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Vi sono polimeri termoplastici e termoindurenti entrambi solidi a temperatura ambiente ed entrambi vengono portati a rammollimento sottoposti al calore; nei termoindurenti però questa fase dà luogo ad un movimento delle catene molecolari che reagiscono tra loro dando luogo a dei legami chimici "legami incrociati".

PROPRIETA' DEI POLIMERI:

I processi di trasformazione dei termoplastici utilizzano materiali forniti in granuli (chip) o in polvere pronti per essere sottoposti alla lavorazione tramite fusione (rammollimento) oppure in semilavorati come lastre, film, profilati ecc. da lavorare plasticamente.

I termoplastici possono tornare allo stato solido una volta raffreddati mentre l’azione del calore nei termoindurenti se eccessivo, comporta la decomposizione delle resine

CARATTERISTICHE GENERALI DELLE MATERIE PLASTICHE:

Fra le caratteristiche generali che differenziano i polimeri da altri materiali tecnici c'è :

•Anche l'effetto della dilatazione termica ha un influenza notevole; nei collegamenti meccanici e nei giunti si possono verificare concentrazioni di sollecitazioni inaccettabili.•Anisotropia determinata dall'afflusso della resina fusa nello stampo per iniezione,

•Le materie plastiche hanno normalmente bassi coefficienti di attrito a contato con i metalli e fra loro, possono perciò essere usate come cuscinetti o superfici di scorrimento con bassa usura anche con poca lubrificazione

•la possibilità di tollerare sotto carico allungamenti maggiori compresi tra l'1 - 4%, anche se tali livelli comportano deformazioni non lineari con il carico e quindi possibili distorsioni geometriche del pezzo

METODI DI FABBRICAZIONE PER LE MATERIE PLASTICHE:

In particolare si possono classificare quattro categorie di processi, la prima basata su precursori liquidi che vanno a formare il prodotto solido finale, la seconda basata su materiale preformulato costituito dai granuli da stampaggio, la terza che parte da semilavorati in lastre, tubi ed infine la quarta che si basa su soluzioni e sospensioni.

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Estrusione e “compounding”: il principio di questa tecnologia che fa uso di macchine dette estrusori, si basa sulla forzatura di una massa fusa, attraverso una filiera (foro sagomato nella testa dell’estrusore), per mezzo di una o due viti alloggiate all’interno di un corpo riscaldante cilindrico attraverso il quale vengono introdotti i polimeri, gli additivi, le cariche e gli agenti di rinforzo. Prodotto di tale processo è il “compounding” cioèla materia prima della stragrande maggioranza delle tecnologie di trasformazione dei termoplastici.

Termoformatura:Processo economico per la semplicità delle attrezzature e degli stampi (in legno o alluminio); si parte da semilavorati in lastre, anche espanse, generalmente piane o in nastri per le linee di produzione in continuo.Si opera la termoformatura mediante l’adesione a uno stampo del semilavorato preriscaldato e successivamente raffreddato. Il riscaldamento può avvenire tramite aria calda o per irraggiamento all’infrarosso, il raffreddamento avviene generalmente in flusso d’aria o d’acqua nebulizzata.

Tramite termoformatura vengono prodotti innumerevoli manufatti tra i quali lucernari ed elementi modulari di facciata per edilizia, cabine sanitarie, container, interni di frigoriferi, elementi per autoveicoli e imbarcazioni, insegne luminose, imballaggi per alimenti (a perdere). Tuttavia la tecnologia non permette realizzazioni di sottosquadra e vincola a una graduale variazione della forma del pezzo.

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Il principio si basa sulla lenta rotazione dello stampo (da 10 a 40 giri/mincirca) rispetto a due assi ortogonali tra loro, in un ciclo che prevede il caricamento del materiale, generalmente in polvere, nello stampo, il riscaldamento e la fusione all’interno di un forno, il raffreddamento, attuato normalmente con aria o spray, e l’estrazione.

Stampaggio rotazionale: impiegata per la realizzazione di oggetti cavi anche con dimensioni ragguardevoli e difficilmente ottenibili con altre tecniche automatizzate.

