INTRODUZIONE 4 COMPOSITI PLASTICI 7 COMPOSITI A MATRICE POLIMERICA 11 POLIMERI:GENERALITA 14 COMPOSITI PARTICELLARI 17 METODI DI FABBRICAZIONE

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1 INTRODUZIONE 4 COMPOSITI PLASTICI 7 COMPOSITI A MATRICE POLIMERICA 11 POLIMERI:GENERALITA 14 COMPOSITI PARTICELLARI 17 METODI DI FABBRICAZIONE PARTICELLARI 22 CARBONATO DI CALCIO 24 TALCO 27 MICA 28 CARICHE DI FORMA SFERICA 30 SILICE 33 CARICHE METALLICHE 34 CARICHE NATURALI DI NATURA ORGANICA 36 PROPRIETA MECCANICHE E TERMICHE DEI COMPOSITI PARTICELLARI 38 COMPOSITI CON FIBRE 45 GENERALITA 45 FIBRE DI CARBONIO 48 FIBRE ARAMMIDICHE 56 FIBRE CERAMICHE 58 FIBRE DI BORO 59 FIBRE DI VETRO 59 COMPOSITI A FIBRE CORTE 61 PROPRIETA MECCANICHE 61 COMPOSITI FIBRE LUNGHE 72 MACROMECCANICA DELLA LAMINA 76 1

2 MICROMECCANICA DELLA LAMINA 86 CARICHI DI ROTTURA 90 MACROMECCANICA DEL LAMINATO 92 IDENTIFICAZIONE SUCCESSIONE LAMINE NEL LAMINATO 98 PROGETTAZIONE 101 IL CEDIMENTO STRUTTURALE DEI COMPOSITI 110 TECNOLOGIE DI FABBRICAZIONE 117 LAVORAZIONE A MANO-LAMINAZIONE (HAND LAY-UP E SPRAY-UP) 118 STAMPAGGIO SOTTO VUOTO O A PRESSIONE 119 AVVOLGIMENTO-FILAMENT WINDING 120 PRODUZIONE CONTINUA (PULTRUSIONE) 123 STAMPAGGIO PER TRASFERIMENTO 124 FABBRICAZIONE DI COMPOSITI A FIBRE CORTE 126 APPLICAZIONI 128 CAMPO AEROSPAZIALE 128 TELAIO DI UNA VETTURA SPORTIVA IN MATERIALE COMPOSITO 133 FRENI A DISCO 137 VETRORESINA IN CAMPO NAUTICO 150 STRUTTURE A NIDO D'APE 155 2

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4 INTRODUZIONE Con il termine composito in generale si intende un materiale ottenuto combinando due o più componenti in modo che il prodotto finale abbia proprietà diverse da quelle dei singoli costituenti. I compositi sono generalmente costituiti da almeno due componenti, chiamati anche fasi, combinati in varie proporzioni e forme: una delle fasi, la matrice, è in forma continua, e ha per lo più lo scopo di assicurare una certa forma al pezzo nonché quello di proteggere e trasmettere in modo uniforme il carico alla fase di rinforzo. L altra, o le altre fasi, è rappresentata da un componente discontinuo: trattasi del rinforzo, carica o filler dir si voglia. L idea di base dei compositi è quella di ottimizzare, in termini di caratteristiche meccaniche e leggerezza, le prestazioni dei materiali cosiddetti convenzionali. Combinando, infatti, un materiale con una certa proprietà (p.e. un polimero), con un altro di proprietà differenti (p.e. fibre di vetro), è possibile ottenere un materiale, composto dai due, che ne esalti le caratteristiche migliori. I materiali compositi risultano particolarmente interessanti in quanto offrono particolari combinazioni di diverse proprietà che non possono essere contemporaneamente presenti nei materiali tradizionali come le leghe metalliche, i ceramici ed i polimeri. Un materiale composito è infatti un materiale multifase creato artificialmente e diverso da quelli che si trovano in natura: in base al principio delle azioni combinate, l ottimizzazione di una proprietà viene ottenuta mediante l attenta e studiata combinazione di due o più materiali differenti a costo anche di peggiorarne alcune altre. La figura sottostante mostra il Principio delle Azioni combinate per la resistenza meccanica. 4

