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Termoindurenti Termoplastici!

Termoindurenti? Termoplastici!

I vantaggi che solitamente motivano l'adozione di resine termoindurenti per la realizzazione di parti e manufatti sono sicuramente interessanti:

  • resistenza termica, dato che i polimeri reticolati sono costituiti da molecole chimicamente legate fra loro. Questi vincoli inibiscono i tipici fenomeni di rammollimento e conseguente perdita di prestazioni meccaniche e stabilità dimensionale generati nel materiale plastico da elevate temperature.
    Le resine termoindurenti reagiscono all'estrema esposizione al calore con un processo di degradazione sostanzialmente non preceduto da indebolimento o perdita di funzionalità.
  • resistenza al creep: anche nel caso in cui siano applicati carichi costanti, la reticolazione riduce enormemente lo scorrimento relativo delle molecole tipico del comportamento viscoso dei polimeri. Le resine termoindurenti quindi non si deformano nel tempo e non vedono compromessa la qualità della risposta meccanica alle sollecitazioni esterne
  • buon comportamento al fuoco, legato in alcuni casi all'intrinseca autoestinguenza del materiale, in altri al difficile gocciolamento del prodotto incendiato
  • buon comportamento elettrico e chimico.
  • in generale, ottima stabilità dimensionale dovuta a ritiri estremamente contenuti (inferiori allo 0.1%) e poco differenziati anche per prodotti rinforzati.

Questo assieme di punti favorevoli permette alle formulazioni termoindurenti di candidarsi come soluzioni molto valide laddove sia necessario realizzare parti dimensionalmente precise e contraddistinte da un comportamento non dipendente dalla temperatura, da una spiccata capacità di resistere alla fiamma senza generare fumi densi e tossici (es. nel settore ferroviario) e dalla garanzia di prestazioni meccaniche affidabili anche in presenza di calore e sollecitazioni costanti o improvvise (es. nel settore elettrico).

L'impiego di termoindurenti presenta tuttavia delle limitazioni intrinseche alla loro stessa formulazione, alla natura chimico/fisica del materiale e al processo di trasformazione.
La reticolazione infatti avviene fra le molecole della resina di base grazie all'azione di un catalizzatore.
La reazione chimica che crea questi legami è fortemente influenzata dalla temperatura del processo e dalla pressione.
La combinazione di questi fattori si traduce direttamente non solo nella qualità del manufatto, ma anche nel tempo di ciclo (o "cura") necessario al completamento del processo.

Sia la gestione della resina di base, che del catalizzatore - la cui natura chimica può non essere delle più innocue - che il monitoraggio dei parametri di trasformazione richiedono competenze e risorse non banali per ottenere i migliori risultati.
La reazione di reticolazione è inoltre irreversibile, ossia una volta avvenuta la formazione dei vincoli non è più possibile in alcun modo ottenere nuovamente materie prime processabili.
É questo il più grave svantaggio delle resine termoindurenti, soprattutto nell'ottica di minimizzazione dell'impatto sull'ambiente e sulle risorse del Pianeta di materiali e processi dato che ogni manufatto difettoso o giunto a fine vita deve necessariamente essere avviato alla distruzione, senza alcuna possibilità di riciclo.

Una delle principali tecniche di trasformazione dei materiali termoindurenti è oggi lo stampaggio a iniezione di compound - da cui la definizione di bulk moulding compound o BMC - ed è proprio in questo campo che LATI vuole proporre una serie di gradi termoplastici deputati alla sostituzione dei termoindurenti, nell'ottica non solo di una più facile e immediata gestione di materiali e processi, ma anche di una riduzione dei costi per l'impresa e per l'ambiente legati allo smaltimento dei BMC non utilizzabili (es. pezzi rotti, difettosi, scarti del sistema di alimentazione, avvii di produzione ma soprattutto manufatti giunti a fine vita).

I polimeri termoplastici, costituiti da molecole non legate chimicamente fra loro e quindi trasformabili e riciclabili anche dopo il primo utilizzo, sono adottati da LATI nella messa a punto di compound dotati di prestazioni meccaniche decisamente superiori ai tipici prodotti termoindurenti, impiegabili anche oltre i 150°C e in presenza di sollecitazioni costanti, intermittenti e impulsive.

L'indebolimento generato dall'esposizione al calore è compensato da un contenuto di fibra di rinforzo o carica che arriva fino al 65%, riducendo in tal modo anche le deformazioni generate dallo stampaggio.

Materiali nati per impieghi strutturali sono poi disponibili anche in versione autoestinguente (es. senza alogeni, triossido di antimonio e fosforo rosso) capaci non solo di massima autoestinguenza, ma anche di ottima resistenza al filo incandescente (GWIT/GWFI richiesti dalla norma IEC60335), elevati valori di CTI e ridotta emissione di fumi tossici in caso di incendio. La tabella allegata riporta le principali caratteristiche dei migliori candidati alla sostituzione dei termoindurenti, accanto alle prestazioni tipiche di un generico prodotto termoindurente.

  Termoindurenti BMC ad alte prestazioni LATAMID 6 H2 G/65 LARAMID G/60 LATAMID 66 H2 G/50-GWHF1 LATICONTHER 62 CEG/500- V0HF1 LATAMID 66 H2 G/25-V0CT4 LARAMID G/30- V0HF1
Compound PET, 30% fibra vetro, ritardante alla fiamma PA6, 65% fibra vetro PPA, 60% fibra vetro PA66, 50% fibra vetro, ritardante alla fiamma, esente alogeni e fosforo rosso PA6, 50% fibra vetro/minerale, ritardante alla fiamma esente alogeni e fosforo rosso PA66, 25% fibra vetro, ritardante alla fiamma PPA, 30% fibra vetro, ritardante alla fiamma, esente alogeni e fosforo rosso
Densità
(g/cm3)
1.85 1.74 1.78 1.61 1.77 1.82 1.49
Modulo Elastico (23°C, MPa) 13000 20000 26500 16500 10000 9000 14000
Carico a rottura (23°C, MPa) 55 200 290 205 85 75 110
Allungamento a rottura (23°C,%) 0.4 2.2 2.6 2.2 1.5 2.4 1.2
Charpy (con intaglio, kJ/m2) 40 12 15 12 3.5 4.5 6
HDT
(1,8 MPa, °C)
>200 205 280 250 200 185 260
UL94 Resistenza alla fiamma V0 HB HB V1 (0,75mm) V0 (1.5/3.0 mm) V1 (0,75mm) V0 (1.5/3.0 mm) V0 (0.75/1.5/3.0 mm) V0 (0.75/1.5/3.0 mm)
GW FI (°C) na na na 960 (1.0/2.0 mm) 960 (1.0/2.0 mm) na 960 (1.0/2.0 mm)
GW IT (°C) na na na 800 (1.0/2.0 mm) 775 (1.0 mm) 825 (1.0 mm) - 875 (2.0 mm) 775 (1.0/2.0 mm)
CTI - (V) 600 na na 600 600 600 600
RTI (meccaniche senza impatto,°C) 130 na na na 130 65 na
Extra       disponibile anche in V0 (0,75 mm /1.5 mm/ 3 mm) Compound termicamente conduttivo NF F16 101/102: I2 F1 TS 45545: HL1- 2-3  

Sono innumerevoli i settori che possono trarre vantaggio dalla sostituzione dei termoindurenti con in termoplastici LATI: dal ferroviario all’elettrico, dall’elettronica all’arredamento, dalla meccanica all’industria alimentare.
I tecnici LATI sono a completa disposizione per lo studio e la messa a punto di nuove applicazioni thermoset-free.

20 Giugno 2013

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