Vengono lavorati materiali termoplastici come il polietilene, il policarbonatole poliammidi, il polivinilcloruro (PVC), l’ABS e anche alcune resine termoindurenti, gli stampi possono essere pressurizzati per migliorare il processo . Tale processo ha la possibilità di stampare corpi cavi senza saldature.

Simile dal punto di vista cinematico, è il processo di colata centrifugache sfruttando la forza centrifuga a differenza del rotazionale permette la realizzazione di corpi cavi di notevoli dimensioni.

Vantaggioso è il fatto che il pezzo stampato può possedere, per la complessitàgeometrica ottenibile, una quantità di funzioni elevatissime.

La tecnologia di Stampaggio a iniezione,detta anche presso-iniezione, è mirata alla produzione di manufatti in grande serie sia per gli elevati costi delle presse e degli stampi, ammortizzabili solo in produzioni elevate, che per i bassi tempi di ciclo macchina e l’elevata qualità ottenibile

Il principio su cui si basa questa tecnologia, attuata tramite le presse a iniezione, è il riempimento di una o più cavità (stampo ) da parte della massa da stampaggio precedentemente “plastificata” (fusa) e spinta da una sorta di estrusore a vite punzonante, cioèrotante e traslante assialmente; successivamente il raffreddamento solidifica il pezzo che viene estratto dallo stampo.

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Nel dettaglio il ciclo di stampaggio è così schematizzabile:

1. Caricamento della massa da stampaggio (sottoforma di granuli) tramite una tramoggia e la rotazione della vite retratta mentre il precedente pezzo viene espulso dallo stampo per mezzo degli estrattori e lo stampo si richiude.

3. Iniezione tramite la traslazione dell’unitàdi iniezione verso lo stampo e successiva traslazione della vite punzonante, dotata di valvola di non ritorno verso l’ugello.

4. Tenuta in pressione e compattazione, fase necessaria per compensare la variazione di volume del materiale e soprattutto il ritiro dovuto alla cristallizzazione, mediante l’alimentazione di materiale supplementare

4. Apertura dello stampo ed estrazione

2. Plastificazione e costipamento della massa nella camera di accumulo, prossima all’ugello, mediante la rotazione della vite

5. Raffreddamento controllato e solidificazione del materiale nello stampo

Altra variante della tecnologia di iniezione è quella che permette di ottenere manufatti bimaterici(a sanwich) la cui pelle è nomalmentecostituita dal materiale più nobile e il nucleo èeventualmente materiale rigenerato.

Il processo viene attuato tramite una batteria di due unità d’iniezione convergenti che è comandata da valvole o ugelli multipli; con tale sistema è possibile iniettare nello stampo un “fronte” di materiale che, solidificando sulle pareti, va a costituire la “pelle” del pezzo riempito in un secondo tempo da un nucleo di materiale diverso.

MATERIALI CELLULARI (ESPANSI) E PELLICOLE PLASTICHE:

i materiali espansi sono ottenibili da poliuretani in forma liquida che quando vengono mescolati tra loro danno luogo spontaneamente ad emissioni di gas con la produzione di una schiuma che progressivamente si solidifica dando luogo ad una struttura rigida e flessibile al tempo stesso.

Le schiume presentano generalmente una superficie compatta per effetto del contatto del materiale con lo stampo, se richiesta una superficie con pori aperti, il guscio compatto esterno viene rimosso meccanicamente.Vi sono schiume altamente espanse con valori di densità molto bassi, fino a 16 Kg/m3 e altre in cui l'aggiunta di additivi ad alto peso specifico fa raggiungere alte densità, fino a 2500 Kg/m3

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Detti espansi sono impiegati per la realizzazione di pannelli isolanti per edilizia e tecnologia del freddo, di pannelli isolanti acustici, di forme stampate per imballaggio, di pannelli core per manufatti “sandwich”di prodotti a cellule chiuse per elementi galleggianti, di supporti morbidi per tessuti o film plastici; tecnologie come l’estrusione e lo stampaggio a iniezione, fanno uso di questi processi

Le materie plastiche espanse trovano infinite applicazioni per effetto delle elevate caratteristiche per cui sono note: bassa conducibilità termica, bassa conducibilità acustica, elevata capacità di assorbire urti e deformazioni (in compressione), leggerezza.

