Tecnologie Materie Plastiche Modulo1 Materiali Lezione 01. Marzo 08 - Pag 1/12

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Berta Massaro
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1 ITIS Giulio Natta Istituto Tecnico Industriale per la meccanica e le materie plastiche - Liceo Scientifico Tecnologico Via XX settembre 14/A - Rivoli TO Tecnologie Materie Plastiche Modulo1 Materiali Lezione 01 Contenuti 1. TIPI DI MATERIE PLASTICHE 2. RESINE TERMOINDURENTI 4. RESINE TERMOPLASTICHE 6. DIFFERENZE TRA AMORFI E SEMICRISTALLINI 7. TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA 9. COMPORTAMENTO DEI POLIMERI FUSI 12. VISCOSITA DEI TERMOPLASTICI 13. VISCOSITA DEI TERMOINDURENTI 14. MATERIALI PIU UTILIZZATI 15. LAVORAZIONI DEI MATERIALI PLASTICI Bibliografia De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici Hoepli Bertacchi G. Manuale dello stampaggio progettato Tecniche nuove Marzo 08 - Pag 1/12

2 TIPI DI MATERIE PLASTICHE Le Materie Plastiche sono classificate in due gruppi: TERMOINDURENTI TERMOPLASTICI RESINE TERMOINDURENTI Le resine termoindurenti, nella trasformazione, subiscono il seguente ciclo termico: riscaldamento (2 passaggi di stato) fusione (1 solido liquido) reticolazione (2 liquido solido) raffreddamento Questo processo è irreversibile: una volta indurita la resina non può più subire modifiche di forma, anche se riscaldata, perché sono intervenute reazioni chimiche che ne hanno modificato la struttura. Marzo 08 - Pag 2/12

3 Tabella 1.1. Resine termoindurenti RESINE FENOLICA Simbolo Intervallo di fusione [ C] Ritiro di stampaggio % PF ,3 0,7 UREICA EPOSSIDICA POLIESTERE UF ,4 0,8 EP ,1-04 UP ,3 0,8 Le resine termoindurenti sono caratterizzate da: intervallo di fusione T = 30 C ritiro di stampaggio <1% Marzo 08 - Pag 3/12

4 TERMOPLASTICI Le resine termoplastiche sono classificabili in due famiglie: AMORFI SEMI-CRISTALLINI caratterizzate da una differente struttura morfologica: Negli amorfi gli atomi sono disposti nella massa in forma caotica Nei semicristallini gli atomi sono disposti in modo da generare strutture spaziali ordinate, dette CRISTALLITI. Le resine termoplastiche (amorfe e cristalline), nella trasformazione, subiscono il seguente ciclo termico: riscaldamento fusione raffreddamento solidificazione Questo processo è reversibile: teoricamente i termoplastici sono formabili ogni volta che sono riscaldati (come per i metalli). In realtà ad ogni ciclo il materiale subisce un degrado:quindi dopo ogni ciclo il materiale è declassato nelle applicazioni fino al suo smaltimento. Marzo 08 - Pag 4/12

5 Tabella 1.2. Resine termoplastiche RESINE A M O R F I S. C R I S T A L. ABS POLISTIRENE POLICARBONATO POLIVINILCLORURO POLIETILENE LD POLIPROPILENE POLIAMMIDE 66 POLIETILENE TEREFTALATO Simbolo Intervallo di fusione [ C] Ritiro di stampaggio % ABS ,3 0,7 PS ,4 0,8 PC ,1-04 PVC ,3 0,8 LD PE PP 130 1,5 4 PA ,2 2,5 PET 225 1,2 2,8 Marzo 08 - Pag 5/12

6 DIFFERENZE DI COMPORTAMENTO TRA LE DUE STRUTTURE AMORFI: La fusione avviene entro un intervallo di temperatura ( T = 30 C ) entro il quale si ha un progressivo rammollimento. Il ritiro non supera l 1% SEMICRISTALLINI: La fusione avviene ad una temperatura sufficientemente definita (legata alla quantità di amorfo). Il ritiro è marcato e arriva fino al 5% [a causa della formazione dei cristalliti e del conseguente aumento della massa volumica (m=m/v): a parità di massa M di riempimento dello stampo -, se m aumenta V diminuisce (ritiro)] Marzo 08 - Pag 6/12

