori Successivamente le due metà dello stampo sono chiuse e il processo si ripete Stampi dotati di carrelli laterali e meccanismi di svitamento permettono di produrre parti con cavità in sottosquadro (rispetto alla direzione di estrazione) e con la presenza di filettature interne ed esterne Tra i prodotti comunemente realizzati per stampaggio ad iniezione, tazze, contenitori, alloggiamenti, impugnature per utensili, pomoli, componenti per il settore elettrico e delle comunicazioni (case cellulari), giocattoli e raccorderia Prof. Luigi Tricarico 16 Stampaggio a iniezione

17 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 17 Typical products made by injection molding, including examples of insert molding Stampaggio a iniezione

18 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Il materiale è iniettato allo stato fuso. Questo implica la possibilità di realizzare forme complesse e con buona accuratezza dimensionale. Esistono comunque i problemi del ritiro, che è abbastanza importante perché le materie plastiche hanno ritiri lineari compresi tra e 0.025mm/mm, a cui corrispondono ritiri volumetrici tra il 5% e il 7% Il ritiro in fase liquida è compensato mantenendo il materiale in pressione (compattazione) sino al momento della solidificazione del canale di alimentazione (gate). Il ritiro in fase solida deve essere invece compensato sovradimensionando la cavità dello stampo Prof. Luigi Tricarico 18 Stampaggio a iniezione Illustration of mold features for injection molding. (a) Two-plate mold with important features identified. (b) Four parts showing details and the volume of material involved. (a) (b)

19 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Gli stampi per iniezione sono costruiti da numerosi componenti, tra i quali i canali di alimentazione (runner) e di distribuzione, i punzoni (core), le matrici (cavity), i canali di raffreddamento, gli inserti e gli estrattori Lo stampo a due piastre e a canali freddi è la configurazione più semplice, quello a tre piastre e a canali freddi, permette di separare il sistema di alimentazione dopo lapertura delle piastre, quello a canali caldi, noto come stampo senza materozza, la plastica è mantenuto alla temperatura di iniezione in una camera calda. Questultima soluzione permette di ridurre il tempo ciclo perché non è necessario aspettare il tempo di raffreddamento della materozza e del sistema di alimentazione (in genere maggiore di quello della parte Componenti come viti, spine e utensili possono essere posizionati allintero della cavità e diventare parti integranti della parte a fine processo, come per esempio nella produzione dei cacciaviti (stampaggio a iniezione con inserti) Nello stampaggio a iniezione multicomponente, è possibile ottenere parti con combinazione di colori e forme. Prof. Luigi Tricarico 19 Stampaggio a iniezione Two plate mold three plate mold Hot runner mold

20 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 20 Stampaggio a iniezione This design uses a PAEK (polyaryletherketone) layer and bone-ingrowth pad around a cobalt-chrome core in order to maximize bone ingrowth. The part is removed from the mold after an insert injection-molding operation. Lo stampaggio a iniezione è caratterizzato da elevarti ritmi produttivi e da un buon controllo dimensionale (il tempo ciclo varia dai 5s ai 50s, con tempi ancora maggiori per materiali termoindurenti). Gli stampi possono avere cavità multiple Le macchine per stampaggio hanno in genere una configurazione orizzontale e la forza è normalmente ottenuta idraulicamente. Sono state recentemente realizzate macchine elettriche che sono di peso inferiore e permettono unna maggiore precisione (stampaggio di precisione e di prodotti biomedicali)

21 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Macchine verticali sono utilizzate per realizzare componenti piccoli e con tolleranze strette e per lo stampaggio con inserti (la forza di gravità contribuisce al posizionamento degli inserti) Le macchine sono classificate in base alla forza di chiusura, che è generalmente compresa tra 100t e 250t. Esistono macchine anche di grandi dimensioni che possono arrivare a 8000t per la produzione di parti dal peso 50kg. I componenti che sono in genere prodotti hanno peso compreso tra 100g e 600g I volumi produttivi devono essere elevati, a causa del costo degli stampi che varia dai 20k ai 200k Prof. Luigi Tricarico 21 A 2.2-MN (250-ton) injection molding machine. The tonnage is the force applied to keep the dies closed during the injection of molten plastic into the mold cavities and hold it there until the parts are cool and stiff enough to be removed from the die Stampaggio a iniezione

22 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Nel processo di stampaggio a iniezione reattivo, una miscela di due o più fluidi reattivi è iniettata nella cavità di uno stampo. Allinterno dello stampo avverranno reazioni chimiche che permetteranno di solidificare rapidamente il polimero producendo un componente termoindurente Tra le applicazioni principali, paraurti, parafanghi di automobili, isolamenti termici per frigoriferi e congelatori, elementi di rinforzo per componenti strutturali Prof. Luigi Tricarico 22 Altri processi di stampaggio a iniezione Diverse fibre di rinforzo, come vetro o grafite, possono essere impiegate per migliorare la resistenza e la rigidezza del prodotto Lo stampaggio in schiuma strutturale è utilizzato per realizzare prodotti che hanno una pelle solida e una struttura interna cellulare. Si avvale di particolari polimeri termoplastici e termoindurenti fluidi del tipo di quelli utilizzati nello stampaggio a iniezione reattivo Monomero Agitatore Monomero pompa Circuito di ricircolo Scambiatore di calore pompa Circuito di ricircolo Cilindri di iniezione miscelatore Stampo