5 Materiali compositi complessi sono largamente presenti in natura: nel legno delle piante un polimero di natura fibrosa, la cellulosa è tenuta assieme da sostanze cementanti, come la lignina; nelle ossa degli animali il tessuto connettivo contiene particelle di idrossiapatite. L utilizzo dei compositi come materiali da costruzione ha origini antichissime: già nell antico Egitto era usanza preparare i mattoni partendo da una miscela di fango rinforzato con paglia ed essiccato al sole! La più importante caratteristica dei materiali compositi è che possono essere progettati e preparati partendo da opportuni componenti in modo tale da ottenere le proprietà finali desiderate. Quindi il concetto della progettazione è di fondamentale importanza: a differenza di quanto avviene per altri materiali, nei quali la struttura viene preparata dopo averne progettato la forma e calcolate le dimensioni, note le proprietà del materiale costituente, nel caso di materiali compositi la struttura può essere realizzata contemporaneamente al materiale che la costituisce, e il materiale progettato e fabbricato con le proprietà desiderate in funzione delle proprietà che si vogliono attribuire alla struttura. La progettabilità costituisce senz altro la 5

6 caratteristica più "stimolante" di un materiale composito, unico tipo di materiale che può essere prodotto nella forma definitiva e con le proprietà volute mentre viene prodotto. Esistono diversi tipi di materiali compositi, classificabili a seconda dei materiali costituenti: in particolar modo in base al tipo di materiale di cui è costituita, la matrice assegna il nome ai vari tipi di compositi; avremo così compositi organici, metallici o ceramici a seconda che la matrice sia di materiale organico, metallico o ceramico. Tale distinzione, ancor prima che per motivi costruttivi o meccanici, si rende tanto più utile quanto più si risentono gli effetti della temperatura di esercizio. La matrice, infatti, deve poter rimanere allo stato solido e non viscoso per poter assicurare una certa tenuta tra le fibre di rinforzo. A tal proposito si può fare riferimento al seguente schema: Temperatura di esercizio max MATRICE ORGANICA <250 C MATRICE METALLICA < 1000 C MATRICE CERAMICA > 1000 C I rinforzi, atti ad assorbire la maggior parte delle sollecitazioni meccaniche, possono a loro volta essere di varia natura e forma: o rinforzi fibrosi di diametro 7-8 μm lunghezza qualche cm; o rinforzi particellari di diametro di qualche μm e lunghezza fino a mm; o rinforzi whiskers di diametro - 10 μm lunghezza mm. I rinforzi possono essere inoltre di diversa natura: metallica, vetrosa, ceramica, organica ecc. Una classificazione sommaria è la seguente: 6

7 COMPOSITI PLASTICI I compositi plastici ricoprono una vasta gamma di accoppiamenti fibra-matrice. Essi sono il materiale più noto per merito della vetro-resina, il primo tipo ad essere prodotto, costituita da fibre di vetro inserite in una matrice termoindurente (come la poliestere e la epossidica) o in una matrice termoplastica. Le vetro-resine ricoprono una vasta gamma di applicazioni ma è doveroso dire che finora il loro uso raramente ha comportato, nella sostituzione di elementi strutturali meccanici, l'impiego di tecniche di progettazione sofisticate e tali da sfruttare al meglio le possibilità offerte dal materiale. Oggi assistiamo, è vero, allo sviluppo delle suddette tecniche progettuali ma non si può negare che il loro impulso è stato dato dalla necessità di ben utilizzare i nuovi tipi di fibre artificiali disponibili a costi interessanti. Sia le fibre policristalline (carbonio e boro) sia quelle perfettamente monocristalline (whiskers) raggiungono valori del modulo di Young e della resistenza a trazione che possono superare di gran lunga i relativi valori dei materiali usuali. Mentre l'uso dì whiskers (fibre corte discontinue come Al 2 0 3, WC, SiC) comporta al momento notevoli difficoltà tecnologiche, le fibre di carbonio e boro hanno ormai superato la fase di sperimentazione e sono in uso per un crescente numero di 7