Con lo stampaggio a iniezione di espansi strutturali (tecnologia TSG: Thermoplast Schaumgus) si adotta in genere un solo tipo di materiale (polietilene o polipropilene) che viene iniettato assieme all’agente espandente, ad una pressione tale da determinare la formazione di una struttura espansa; ottenendo manufatti spessi con “core” espanso e “pelle” massiva.

I tempi sono piuttosto lunghi causa il lento raffreddamento ma i costi d’impianto sono vantaggiosi a causa del basso costo degli stampi e delle presse dovuto a pressioni relativamente contenute. Tale tecnologia dàorigine a oggetti leggeri simili al legno, isolanti (soprattutto termicamente) e resistenti grazie alla migliore utilizzazione strutturale del materiale.

Con lo stampaggio a iniezione assistita da gas ( tecnologia GIT: Gas Injection technik ) si ha un migliore utilizzo del materiale dal punto di vista strutturale oltre che un risparmio di materiale; una riduzione dei costi di impianto dovuto alla relativamente bassa pressione del processo e un tempo ciclo ridotto per effetto del rapido raffreddamento.

Avviene con l’iniezione di azoto che segue la preiniezione di materiale; distribuendo uniformemente la massa fusa sulle pareti dello stampo con lo stesso principio di espansione di una bolla; è possibile ritardare l’iniezione di gas in modo da ricavare pezzi in parte massivi e in parte “scatolati”.

L’iniezione con sovrastampaggioa bassa pressione: offre la grande possibilità di accoppiare (“sovrastampare”) il materiale polimerico base, con tessuti, tessuti non tessuti, espansi e film, in genere di geometria bidimensionale, al fine di ottenere “stratificati”stampati in forme anche complesse. Il processo si attua mediante la deposizione in stampo dei materiali da accoppiare.

E’ così possibile ottenere parti funzionali pressoché finite come pannellerie per abitacoli con struttura termoplastica, inserti di tessuto e rivestimenti in PVC plastificato sopra strati schiumati.

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Il procedimento è attuato a caldo attraverso la realizzazione di una preforma (“parison”) che successivamente è gonfiata da gas in pressione e costretta ad aderire alle pareti dello stampo; si ottiene così la forma definitiva tramite il raffreddamento e l’estrazione.

Lo stampaggio per soffiatura è la tecnologia universalmente impiegata per realizzare soprattutto i contenitori di liquidi in plastica; deriva concettualmente dalla soffiatura del vetro.

Esistono tre processi fondamentali ognuno per ottenere manufatti diversi, essi sono: l’estrusione-soffiatura, l’iniezione soffiatura, la stiro-soffiatura.

Con questa tecnologia si realizzano contenitori per liquidi di piccole e medie dimensioni, serbatoi di carburante per autoveicoli, serbatoi per nafta, paraurti, ecc.

L’estrusine soffiatura, costituisce il processo storico di questa tecnologia ed èil più impiegato per la produzione di contenitori e manufatti di grandi dimensioni.

Il ciclo inizia con l’estrusione di un tubolare (parison) da una testa di estrusione a filiera circolare dotata di un’anima conica traslante assialmente per la regolazine continua dello spessore.

Dopo l’estrusione il parison viene chiuso nello stampo, tagliato a monte e serrato nella parte terminale; a questo punto èinsufflato il gas che realizza la forma finale per adesione e raffreddamento della membrana sulle pareti.

Si ottengono in tal modo piccoli contenitori, specialmente usati nell’industria farmaceutica, stampati con elevata precisione, privi di scarti e di cordoni di saldatura, globi in policarbonato per illuminazione in esterni (Fratelli Guzzini).

Il procedimento di iniezione-soffiatura si differenzia dal precedente sostanzialmente nel metodo di produzione della preforma, che viene stampata a iniezione in modo che la geometria e lo spessore siano perfettamente determinati dall’impronta dello stampo.

Si differenzia dalle precedenti analoghe tecnologie nella realizzazione della seconda fase che partendo dalla preforma iniettata, consente alla stessa di essere stirata fino a 10 volte anche con l’ausilio di sistemi meccanici ottenendo così i noti contenitori leggeri, trasparenti e dalle ottime caratteristiche meccaniche e di impermeabilità ai liquidi e ai gas.