23 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Nello stampaggio a iniezione di schiuma, detto anche stampaggio assistito da gas, un termoplastico è mescolato con un agente schiumante che produce un gas durante lo stampaggio. Il gas espande il polimero nella zona interna, mentre la pelle di spessore di circa 2mm è rigida e ha maggiore densità. La densità nellinterno può ridursi di circa il 40% rispetto a quella della pelle Il sovra stampaggio è una tecnica utilizzate per stampare prodotti multicomponenti. a differenza della coiniezione,, i due materiali non sono iniettati uno allinterno dellaltro, ma sovrapposti in fase successive Se i due polimeri sono compatibili, si avrà una saldatura se il secondo materiale è iniettato quando il primo è ancora caldo (realizzazione di impugnature con rivestimenti di elastomero su termoplastico) Se non vi è compatibilità tra i due polimeri si può realizzare un assemblaggio allinterno dello stampo, perché lassenza di lega ne garantisce il moto relativo (cerniere e giunti a sfera) Il processo di ice-cold moulding si differenzia dal precedente, per il fatto che si utilizza lo stesso materiale per realizzare i due componenti. Lo stampo, che è a due cavità, si avvale di un inserto raffreddato e posizionato allinterfaccia tra i due componenti per evitare la loro saldatura Prof. Luigi Tricarico 23 Altri processi di stampaggio a iniezione

24 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampaggio mediante soffiatura Può essere assimilato alla tecnologia di soffiatura del vetro, adattata alla lavorazione dei materiali polimerici Tra i processi alternativi: lo stampaggio rotazionale È una combinazione modificata dei processi di estrusione e di stampaggio a iniezione Nello stampaggio mediante estrusione e soffiatura (a) un tubo è estruso, di solito verticalmente, bloccato in una cavità più grande e espanso mediante soffiatura di aria calda sino al riempimento della cavità. Lestrazione della parte avviene dopo il suo raffreddamento Prof. Luigi Tricarico 24 La soffiatura è di solito effettuata a 350kPa – 700kPa E competitivo per grandi contenitori (sopra 0.5l) e lotti di grande dimensione. Tra i prodotti tipici contenitori, scatole per attrezzi e macchinari portatili, grandi strutture cave (paraurti per auto). Ugello Estrusore coltello Stampo per bottiglie Parison estruso Canali di riscaldamento Stampo chiuso e bottiglia soffiata Bottiglia soffiata Coda Ugello rimosso Bottiglia soffiata Canali di raffredda mento Parison trasferito allo stampo di formatura Macchina di stampaggio a iniezione Parison

25 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Nella formatura mediante stampaggio a iniezione e soffiatura (b), un pezzo di forma tubolare (parison), è prima ottenuto per stampaggio per iniezione. Quindi la formatura avviene come nel caso precedente Rispetto al soffiaggio-estrusione, il soffiaggio-iniezione permette un miglio controllo sul peso della parte e del suo spessore di parete. Esso permette inoltre una maggiore precisione nelle zone non soggette alla soffiatura (zone del collo stampate per iniezione, con possibilità di avvitare tappi ed eventuali chiusure). Nel processo in cui si prevede lo stiramento durante il soffiaggio, la temperatura di lavoro è scelta opportunamente per permettere lorientamento delle macromolecole e quindi il miglioramento delle proprietà. Permette di ottenere una grande varietà di forma cave a spessore sottili, dotate di opportuni canali per lingresso di gas o liquidi. I costi sono molto alti e limitano il processo alla produzione di massa. Tra i prodotti tipicamente realizzati, bottiglie di plastica e contenitori cavi, in particolare quelli con chiusure filettate Il soffiaggio-iniezione multistrato è in genere utilizzato per componenti che devono essere sia impermeabili ai gas, che resistenti. Strati barriera saranno perciò previsti allinterno, mentre lo strato esterno avrà caratteristiche di tenacità, resistenza allurto e di compatibilità con successivi processi di stampa di testi o immagini Il soffiaggio è limitato ai polimeri termoplastici (PET, PC, HDPE, LDPE, PP, ABS, PVC). Con livelli limitati di rinforzo, consente di ottenere prodotti in materiale composito. Lo spessore di parete deve essere mantenuto quanto più uniforme possibile per evitare distorsioni e svergolamenti Prof. Luigi Tricarico 25 Stampaggio mediante soffiatura

26 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 26 a three-station injection molding machine for making plastic bottles Stampaggio mediante soffiatura Stampo da preforma Collare della preforma Estrusore a vite pistonante Stazione di preforma Apertura dellugello (passaggio per il soffiaggio di aria) Stampo di soffiatura Parison Stazione di soffiatura Stazione di estrazione Piastra di estrazione Bottiglia Testa di trasferimento Collare dello stampo da soffiatura Bottiglia soffiata Fondo dello stampo da soffiatura Estrusione - soffiaggio e iniezione - soffiaggio permettono in genere le seguenti caratteristiche: Intervallo di peso (kg): – 0.3 Spessore minimo (mm): 0.4 – 3 Complessità delle forme: Bassa Tolleranza dimensionale consentita (mm): Rugosità superficiale (micron): 0.2 – 1.6 Dimensione economica di un lotto: 1 – 10000pezzi