8 applicazioni industriali. Tutte le fibre fin qui accennate con l'aggiunta di quelle metalliche di berillio e di acciaio rientrano nella famiglia dei materiali inorganici (tab. I). Esistono anche le fibre organiche polimeriche di recente realizzazione la cui buona resistenza al calore e all ossidazione raggiunge i circa 300 C. Il materiale poliammidico (Nomex) è già stato impiegato per fibre in alcune strutture honeycomb cioè strutture a sandwich, a strati; oggi la ricerca tende a valorizzare tali materiali. Più in dettaglio, osservando e commentando lo schema, possiamo dire che la matrice può essere costituita da: o una materia plastica (termoplastici come il nylon e l'abs o termoindurenti come le resine epossidiche, le resine poliestere); o un metallo (generalmente alluminio, o titanio e loro leghe, più raramente magnesio o altri); o un materiale ceramico, generalmente carburo di silicio o allumina. All interno della matrice è dispersa (in varie modalità) una fase discontinua (generalmente fibrosa, ma a volte anche particellare), detta rinforzo o carica, ed ha in genere il compito di assicurare rigidezza e resistenza meccanica, assumendo su di sé la maggior parte del carico esterno applicato al materiale. A questo scopo fondamentale è la cura dell'adesione interfacciale tra fibre e matrice. Le fibre più usate sono la fibra di vetro, la fibra di carbonio e le fibre aramidiche, come il kevlar, e il Nomex, anche se ne esistono numerose di altri tipi, tra cui anche ceramiche. Nella grande maggioranza dei casi le matrici sono polimeriche perché garantiscono bassa densità (e quindi leggerezza del materiale finale): hanno però il difetto di calare drasticamente le performances al salire della temperatura. I campi di interesse sono i più disparati: nella tabella seguente vengono elencati esempi corrispondenti a diversi settori industriali oggi maggiormente importanti. 8

9 SETTORE INDUSTRIALE AERONAUTICO- AEROSPAZIALE AUTOMOBILISTICO NAVALE - MARINO CHIMICO EDILE ESEMPI parti di ali e code, fusoliere, antenne, pale di elicottero, carrelli di atterraggio, sedili, pavimenti, pannelli interni, serbatoi, involucri esterni e coni terminali di razzi e missili, tubi di lancio parti di carrozzeria, cabine per camion, spoilers, quadri comandi, pannelli porta-strumenti, alloggiamenti per luci, paraurti, molle per sospensioni, organi di trasmissione, ingranaggi, cuscinetti scafi, ponti, alberi, vele e relative stecche, profili strutturali, sagole di salvataggio, boe d'ancora, protezioni per motori, pannelli interni tubazioni, serbatoi, recipienti in pressione, tramogge, valvole, pompe, ventole e giranti, grate per pavimenti passerelle e ponti per traffico leggero, condotte sotterranee, recinzioni, profilati strutturali, zoccolini corrimano, ringhiere, grondaie, profili per finestre, elementi di rinforzo per il recupero edilizio ELETTRICO basette per circuiti stampati, pannelli, alloggiamenti, interruttori, isolatori, connettori, condotte porta cavi, scale isolate, corde, tralicci, 9

10 componenti per motori e trasformatori, utensili isolati AGRICOLO SPORT E TEMPO LIBERO strutture per silos e serre, palificazioni per piantagioni, recintazioni, archetti per tunnels, scale, botti per alimenti mazze da golf, racchette da tennis, elmetti protettivi, sci, tavole da surf e snow-board, archi e frecce, biciclette, canne da pesca, canoe, piscine, componenti per caravans e roulotte Nella presente trattazione ci soffermeremo a disquisire maggiormente circa i materiali compositi a matrice polimerica facendo solo qualche cenno ai compositi a matrice metallica e ceramica. 10

