Materiali per alte temperature

Quando si parla di impiego in temperatura, ogni polimero ha una sua finestra di applicabilità in sicurezza. Se le basse temperature non rappresentano normalmente un problema, già temperature superiori ai 90°C risultano critiche per materiali come il PP o il POM. Possiamo dire che per i polimeri tecnici di impiego corrente (es. PA66 o PBT) i 150°C rappresentino una soglia critica al di sopra della quale un’esposizione continua va valutata con prudenza.

L’esposizione a elevate temperature va esaminata con attenzione, stabilendo se si tratti di una condizione continuativa o di un picco sporadico, se contestualmente sia presente anche umidità ambientale o altro attacco chimico ecc. Sulla base di queste valutazioni si procederà scegliendo polimero di base, rinforzo e stabilizzazioni. Attenzione: nessuna modifica al polimero può alterarne le proprietà termiche fondamentali, come la temperatura di fusione o transizione vetrosa.

Nel caso in cui si stia lavorando con un polimero amorfo (PS, PC, ABS, PSU, PES, PPSU ecc.) è importante che la temperatura massima di impiego sia inferiore di almeno 20-30°C dalla temperatura di transizione vetrosa. Per un semicristallino stampato correttamente, specialmente qualora utilizzato per esempio in un compound rinforzato, è più complesso stabilire un limite: meglio consultare i valori di temperature index e interpellare i tecnici.

Nel caso in cui si stia lavorando con un polimero amorfo (PS, PC, ABS, PSU, PES, PPSU ecc.) è importante che la temperatura massima di impiego sia inferiore di almeno 20-30°C dalla temperatura di transizione vetrosa. Per un semicristallino stampato correttamente, specialmente qualora utilizzato per esempio in un compound rinforzato, è più complesso stabilire un limite: meglio consultare i valori di temperature index e interpellare i tecnici.

Il superamento della temperatura di transizione vetrosa provoca il rammollimento della porzione amorfa sempre presente nei polimeri, anche nei semicristallini. L’esposizione continua a temperature elevate può accelerare fenomeni degradativi promossi dall’ossigeno dell’aria (termo-ossidazione) o dall’acqua (idrolisi). I risultati più evidenti? Viraggio delle colorazioni, pessima estetica superficiale, infragilimento, perdita o alterazione di altre proprietà tecniche.

La temperatura di inflessione sotto carico (HDT) o il Vicat sono prove tecniche che forniscono un’indicazione di massima degli effetti della temperatura sui polimeri. Possono però perdere di significato nel caso di test svolti su formule più complesse. Per una progettazione più attenta è indispensabile disporre di informazioni più complete, per esempio le curve sforzo-deformazione in temperatura o i temperature index.

Per descrivere la capacità di un materiale plastico di resistere nel tempo agli effetti della temperatura sono stati elaborati diversi sistemi di valutazione, come quello descritto dalla norma IEC60216 o dallo standard UL746B. Si tratta di indici di temperatura stimati con complessi processi di condizionamento e impiegati per esempio nel calcolo dell’aspettativa di vita di applicazioni nel settore elettrico ed elettronico. Per ulteriori dettagli contattate i nostri tecnici.

La capacità di resistere alla temperatura è uno dei principali parametri con cui si stabiliscono le possibilità di impiego dei polimeri. I materiali plastici diventano più costosi man mano che aumenta la loro resistenza al calore ma la progressione non è lineare e prestazioni anche lievemente migliori possono comportare un aumento considerevole di costo. Per questo motivo è importante non sovrastimare la reale esposizione del materiale alla temperatura, né in continuo né di picco.

Mediante opportune stabilizzazioni è possibile prevenire e ritardare parte degli effetti degradativi sulle macromolecole polimeriche che il calore promuove e accelera. Non è però possibile spostare le temperature caratteristiche del polimero legate alla sua natura chimico-fisica, ovvero la temperatura di transizione vetrosa e quella di fusione.

Esistono diversi polimeri amorfi pensati per impiego a temperature superiori ai 150°C: il portafoglio prodotti LATI offre il PSU, il PES e il PPSU. Si tratta di materiali estremamente affidabili, sempre trasparenti, dotati di una buona resistenza meccanica e chimica. Sono però materiali molto viscosi allo stato di fuso, trasparenti ma di colore variamente ambrato, che richiedono una certa accortezza in fase di progettazione dei manufatti e di stampaggio.

Le poliammidi aromatiche (PPA) e il polifenilensolfuro (PPS) sono polimeri semicristallini generalmente pensati per l’impiego a temperature superiori ai 150°C. Esistono molti tipi di PPA e alcuni tipi di PPS, ma tutti hanno in comune ottima resistenza chimica e termica. Le PPA sono meccanicamente molto resistenti e colorabili, il PPS è meno resiliente, più stabile dimensionalmente, di colore naturale marrone e con una resistenza alle correnti striscianti inferiore rispetto alla PPA.

Materiali sofisticati e costosi come PPA, PPS, PPSU e PEEK impongono l’assoluto rispetto delle temperature previste per lo stampo e per il fuso. È fondamentale la perfetta termostatazione degli stampi, che devono essere riscaldati come previsto dalle relative schede tecniche usando acqua pressurizzata, olio diatermico o resistenze elettriche dove suggerito. Importantissimo anche il rispetto del tempo ciclo, soprattutto per i materiali semicristallini, e di un adeguato tempo di raffreddamento prima dell’estrazione.