27 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampaggio rotazionale Permette di realizzare componenti cavi di grandi dimensioni (cestini per rifiuto, scafi per barche, secchi, alloggiamenti, giocattoli, contenitori per il trasporto, palline), in materiali termoplastici o termoindurenti Lo stampo (a parete sottile) è in metallo ed è realizzato in due pezzi, progettati per essere ruotati secondo due assi perpendicolari Una predeterminata quantità di plastica in polvere (prodotta da un processo di polimerizzazione in cui essa precipita da un liquido) è introdotta nello stampo caldo La rotazione dello stampo (in genere riscaldato in forno), distribuisce la polvere sulla parete, dove il calore la rammollisce sino a fonderla. Prof. Luigi Tricarico 27 Nei polimeri termoindurenti, la reticolazione è favorita da agenti chimici che possono essere aggiunti per allungare il tempo in forno E possibile lutilizzo anche di polimeri liquidi (slush molding). La rotazione forza le particelle di plastica a spalmarsi sulle pareti. La parte si raffredda mentre è in rotazione Possono inserirsi inserti Spessori di parete di circa 0.4mm e parti grandi dimensioni, sino a 1.8x1.8x3.6m Stampo Asse princi- pale Fluido di pressurizza zione Albero sfiato Apertura di caricamento Asse secondario

28 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 28 Le forme ottenibili, prevalentemente di grandi dimensioni (limiate dallo spessore che è a sua volta è limitato dalla conducibilità termica del polimero), sono semplici, chiuse, cave e di spessore sottile. Possono però essere realizzate, attraverso lavorazioni successive, forme aperte; i bidoni per i rifiuti sono per esempio stampati in coppia e poi separati mediante taglio Lefficienza di utilizzo del materiale per realizzare una determinata forma è alta (richiede meno materiale). La pressione relativamente bassa, limita lottenimento di forme complesse, favorendo forme tondeggianti prive di dettagli particolarmente fini Utilizzabile per la maggior parte dei polimeri termoplastici, ma il polietilene è il polimero più impiegato. E possibili stampare attualmente anche termoindurenti e i poliuretani sono tra quelli più utilizzati Produce componenti privi di sforzi residui. E possibile, anche se difficoltoso, variare lo spessore, ma non sono possibili brusche variazioni di sezione. A causa della rotazione su due assi, la lunghezza del componente è limitata (al più quattro volte il suo diametro) Tra le caratteristiche principali del processo si evidenziano: Intervallo di peso (kg): 0.1 – 50 Spessore minimo (mm): 2.5 – 6 Complessità delle forme: Bassa Tolleranza dimensionale consentita (mm): Rugosità superficiale (micron): 0.5 – 2 Dimensione economica di un lotto: 10 – 100pezzi (ridotti costi per limpianto, ma elevati tempi ciclo) Tra i processi alternativi: La termoformatura e la formatura per soffiaggio Stampaggio mediante soffiatura

29 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Termoformatura Formatura di fogli sottili in termoplastico su uno stampo, mediante calore e pressione o vuoto. Il processo è una combinazione di azioni di imbutitura e stiratura ed è favorito dallelevato valore dellesponente della velocità di deformazione (m) Un foglio, realizzato per esempio per estrusione, è riscaldato sino al rammollimento senza arrivare a fusione. E estratto dal forno e posizionato sullo stampo e forzato ad aderirvi mediante lapplicazione in genere di un vuoto spinto Imballi, cartelloni pubblicitari, rivestimenti interni per frigoriferi, involucri per elettrodomestici, pannelli per doccia. Non possono essere realizzati parti con fori Possibilità di produrre parti cave con fogli accoppiati. La chiusura dello stampo garantisce la saldatura I fori realizzati negli stampi sono in genere di 0.5mm e non producono difetti nella parte Prof. Luigi Tricarico 29 Vari processi di termoformatura per fogli termoplastici. Questi processi sono comunemente impiegati per realizzare, vassoi per biscotti e caramelle, pannelli per imballi Riscaldatore Morsa Foglio di plastica Stampo Circuito del vuoto (a) Formatura sotto vuoto di una lastra piana (b) Formatura sotto vuoto a drappo o per caduta (c) Formatura sotto pressione (d) Formatura sotto pressione con pistone e anello Anello Circuito in pressione Pistone Morsa Foglio di plastica Stampo

30 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Nella formatura a drappo o per caduta, si sfrutta in parte il vuoto e in parte la naturale tendenza del materiale caldo a depositarsi sullo stampo. Nella formatura sotto pressione con pistone, la formatura è ottenuta con lausilio di un pistone; questo processo potrebbe essere anche assistito dal vuoto da realizzare nella camera inferiore. La termoformatura in pressione utilizza invece una sovrappressione di alcune atmosfere per forzare il polimero caldo ad entrare nello stampo Gli stampi, sia maschi che femmine, nella termoformatura a vuoto possono essere in legno, schiume polimeriche o alluminio (per grandi lavorazioni) Le forme sono in genere curve e a spessore sottile La scarsa pressione nella formatura a vuoto comporta una scarsa riproducibilità di dettagli fini. Nella formatura in pressione si ottengono finiture migliori, ma il processo risulta più costoso (non possono essere utilizzati stampi in legno). Gli stampi devono avere una finitura superficiale adeguata, pena la presenza di rigature sulla superficie del foglio a contatto con lo stampo Si possono lavorare fogli colorati o con scritte, in modo da ridurre i costi del pezzo finito E utilizzata per lavorare fogli di termoplastici come ABS, PC, PS, PP, PVC, PET, schiume, termoplastici rinforzati con fibre corte Il massimo rapporto tra profondità e larghezza dello stampo è compreso tra 0.5 e 2. Se richiesto possono essere introdotti inserti Prodotti con eccellenti proprietà fisiche, ma il materiale sotto forma di fogli è più costoso rispetto ai granuli Dopo la formatura, deve essere in genere rifilato e gli scarti non possono essere direttamente riutilizzati Prof. Luigi Tricarico 30 Termoformatura