11 COMPOSITI A MATRICE POLIMERICA Il primo composito a matrice polimerica risale al 1908 ed era formato da resine fenoliche e fibre di cellulosa che, oltre all azione rinforzante, avevano lo scopo di ridurre lo sviluppo di prodotti gassosi in fase di stampaggio a caldo. Da allora i materiali compositi hanno raggiunto lo status di commodity negli anni 40 con le fibre di vetro in poliesteri insaturi. La tabella seguente mostra una ordinata cronologia dello sviluppo dei materiali compositi polimerici. Anno Materiale 1909 Compositi con matrice fenolo-formaldeide 1928 Compositi con matrice urea-formaldeide 1938 Compositi con matrice melamminica 1942 Compositi con fibra di vetroresina poliestere insatura 1946 Compositi a matrice epossidica 1946 Compositi nylon-vetro 1956 Compositi fenolica-asbesto 1964 Compositi con fibre di carbonio 1965 Compositi con fibre di boro 1969 Compositi ibridi carbonio-vetro 1972 Compositi con fibre arammidiche 1975 Compositi ibridi grafite-arammidiche Tabella 1.1 Cronologia dello sviluppo dei materiali compositi polimerici Molti materiali polimerici hanno la capacità di incorporare quantità anche rilevanti di cariche sotto forma di polvere fine, generalmente di natura inorganica (per esempio carbonato di calcio, talco sferette di vetro, silice, silicati, polveri metalliche, ossidi metallici, grafite, nerofumo); in alcuni casi vengono usati anche materiali di natura 11

12 organica ( per esempio cellulosa, farina di legno). I materiali che si ottengono in questo modo vengono detti compositi particellari a matrice polimerica: ad essi con un opportuna formulazione possono impartirsi caratteristiche elettriche, termiche, magnetiche, che non sono proprie del materiale base, oppure si possono modificare sostanzialmente le sue proprietà. Dal punto di vista meccanico non si può affermare che l incorporazione di cariche in polvere produca effetti sempre positivi: se il modulo elastico, la durezza e la resistenza all usura possono migliorare, viceversa il carico di rottura e la duttilità peggiorano. In questo settore l esperienza ha mostrato che le caratteristiche fisiche e meccaniche del composito dipendono, oltre che dalla proprietà dei singoli componenti, dalle dimensioni, dalla forma e dal grado di dispersione delle particelle, nonché dal grado dall adesione tra queste e la matrice polimerica. Alcune proprietà sono valutabili a priori con sufficiente precisione, (modulo elastico), altre hanno andamenti imprevedibili perché sono influenzate anche dalle tecniche di lavorazione. La deformazione a rottura, per esempio è molto sensibile ai difetti che facilmente si introducono nel materiale in fase di lavorazione. Gli aggregati costituiscono inoltre un elemento di discontinuità del materiale, che determina il deterioramento di alcune importanti caratteristiche meccaniche, come la resistenza all impatto;in fase di lavorazione se ne deve prevenire dunque la formazione. Nei compositi fibrosi vengono impiegate fibre corte e discontinue, oppure fibre lunghe e continue. A differenza di quanto accade nei compositi particellari, inoltre tali fibre possono essere disposte secondo orientazioni casuali od orientate in direzioni prestabilite (per esempio lungo la direzione del carico), in modo da ottenere manufatti con proprietà diverse nelle diverse orientazioni spaziali. Nel caso di fibre le proprietà sono determinate, oltre che dal tipo di fibra e di matrice, anche dalla lunghezza delle fibre e dalla loro orientazione nel manufatto. In generale incominciamo a dire sin da ora che le proprietà meccaniche dei compositi con fibre lunghe sono più elevate di 12

13 quelle di compositi con fibre corte, anche se la differenza tende a diminuire all aumentare della lunghezza di queste ultime e del disallineamento di quelle lunghe rispetto alla direzione del carico applicato. Per determinate applicazioni è più conveniente ricorrere a compositi ibridi, contenenti cioè fibre di due o più tipi, disposti all interno di lamine diverse, alternate secondo criteri di ottimizzazione delle proprietà progettate per la struttura complessiva. E il caso di compositi ibridi con fibre di carbonio e fibre di kevlar. Nella tabella che segue sono riportate le proprietà di alcune fibre utilizzate nei compositi a fibre lunghe. Fibra Diametro Densità Carico di rottura Modulo elastico tipico ρ σ b E (µm) (g/cm 2 ) (MPa) (GPa) Vetro E 10 2, Vetro S 10 2, Aramide Kevlar 29 1, Kevlar 49 11,9 1, Carbonio P-55 2, P , T , Polietilene Spectra , Tabella 1.3 Proprietà di alcune fibre utilizzate nei compositi a fibre lunghe Occorre precisare che, anche da un punto di vista prettamente economico, l aggiunta di cariche siano esse fibre o particelle di vario tipo, non rappresenta sempre un vantaggio. L aggravio che ne può derivare in termini di maggiore complessità dei cicli di lavorazione deve essere infatti compensato o da una riduzione 13