7 TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA (Tg) DEFINIZIONE (approssimativa) Temperatura al di sotto della quale il materiale diventa duro e fragile (come il vetro) Al di sopra di Tg il materiale diventa plastico e poi fluido sopra la Temperatura di fusione (Tf) AMORFO: SEMICRISTALLINO: Tf fuso Tf fuso Tg Elasto -plastico Ta Tg Elasto -plastico Ta vetroso vetroso A temperatura ambiente gli amorfi sono RIGIDI i semicristallini sono PLASTICI Marzo 08 - Pag 7/12

8 Tabella 1.3 Valori di Tg RESINE Simbolo Tg [ C] A M O R F I ABS POLISTIRENE POLICARBONATO POLIVINILCLORURO ABS 102 PS 90 PC 150 PVC 90 S. C R I S T A L. POLIETILENE LD POLIPROPILENE POLIAMMIDE 66 POLIETILENE TEREFTALATO LD PE -78 PP -35/+26 PA66 50 PET 69 Marzo 08 - Pag 8/12

9 COMPORTAMENTO DEI POLIMERI FUSI I Fluidi si distinguono in newtoniani e NON newtoniani - Un fluido si dice newtoniano se la sua VISCOSITA (η) indipendente dal gradiente di velocità (γ ) (share rate) Modello di Newton (η) è - Un fluido si dice NON newtoniano se la sua VISCOSITA (η) anche funzione del gradiente di velocità (γ ) (share rate) (η) è F H γ v 0

10 COMPORTAMENTO DEI POLIMERI FUSI Modello di Newton F v 0 H γ τ =F/A τ =η γ γ = v/ h A = area di contato piastra-fluido H= altezza del meato τ =tensione tangenziale (sul meato) V 0 = velocità piastra costante F = forza di spinta γ = gradiente di velocità (share rate) Marzo 08 - Pag 10/12

11 COMPORTAMENTO DEI POLIMERI FUSI Modello di Newton F v 0 H γ - fluido newtoniano : la sua VISCOSITA (η) è indipendente dal gradiente di velocità (γ ) (share rate) η = τ /γ = cost [Pa s] - fluido NON newtoniano :la sua VISCOSITA (η) è anche funzione del gradiente di velocità (γ ) (share rate) I polimeri fusi si comportano come fluidi NON newtoniani η = k τ / (γ ) r (con r=0,5 0,75) dalla relazione si deduce che la viscosità diminuisce all aumentare del gradiente di velocità (share rate) Marzo 08 - Pag 11/12

12 Viscosità in funzione del tempo (in ambiente a temperatura costante: Forno) per TERMOPLASTICI viscosità Man mano che la temperatura del materiale aumenta (con il trascorrere del tempo) la viscosità diminuisce fino alla fluidificazione. Appena superata questa fase la viscosità si stabilizza ad un valore costante. Il termoplastico, in teoria, si può lavorare -resta deformabile- per tempi lunghi (inferiori al degrado) solido fuso Tempo ( temperatura del materiale) Marzo 08 - Pag 12/12

13 Viscosità in funzione del tempo (in ambiente a temperatura costante: Forno) per TERMOINDURENTI viscosità solido 110 C 160 C fuso Man mano che la temperatura del materiale aumenta (con il trascorrere del tempo) la viscosità diminuisce fino alla fluidificazione. Continuando parte la reticolazione e la viscosità aumenta. Il termoindurente si può lavorare in un determinato arco temporale (a bassa viscosità). La finestra temporale di formabilità è tanto più stretta quanto più è alta la temperatura Tempo ( temperatura del materiale) Marzo 08 - Pag 13/12

14 TERMO INDURENTI MATERIALI PIU UTILIZZATI TERMOPLASTICI FENOLICHE: Più utilizzate per il basso costo EPOSSIDICHE: Più costose ma con migliori prestazioni POLIETILENE: Usato largamente PVC POLIPROPILENE (PP) POLISTIRENE (PS) POLIESTERE: Impiegate per compositi fibrosi (più economiche delle epossidiche) Marzo 08 - Pag 14/12

15 LAVORAZIONE DEI MATERIALI PLASTICI TERMO INDURENTI SFRIDI NON RECUPERABILI POLVERE GRANULI LIQUIDI - PASTA FORMATURA OGGETTI PEZZI Indurente e Catalizzatore riscaldamento Reazione chimica Nuove molecole TERMOPLASTICI SFRIDI RECUPERABILI GRANULI - POLVERE SEMILAVORATI FUSIONE FORMATURA PEZZI FILM PROFILATI riscaldamento Plastificazione Stampaggio raffreddamento Marzo 08 - Pag 15/12

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