31 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 31 Termoformatura In grado di produrre pezzi in un intervallo di dimensioni estremamente ampio (dai bicchieri agli scafi delle barche Gli investimenti per limpianto e i costi per le apparecchiature sono bassi, ma il processo richiede manodopera qualificata Tra le caratteristiche principali del processo si evidenziano: Intervallo di peso (kg): – 50 Spessore minimo (mm): 0.25 – 6 Complessità delle forme: Bassa Tolleranza dimensionale consentita (mm): Rugosità superficiale (micron): 0.13 – 1.6 Dimensione economica di un lotto: 10 – 100pezzi (ridotti costi per limpianto, ma elevati tempi ciclo) Tra i processi alternativi: Stampaggio a iniezione (per grandi produzioni), stampaggio rotazionale

32 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampaggio a compressione Una carica preformata di materiale, un volume predefinito di polvere o una miscela di resina liquida e materiale di carica, è posizionata direttamente nella cavità di uno stampo riscaldato Piatti, maniglie, coperchi per contenitori, raccordi, alloggiamenti Utilizzato principalmente per plastiche termoindurenti La reticolazione è completata allinterno dello stampo con tempi che variano da 0.5 a 5minuti Prof. Luigi Tricarico 32 Tipologie di stampaggio a compressione – un processo simile alla forgiatura: (a) a stampo positivo, (b) a stampo semipositivo, (c) con bava, che è successivamente rimossa per tranciatura. (d) Progetto di uno stampo per stampare a compressione un pezzo con sottosquadri. Questi progetti sono impiegati anche in altre tecniche di stampaggio e formatura Pezzi poco profondi o piatti Produzioni di qualità Parti ad alta densità aperto chiuso sovrapposizione Cordone di bava parte punzone Parte stampata Estrattore Stampo Carica Punzone Elementi riscaldanti

33 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Le forme ottenibili sono semplici e voluminose, senza rientranze. Generalmente è necessario finire i componenti prodotti per rimuovere i residui di lavorazione Il processo è molto utilizzato per formare i compositi BMC (stampaggio a compressione di massa) e SMC (stampaggio a compressione di fogli) I costi della strumentazione sono modesti, quando si lavorano polimeri non caricati. Più elevati nello stampaggio dei BMC e SMC Tra le caratteristiche principali del processo dello stampaggio per compressione dei polimeri si evidenziano: Intervallo di peso (kg): 0.2 – 20 Spessore minimo (mm): 1.5 – 25 Complessità delle forme: Media-Bassa Tolleranza dimensionale consentita (mm): Rugosità superficiale (micron): 0.1 – 1.6 Dimensione economica di un lotto: 2 – 200pezzi Tra i processi alternativi: Stampaggio a iniezione (per grandi produzioni), stampaggio per trasferimento di resina Prof. Luigi Tricarico 33 Stampaggio a compressione

34 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampaggio a trasferimento Ulteriore sviluppo dello stampaggio a compressione. Il polimero termoindurente, non reticolato, è posizionato allinterno di una camera di trasferimento. Quando raggiunge la temperatura di lavoro, è iniettato in stampi chiusi e riscaldati. Liniezione è realizzato con un punzone o con un alimentatore a vite rotante. Lattrito viscoso che si genera durante il riempimento genera calore che incrementa la temperatura del materiale e lo omogeneizza. Il processo si completa con la reticolazione Durante il riempimento il polimero è fuso. Complessità pezzo e controllo dimensionale simile allo stampaggio a iniezione. Componenti elettrici e elettronici, parti in gomma e silicone Prof. Luigi Tricarico 34 Sequenza di operazioni nello stampaggio a trasferimento di polimeri termoindurenti. Processo particolarmente adatto per forme intricate con spessori di pareti variabili. Stampi più costosi di quelli impiegati nello stampaggio a compressione Pistone di trasferimento Camera di trasferimento 1. Introduzione della carica di polimero nello stampo 2. Chiusura dello stampo e riempimento della cavità 3. Apertura dello stampo ed estrazione delle parti Estrattore Carota Punzone Parti stampate