14 del costo del composito o da un deciso miglioramento di una qualche caratteristica che ne giustifichi il costo maggiore. Segue adesso qualche piccolo cenno sui materiali polimerici costituenti le matrici. POLIMERI: GENERALITA Segue qualche piccolo cenno sui materiali costituenti le matrici polimeriche. Un polimero (dal greco molte parti) è una macromolecola, ovvero una molecola dall'elevato peso molecolare, costituita da un gran numero di piccole molecole (i monomeri) uguali o diverse (copolimeri) unite a catena mediante la ripetizione dello stesso tipo di legame. Benché a rigore anche le macromolecole tipiche dei sistemi viventi (proteine, acidi nucleici, polisaccaridi) siano polimeri, col termine "polimeri" si intendono comunemente le macromolecole di origine sintetica: materie plastiche, gomme sintetiche e fibre tessili (ad esempio il nylon). Esempi di monomeri possono essere il cloruro di vinile o l'etene: il primo dà origine al cloruro di polivinile, altrimenti detto polivinilcloruro, PVC, il secondo al polietilene detto anche politene. In generale possiamo distinguere: polimeri termoplastici: sono un gruppo di materie plastiche che acquistano malleabilità, cioè rammolliscono, sotto l'azione del calore. In questa fase possono essere modellate o formate in oggetti finiti e quindi per raffreddamento tornano ad essere rigide. Questo processo,teoricamente,può essere ripetuto più volte in base alle qualità delle diverse materie plastiche; polimeri termoindurenti: sono un gruppo di materie plastiche che, dopo una fase iniziale di rammollimento dovute al riscaldamento, induriscono per effetto di reticolazione tridimensionale. Nella fase di rammollimento per effetto combinato di calore e pressione risultano formabili. Se questi materiali vengono riscaldati dopo l'indurimento non ritornano più a rammollire, ma si decompongono carbonizzandosi. 14

15 Tra i primi il più comune fra tutte le materie plastiche è il polietilene detto anche politene. Il polietilene (o politene) è il più semplice dei polimeri sintetici ed è il più comune fra le materie plastiche. Viene spesso indicato con la sigla "PE", così come ad esempio si usa "PS" per il polistirene o "PVC" per il polivinilcloruro. Ha formula chimica (-CH 2 -) n dove n può arrivare fino ad alcuni milioni. Le catene possono essere di lunghezza variabile e più o meno ramificate. Il polietilene è una resina termoplastica, si presenta come un solido trasparente (forma amorfa) o bianco (forma cristallina) con ottime proprietà isolanti e di stabilità chimica, è un materiale molto versatile ed una delle materie plastiche più economiche; gli usi più comuni sono come isolante per cavi elettrici, film per l'agricoltura, borse e buste di plastica, contenitori di vario tipo, tubazioni, strato interno di contenitori asettici per liquidi alimentari ("brick") e molti altri. Il polietilene si sintetizza a partire dall etene secondo la reazione: n CH 2 =CH 2 [-CH 2 -CH 2 -] n La molecola dell etene è caratterizzata dal doppio legame fra gli atomi di carbonio che la rende particolarmente stabile. Il cloruro di polivinile, noto anche come polivinilcloruro o con la corrispondente sigla PVC, è il polimero del cloruro di vinile. È il polimero più importante della serie di quelli ottenuti da monomeri vinilici ed è una delle materie plastiche di maggior consumo al mondo. Puro, è un materiale rigido; deve la sua versatilità applicativa alla possibilità di essere miscelato anche in proporzioni elevate a prodotti plastificanti, quali ad esempio gli esteri dell'acido ftalico, che lo rendono flessibile e modellabile. Il PVC si sintetizza a partire dal cloruro di vinile secondo la reazione: CH 2 =CHCl -->...-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 - CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl Viene prevalentemente usato per: finestre, serramenti esterni, giocattoli, bottiglie, contenitori, grondaie. 15