La stiro-soffiatura è la tecnologia principe per la produzione di bottiglie per alimenti (bevande, latte, ecc.) e altro genere di liquidi (detersivi ecc.) realizzate in PET, PVC,polipropilene, policarbonato, ecc.

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LE PRINCIPALI TECNOLOGIE TRASFORMATIVE DEI TERMOINDURENTI

Il materiale termoindurente, a differenza del termoplastico si trova in commercio, in varia forma, sia liquido (“resina”) che in polvere, in fiocchi, allo stato fibroso o in pasta ma anche in granuli (per le tecnologie di iniezione).

Il processo di Colata dei Termoindurenti è importante nell’industria elettrica per sovrastampare partendo da resine elementi come avvolgimenti di motori elettrici e bobine

Altro impiego del procedimento di colata è quello per la produzione di manufatti a partire da resine reattive, specialmente poliuretaniche (il primo scarpone da sci in plastica, prodotti con poliuretani espansi.)

Per colata vengono proddotti anche numerosi semilavorati come lastre, tubi, ecc.

La laminazione ad alta pressione (HPL) è un processo di pressatura ad alta pressione di uno stratificato piano.

Si utilizzano in genere supporti di fogli cartacei serigrafatiimpregnati con resina melamminica, che in virtùdell’elevata trasparenza e della resistenza termica e all’abrasione permette la realizzazione di semilavorati tecnici e decorativi impiegati soprattutto nell’industria dell’arredamento per rivestimenti ed altro.

Lo stampaggio a compressione il piùantico sistema di stampaggio prevede la fusione del materiale con successiva reticolazioneche ne provoca l’indurimento.

Il materiale è compresso tra due semistampi riscaldati e forzati tra loro dall’azione di un sistema meccanico o idraulico.

Lo stampaggio a trasferimento (transfer)derivata dalla pressofusione dei metalli, si basa sul principio di trasferimento della resina prefusa tramite pistone da una precameraverso la cavità dello stampo.

Tale tecnologia consente lo stampaggio pressochèdi tutte le resine termoindurenti, specialmente le fenoliche e le epossidiche grazie alla loro fluidità.Rende possibile tra l’altro il sovrastampaggio di parti parti metalliche o di componenti elettrici.

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Per le plastiche termoindurenti data la brevità dei tempi di reazione che portano all'indurimento si usano particolari tecnologie di iniezione che consentono di trattare il materiale fuso.Molto interessanti le tecniche di iniezione per reazione dal momento che non esiste nessun compound prima dello stampaggio, basandosi invece sull'utilizzo di uno o due precursori liquidi del materiale miscelati molto rapidamente nel momento dell'iniezione nello stampo.

La tecnologia di iniezione con reazione ha il vantaggio di utilizzare basse pressioni e basse temperature con conseguente risparmio energetico.

Gli stampi richiedono però una elevatissima precisione costruttiva a garanzia della tenuta idraulica.

Tale processo è di fondamentale importanza nella tecnologia dei materiali poliuretanici in modo massivo o schiumato rigiodo o flessibile. Si possono produrre una miriade di manufatti poliuretanici tra cui cruscotti, volanti, scarponi da sci, articoli sportivi.

ELASTOMERI:così denominati per le caratteristiche molto simili a quelle della gomma naturale, infatti sopportano grandi deformazioni allungandosi percentualmente di qualche cento per cento e ritornando alle dimensioni originali in tempi brevi quando viene rimosso il carico tali elastomeri trovano applicazione nel settore automobilistico per la realizzazione dei paraurti in gomma in grado di sopportare le tecniche di verniciatura delle vetture.

Il mescolamento di materiali diversi è forse la parte più impegnativa del processo produttivo perchépermette la formulazione di una varietàestremamente diversificata di elastomeri: gomma naturale (isoprene), butadiene(BR), elastomero termoplastico stirene-butadiene(SBR), elastomero termoplastico etilene-propilene(EPM-EPDM).

Per la gomma naturale e il butadiene si usano in genere le tecnologie trasformative dei termoindurenti; per gli altri quelle dei termoplastici.