35 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampi realizzati in polimeri rinforzati con vetro o in leghe metalliche, con punti di iniezione e sfoghi per permettere la fuoriuscita dellaria Le forme realizzabili, come pannelli, hanno forme in genere semplici. Il riempimento è legato alla fluidità della resina. E possibile realizzare pezzi con nervature, rientranze e inserti. Il processo è molto utilizzato per realizzare componenti di grande dimensione rinforzati con fibre. Spesso sono annegati allinterno anche pannelli espansi per ridurre il peso del componente La tecnologia è applicabile a quasi tutte le resine termoindurenti con bassa viscosità (poliesteri, resine epossidiche e fenoliche) I costi di processo sono bassi e le lavorazioni richieste particolarmente onerose Tra le caratteristiche principali del processo dello stampaggio a trasferimento si evidenziano: Intervallo di peso (kg): 0.2 – 30 Spessore minimo (mm): 1.5 – 13 Complessità delle forme: Medio-Alta Tolleranza dimensionale consentita (mm): Rugosità superficiale (micron): 0.2– 1.6 Dimensione economica di un lotto: 10 – 100pezzi Tra i processi alternativi: Stampaggio a iniezione (per grandi produzioni), stampaggio a compressione Prof. Luigi Tricarico 35 Stampaggio a trasferimento

36 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Colata Alcuni polimeri termoplastici, come nylon e acrilici, e molti termoindurenti, come gli epossidici, i fenolici, i poliuretani e i poliesteri, sono spesso sufficientemente fluidi e possono essere colati in stampi rigidi o flessibili per realizzare unampia varietà di forma Ingranaggi di grande dimensioni. Cuscinetti, ruote, fogli spessi e componenti che richiedono caratteristiche di resistenza allusura abrasiva Nella colata di termoplastici, monomero, catalizzatore e eventuali additivi, sono riscaldati e versati allinterno di uno stampo. La parte è sformata dopo che la polimerizzazione è avvenuta a pressione ambiente Forme intricate possono essere colate in stampi flessibili (in poliuretano) E possibile utilizzare la colata centrifuga, anche di termoplastici rinforzati con fibre corte I termoindurenti sono colati in modo analogo. I componenti realizzati sono simili a quelli ottenuti con i termoplastici E comune lottenimento di pezzi di grande dimensione a sezione sottile, ma la qualità del prodotto finito dipende fortemente dalla manualità delloperatore, soprattutto perché lintrappolamento dellaria e lo sviluppo di gas sono problemi non facilmente controllabili Prof. Luigi Tricarico 36 Rappresentazione schematica del processo di colata Plastica liquida Stampo

37 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 I polimeri trasparenti, come gli acrilici, risultano avere migliori qualità ottiche quando colati, invece che stampati. In alcuni casi, come nel metilmetacrilato, sono utilizzati iniziatori solubili nel monomero. La reazione esotermica produce calore, che deve essere dissipata nello stampo per non prevenire lebollizione del monomero. Il ritiro è in genere elevato, nel metilmetacrilato raggiunge il 20%. Lutilizzo di miscele di monomero e polimero ottenute da polimerizzazione interrotte permette di tenere sotto controllo calore e ritiro La lavorazione è piuttosto economica, sotto i 100 per piccole lavorazioni, mentre di qualche migliaia di euro per grandi lavorazioni Tra le caratteristiche principali del processo dello stampaggio a trasferimento si evidenziano: Intervallo di peso (kg): 0.1 – 700 Spessore minimo (mm): 2 – 100 Complessità delle forme: Alta Tolleranza dimensionale consentita (mm): Rugosità superficiale (micron): 0.5 – 1.6 Dimensione economica di un lotto: 10 – 1000pezzi Tra i processi alternativi: Stampaggio a iniezione (per grandi produzioni), stampaggio a compressione. In entrambi i casi gli stampi risultano molto più costosi Prof. Luigi Tricarico 37 Colata

38 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Altri processi basati sulla colata – Stampaggio di espansi Inglobamento (potting) e incapsulazione Variante del processo di colata, particolarmente importante nel settore elettrico e elettronico. Sono ottenuti colando la plastica, che funge da dielettrico Isolante), attorno un componente elettrico. Linglobamento sii ha quando la colata è realizzata in un alloggiamento o involucro che diventerà parte integrante del prodotto. Al contrario nellincapsulazione il componente è coperto solo da uno strato di plastica Elementi strutturali, come ganci e perni, possono essere realizzati con una parziale incapsulazione Stampaggio di schiuma (foam molding) Permette di realizzare tazze e contenitori realizzati in Styrofoam, blocchi isolanti e materiali da imballo (macchine fotografiche, computer, elettrodomestici) Il materiale di lavoro è costituito da granuli di polistirene, contenenti un agente espandente che si attiva con laumento di temperatura. Prof. Luigi Tricarico 38 Stampo Avv. elettrico Avvolgimento elettrico Alloggiamento o involucro inglobamentoincapsulazione