16 Il poliuretano, ma sarebbe meglio dire i poliuretani, è una famiglia di polimeri in cui la catena polimerica è costituita di legami uretanici. È largamente impiegato per produrre schiume rigide e flessibili, elastomeri, guarnizioni ed entra come componente anche nella produzione di alcuni tipi di vernici. Il polipropilene (PP) è un composto plastico che può mostrare diversa tatticità. Il prodotto più interessante dal punto di vista commerciale è quello isotattico, che è caratterizzato da un elevato carico a rottura, una bassa densità, una buona resistenza termica e all'abrasione. La densità è di 0,9 g/cm³ e il punto di fusione è di 165 C e oltre. Le proprietà chimiche, determinate nella produzione, comprendono la stereoregolarità, la massa molecolare e la distribuzione di massa molecolare.il prodotto atattico si presenta invece come un solido dall'aspetto gommoso di scarso interesse commerciale (è stato usato solo come additivo). Il polipropilene ha conosciuto un gran successo nell'industria della plastica: molti oggetti di uso comune, dagli zerbini agli scolapasta per fare alcuni esempi, sono fatti di polipropilene. Di seguito sono mostrate le catene polimeriche del tipo isotattico e del tipo sindiotattico rispettivamente. Il nylon è una famiglia di polimeri sintetici (poliammidi), il cui capostipite - il nylon 6,6 - fu messo a punto il 28 febbraio 1935 da Wallace Carothers alla DuPont di Wilmington, Delaware (USA). I nylon sono usati soprattutto come fibra tessile e per produrre piccoli manufatti. Nylon 6,6: è il prodotto della polimerizzazione per condensazione di esametilendiammina e acido adipico; è il nylon per antonomasia ed è il più diffuso. Nylon 6: è il prodotto della polimerizzazione per condensazione del caprolattame. Di seguito il nylon 6 e il nylon

17 Tra i materiali termoindurenti distinguiamo diversi tipi di resine. Con resina artificiale (o resina sintetica) si intende in genere un materiale viscoso, di aspetto simile alla resina vegetale, capace di indurirsi a freddo o a caldo. Si tratta in genere di un'ampia classe di differenti e complessi polimeri, che si possono ottenere con una grande varietà di metodi e materie prime. Fra le resine sintetiche più comuni citiamo le resine fenoliche, le resine epossidiche, le resine poliestere insature (UPR, Unsaturated Polyester Resin) e le resine vinil-estere (VE). Una resina sintetica non viene in genere commercializzata come tale, ma ne vengono venduti i suoi precursori, nella forma di due componenti separati, l'oligomero e l'agente reticolante, che vengono miscelati al momento dell'uso. La miscelazione innesca la reazione di reticolazione che trasforma l'oligomero, solitamente un liquido oleoso poco viscoso capace di adattarsi ai più piccoli dettagli dello stampo, nel polimero solido, una materia plastica solitamente trasparente che può venire successivamente lavorata, colorata e decorata. Gli usi delle resine artificiali sono i più disparati. Vari tipi di resine artificiali sono utilizzati come basi per adesivi; uno degli usi principali è per l appunto quello nelle matrici di materiali compositi. Impieghi includono materiali edilizi (pannelli, condotte eccetera) oppure le resine a scambio ionico per la purificazione dell'acqua. Anche in campo artistico si usano tali resine (in genere resine poliestere), ad esempio nella produzione di figurine e statue in plastica come alternativa (più leggera e meno tossica) al piombo metallico. Di seguito qualche particolare sui diversi tipi di resina. o Resine fenoliche: Le caratteristiche dipendono dai materiali con cui sono mescolate. Sono una famiglia di polimeri ottenuti per reazione tra fenolo e 17