39 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Stampaggio di espansi Prof. Luigi Tricarico 39 I granuli sono introdotti nello stampo, che è in genere riscaldato con getti di vapore. Lesposizione al calore, provoca lespansione dei granuli sino a 50 volte le dimensioni originali. Il grado di espansione può essere controllato per mezzo della temperatura e del tempo di esposizione. In questo modo, il polistirene espanso replica la forma della cavità Spesso si utilizzano granuli preespansi. La prespansione è realizzata in recipienti aperti e riscaldati in forno o con getti di aria calda o vapore. Prima del loro utilizzo, i granuli preespansi sono stoccati e lasciati stabilizzare per un periodo di 3 – 12 ore. Successivamente sono introdotti nello stampo dove è completata la loro espansione con getti di vapore alla pressione di 3 atmosfere. Il loro volume si espande di 20 volte I granuli di polistirene sono disponibili in taglia piccola (tazze), media (contenitori) e grandi blocchi isolanti da tagliare successivamente a misura). La taglia dipende dallo spessore del prodotto I granuli possono essere colorati Gli stampi, in genere in alluminio per permettere un buon trasferimento di calore, permettono di ottenere pezzi con superfici lisce, anche se non sono possibili dettagli con raggi di curvatura inferiore a 2mm Il prodotto è particolarmente economico (bassa pressione e temperatura di lavoro), da ciò il largo impiego per parti monouso. Fornisce buona protezione contro gli urti e può essere riciclato. E un buon isolante termico e possiede proprietà acustiche. E estremamente leggero (densità pari a circa il 10% dellacqua). Isolamento, proprietà acustiche e densità sono giustificate dal fatto che lo stampaggio di espansi produce schiume a celle chiuse con una porosità del 89%-95% Numerosi campi di impiego: Involucri monouso di cibi e bevande, attrezzature per il salvataggio, prodotti per sport acquatici, isolamento termico per refrigeranti e contenitori, materiali per strutture sandwich (telai di porte e finestre, pannelli per pavimento), protezione per prodotti di valore, come in elettronica (computer o sistemi video e audio)

40 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 40 I polimeri termoplastici, il polistirene in particolare, sono molto facili da stampare. Tra le caratteristiche principali del processo dello stampaggio a trasferimento si evidenziano: o Intervallo di peso (kg): 0.01 – 10 o Spessore minimo (mm): 5 – 100 o Complessità delle forme: Medio-Bassa o Tolleranza dimensionale consentita (mm): o Rugosità superficiale (micron): 50 – 500 o Dimensione economica di un lotto: 10 – 1000pezzi Non ci sono processi alternativi perché nessun altro processo è ugualmente economico compressione Lavorazione della schiuma poliuretanica Permette di realizza cuscini e blocchi isolanti Si basa sulla miscelazione di due o più componenti chimici, la cui reazione produce una struttura cellulare che solidifica nello stampo Stampaggio di espansi

41 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Formatura a freddo e formatura in fase solida Formatura a freddo (Cold forming) Termoplastici come polipropilene, policarbonato, ABS e PVC rigido, possono essere formati a temperatura ambiente con i processi di lavorazione per deformazione a freddo utilizzati per i materiali metallici (laminazione, imbutitura, estrusione, forgiatura, coniatura, formatura con stampi in gomma) o Il materiale deve essere sufficientemente duttile (non è possibile formare poliesteri, acrilici e termoindurenti) o La deformazione non deve essere recuperabile per poter minimizzare ritorno elastici e creep Sono migliorate le proprietà di resistenza, tenacità e allungamento uniforme. Proprietà superiori si ottengono soprattutto nei polimeri con elevato peso molecolare Le velocità di formatura sono indipendenti dallo spessore delle parti, perché non ci sono processi di riscaldamento e raffreddamento. I tempi ciclo sono inferiori a quelli degli altri processi di stampaggio Formatura in fase solida (solid-phase forming) Per un polimero semi-cristallino, è eseguita a circa 10 – 20°C sotto la temperatura di fusione Non è utilizzata quanto quella di formatura a caldo, se non in applicazioni speciali Ha il vantaggio di ridurre le forze di formatura ed il ritorno elastico Prof. Luigi Tricarico 41

42 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Lavorazione degli elastomeri Sono in genere formati con quasi tutti i processi utilizzati per i termoplastici Un elastomero termoplastico, dal punto di vista del processo si comporta come un polimero, mentre come funzionalità e prestazioni come una gomma Sono di solito formati per estrusione (processo più veloce e economico), e stampaggio a iniezione. E possibile utilizzare anche i processi di soffiatura e termoformatura Prof. Luigi Tricarico 42 Rappresentazione schematica della calandratura. I fogli prodotti con questa tecnica sono successivamente utilizzati in altri processi, come la termoformatura Tipici prodotti estrusi sono i tubi flessibili. Sono realizzati per stampaggio ad iniezione, unampia gamma di prodotti (giocattoli per bambini, cablaggi preassemblati e altri componenti per automobili elettrodomestici La gomma e alcuni fogli termoplastici sono formati per calandratura, dove una quantità riscaldata di miscela è fatta passare attraverso una serie di rulli (masticata) ed è poi estratta sotto forma di foglio La gomma può essere formata interponendola anche tra due superfici di tessuto Prodotti discreti, come guanti e palloncini, sono realizzati immergendo ripetutamente una forma rigida in una miscela liquida di gomma dissolta in un solvente, che aderisce progressivamente alla forma. Il solvente è poi lasciato evaporare e la gomma è vulcanizzata, di solito mediante vapore, ed è estratta dalla forma Film finito Rullo di estrazione calandre Gomma introdotta

43 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 43 Rappresentazione schematica della struttura molecolare di un elastomero termoplastico. Questa struttura è formata da segmenti centrali morbidi dellunità ripetitiva (per esempio butadiene o isoprene) e domini (allestremità della catena) duri (per esempio stirene), che, a temperatura ambiente agiscono come legami incrociati fisici Dominio del componente duro Dominio del componente morbido Stirene – Butadiene - Stirene Stirene - Isoprene – Stirene Gli elastomeri termoplastici sono materiali polimerici che, a temperatura ambiente presentano, anche se termoplastici, un comportamento elastomerico (gommoso). Tra i più conosciuti e largamente usati, un copolimero a blocchi formato da blocchi di un termoplastico duro e rigido (in genere stirene), alternati a blocchi di un materiale elastico, morbido e flessibile (butadiene o isoprene) Oltre ai copolimeri a blocchi stirenici, vi sono le olefine termoplastiche, i copoliesteri, i poliuretani termoplastici e le poliammide elastomeriche Lavorazione degli elastomeri

44 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Lavorazione degli elastomeri Per temperature inferiori alla temperatura di fusione del componente duro, i segmenti duri si aggregano per formare regioni cristalline rigide che agiscono come punti di ancoraggio. Tali domini limitano i movimenti dei segmenti morbidi della catena I domini funzionano come i legami incrociati chimici dei termoindurenti, anche se non essendoci legami covalenti, è più corretto dire che funzionano come legami incrociati fisici La gamma di temperature di lavoro è compresa tra la temperatura vetrosa del componente morbido e flessibile e la temperatura di fusione del componente duro e rigido Quando sono portati a temperature superiori alla temperatura di fusione della fase dura, essi fondono e di conseguenza spariscono i legami incrociati fisici. Possono perciò essere trattati con le tecniche convenzionali di produzione dei termoplastici (stampaggio per soffiaggio, stampaggio per iniezione). Questo è un vantaggio rispetto agli elastomeri termoindurenti, che non presentano fusione Oltre a questo vantaggio, hanno basse densità, sono riciclabili e consentono una più stretta tolleranza sulla dimensione dei pezzi. Per questo motivo hanno sostituito gli elastomeri convenzionali in numerose applicazioni. Finiture per auto (paraurti, cruscotti), componenti sottocofano di autoveicoli (isolanti e connettori elettrici, guarnizioni), tacchi e suole di scarpe, articoli sportivi (camere daria per palloni), pellicole protettive medicali e rivestimenti protettivi, componenti nei sigillanti, impermeabilizzanti e adesivi Prof. Luigi Tricarico 44

45 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 45 Esempi di modifiche di progettazione per eliminare o ridurre al minimo la distorsione di parti in plastica: (a) suggerimenti di progettazione per ridurre al minimo la distorsione (b) irrigidendo del fondo dei contenitori di plastica sottile mediante la realizzazione di una cupola (duomo) - una tecnica simile al processo utilizzato per modellare il fondo delle bevande in alluminio lattine; (c) modifica di progettazione in una costola per minimizzare depressioni superficiali determinate da ritiro durante il raffreddamento delle sezioni più spesse in pezzi stampati. Le modifiche di progettazione per minimizzare le distorsioni di prodotti in materiale polimerico

46 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 46 Caratteristiche di produzione dei metodi di formatura dei materiali polimerici e dei materiali polimerici rinforzati

47 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 47 Tipo di materiale Allungamento, % Temperatura di servizio, °C Principali caratteristicheApplicazioni Polisoprene naturale (Gomma naturale, NR) Eccellenti proprietà fisiche. Buona resistenza a tagli, forature e abrasioni. Bassa resistenza al calore, ozono e olio. Buone proprietà elettriche Gomme dauto e tubi. Tacchi e suole. Guarnizioni Stirene- butadiene copolimero (SBR) 450 – – 120 Buone proprietà fisiche. Eccellente resistenza allabrasione. Non resistente a olio, ozono e allambiente. Proprietà elettriche buone, ma non eccezionali Gomme dauto e tubi. Tacchi e suole. Guarnizioni Acrilonitrile – butadiene copolimero (NBR) 400 – – 150 Eccellente resistenza agli oli vegetali, animali e di petrolio. Scadenti proprietà a bassa temperatura. Proprietà elettriche non eccellenti Tubi flessibili per benzina, prodotti chimici e oli. Guarnizioni circolari. Suole e tacchi Cloroprene (neoprene, NR) 100 – – 105 Eccellente resistenza allozono, al calore ed agli agenti atmosferici. Buona resistenza allolio. Eccellente resistenza alla fiamma. Nelle applicazioni elettriche è inferiore alla gomma naturale Cavi e fibre. Rivestimenti di serbatoi chimici. Cinghie, tubi flessibili e guarnizioni Polisilossano (Silicone, VMQ) 100 – – 315 Eccellente resistenza alle alte temperature. Bassa resistenza meccanica. Eccellenti proprietà elettriche Isolamento per alta e bassa temperatura. Sigilli. Membrane. Tubazioni per usi medici e alimentari Caratteristiche e applicazioni tipiche per alcuni elastomeri

48 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 48 Tipo di materiale Prezzo, $/kg Densità, Mg/m 3 Modulo elastico, GPa Allungamento, % Tenacità a frattura, MPa·m 0.5 Durezza, HV Limite elastico, GPa Temperatura di servizio, °C Calore specifico, J/kgK Conducibilità termica, W/mK Espansione termica, /K Contenuto energetico, MJ/kg Potenziale riciclabilità Principali caratteristicheApplicazioni Acrilonitrile butadiene stirene (ABS) – – – – – – – – – – 104 alta Rilevante resistenza e tenacità. Resistente alla distorsione e al calore. Buone proprietà elettriche. Infiammabile e solubile in alcuni solventi organici Rivestimenti di frigoriferi. Strumenti per giardinaggio. Giocattoli. Dispositivi di sicurezza delle autostrade Acrilici (Polimetil metacrilato, PMMA) 1.7 – – – – – – – – – – – 105 alta Rilevante trasparenza e resistenza agli agenti atmosferici. Discrete proprietà meccaniche Lenti. Chiusure trasparenti per aerei. Dispositivi per disegno. Insegne allaperto Fluorocarburi (PTFE) 13.9 – – – – – 7 59 – – – – – – 195 alta Chimicamente inerte in quasi tutti gli ambienti. Eccellenti proprietà elettriche. Basso coefficiente di attrito. Relativamente deboli con scarse proprietà di scorrimento a freddo Guarnizioni anticorrosive, tubi e valvole per lindustria chimica. Cuscinetti. Rivestimenti antiaderenti. Parti elettrotecniche Caratteristiche e applicazioni tipiche per alcuni materiali termoplastici

49 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 49 Tipo di materiale Prezzo, $/kg Densità, Mg/m 3 Modulo elastico, GPa Allungamento, % Tenacità a frattura, MPa·m 0.5 Durezza, HV Limite elastico, GPa Temperatura di servizio, °C Calore specifico, J/kgK Conducibilità termica, W/mK Espansione termica, /K Contenuto energetico, MJ/kg Potenziale riciclabilità Principali caratteristicheApplicazioni Poliammidi (Nylon, PA) 2.9 – – – – – – – – – – – 120 alta Buona resistenza meccanica. Resistenza allabrasione e tenacità. Basso coefficiente dattrito. Assorbe lacqua e alcuni altri liquidi Cuscinetti, ingranaggi, camme, boccole, maniglie, guaine isolanti per fili e cavi Policarbonati (PC) 3.80 – – – – – – 2259 – – – – – 130 alta Dimensionalmente stabili. Poco assorbimento di acqua. Trasparente. Molto buona la resistenza agli urti e la duttilità. Non eccezionale resistenza agli agenti chimici Elementi di protezione. Lenti,. Globi diffusori di luce. Supporti per pellicole fotografiche Polietilene (PE) 1.1 – – – – – – 8 8 – – – – – 114 alta Resistente chimicamente ed isolante elettrico. Tenace e con coefficiente dattrito relativamente basso. Bassa resistenza meccanica e bassa resistenza agli agenti atmosferici Bottiglie flessibili. Giocattoli. Bicchieri. Parti di Batterie. Portaghiaccio. Pellicole per avvolgere Caratteristiche e applicazioni tipiche per alcuni materiali termoplastici

50 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 50 Tipo di materiale Prezzo, $/kg Densità, Mg/m 3 Modulo elastico, GPa Allungamento, % Tenacità a frattura, MPa·m 0.5 Durezza, HV Limite elastico, GPa Temperatura di servizio, °C Calore specifico, J/kgK Conducibilità termica, W/mK Espansione termica, /K Contenuto energetico, MJ/kg Potenziale riciclabilità Principali caratteristicheApplicazioni Polipropilene (PP) – – – – – – – – – – 84 alta Resistente alla deformazione per calore. Eccellenti proprietà elettriche e resistenza a fatica. Chimicamente inerte. Relativamente poco costoso. Bassa resistenza alla luce UV Bottiglie sterilizzabili. Pellicole dimballaggio. Involucri di televisori. Valigie Polistirene (PS) 1.3 – – – – – – – – – – – – 110 alta Eccellenti proprietà elettriche e trasparenza ottica. Buona stabilità dimensionale e termica. Relativamente poco costosi Piastrelle da parete. Contenitori per batterie. Giocattoli. Pannelli da lampade per interni. Applicazioni per ledilizia Polivinicloruro (PVC) 1 – – – – – – – – – – – 83 alta Buoni materiali dimpiego generale e a basso costo. Normalmente rigidi, ma possono essere flessibili se si aggiungono plastificanti. Spesso copolimerizzati. Suscettibili a deformazione se scaldati Coperture di pavimenti. Tubi. Isolanti di fili elettrici. Tubi per innaffiare. Dischi per fonografo. Fil. Tessuti e rivestimenti interni per auto Caratteristiche e applicazioni tipiche per alcuni materiali termoplastici

51 Tecnologia Meccanica 201/04/ /04/2011 Prof. Luigi Tricarico 51 Caratteristiche e applicazioni tipiche per alcuni materiali termoindurenti Tipo di materiale Prezzo, $/kg Densità, Mg/m 3 Modulo elastico, GPa Allungamento, % Tenacità a frattura, MPa·m 0.5 Durezza, HV Limite elastico, GPa Temperatura di servizio, °C Calore specifico, J/kgK Conducibilità termica, W/mK Espansione termica, /K Contenuto energetico, MJ/kg Potenziale riciclabilità Principali caratteristicheApplicazioni Resine epossidiche – – – – – – – – – – 128 bassa Eccellente combinazione di proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione. Dimensionalmente stabile. Buona adesività. Costo relativamente basso. Buone proprietà elettriche Stampi elettrici. Lavandini. Adesivi. Rivestimenti protettivi. Usato con fibre di vetro per laminati Resine fenoliche 0.9 – – – – – – – – – – – 100 bassa Eccellente stabilità termica ad alta temperatura. Può essere combinato con un gran numero di resine, cariche etc. Di basso costo Coperture per motori., telefoni, distributori automatici, impianti elettrici


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