18 formaldeide; in funzione del rapporto tra i due reagenti si dividono a loro volta in novolacche e resoli. Una di esse, la bachelite, è considerata la prima materia plastica sintetica comparsa al mondo. Usi: settore casalingo, mobili per televisori. o Resine ureiche: dure e colorate. Hanno buone proprietà meccaniche e sono facilmente lavorabili. Usi: spine, prese, elettrodomestici, interruttori. o Resine melamminiche: buona resistenza alle alte temperature e all'umidità. Usi: Laminati, settore casalingo, arredamenti, vernici. o Resine epossidiche: eccellente adesività, resistenza al calore e chimica. Inoltre possiedono buone proprietà meccaniche e sono ottimi isolanti elettrici. Usi: vernici, rivestimenti, adesivi e materiali compositi. o Resine poliesteri insature: Sono leggere, facilmente lavorabili e resistenti agli agenti atmosferici. Usi: Piscine, coperture per tetti. Si è già detto che nel caso di materiali compositi le resine maggiormente utilizzate per matrici di materiali compositi sono le epossidiche, poliesteri insature, e le vinilestere. 18

19 COMPOSITI PARTICELLARI Le resine sintetiche non sono in generale adoperate allo stato puro ma, durante la lavorazione, vengono mescolate con quantità più o meno rilevanti di sostanze definite filler, riempitivi o cariche. Per ora diciamo che uno dei vantaggi dei compositi particellari a differenza di quelli rinforzati con fibre, è quello di avere un comportamento costitutivo generalmente isotropo. A tal proposito un aspetto molto importante, di cui finora non abbiamo parlato, è quello facente riferimento alla anisotropia dei materiali compositi. Infatti per la presenza di una fase continua (matrice ) ed una discontinua (rinforzo), i materiali compositi presentano spiccata caratteristiche di anisotropia sia da un punto di vista elastico che di resistenza meccanica. II grado di anisotropia potrà essere maggiore o minore a seconda della orientazione assunta dalle fibre nella matrice; più marcato nel caso di fibre disposte tutte parallelamente tra di loro, meno se orientate in maniera diversa o addirittura casuale. Per ottenere le più diverse orientazioni, si possono utilizzare dei veri e propri tessuti di fibre, oppure sovrapporre più lamine con le fibre orientate in maniera differente: di questo si parlerà ampiamente a proposito dei compositi fibrosi. I vantaggi dei compositi particellari possono riassumersi in: minori costi di produzione; facilità dei processi di formatura anche di forme complesse; comportamento costitutivo isotropo: comportamento che in presenza di sbalzi di temperatura può risultare vantaggioso. Dell ultimo punto ne abbiamo già discusso. Dei primi due se ne parlerà più avanti: diciamo ora in generale dei compositi particellari. I filler vengono adoperati sia nei polimeri termoplastici, sia nelle resine termoindurenti. A seconda dello scopo per cui vengono aggiunti si distinguono in riempitivi, rinforzanti e diluenti. I riempitivi sono materiali di basso costo e larga disponibilità, nella maggior parte 19

20 dei casi sotto forma di polveri (non metalliche). Vengono aggiunti in quantità molto rilevanti fino all 80% in volume. I rinforzanti sono invece materiali introdotti nel polimeri con lo scopo principale di migliorare le caratteristiche meccaniche (modulo elastico, carico di rottura, durezza superficiale, resistenza all urto) e termiche (stabilità dimensionale a caldo, resistenza al calore e alla fiamma). I diluenti sono invece materiali aggiunti al polimero per rimpiazzare parzialmente additivi di maggior costo (per esempio pigmenti) oppure per migliorare la lavorabilità del composito. Alcuni filler sono di uso generale e vanno bene in pratica per qualunque polimero; altri invece trovano impiego per certe categorie di polimeri o sono addirittura specifici per un dato materiale polimerico. Tra i filler di uso generale ricordiamo il carbonato di calcio, oppure la bentonite entrambi usati in quasi tutti i termoplastici. Il nerofumo, è invece il filler rinforzante più indicato per le gomme. Molte cariche organiche, cometa farina di legno o i fiocchi di cotone, trovano il loro maggiore impiego nelle resine termoindurenti. Tra i diluenti si trovano la silice e vari silicati di calcio. In generale si può affermare che con una opportuna formulazione, si possono impartire caratteristiche elettriche, termiche, magnetiche, che non sono proprie del materiale matriciale. La tabella seguente contiene una classificazione funzionale delle cariche. Utilizzo Tipo di carica Usi generali Ritardanti di fiamma Conducibilità elettrica Rigidità dielettrica Resistenza all abrasione Resistenza all impatto Carbonato di calcio, silice, allumina, talco, mica, ossido di zinco, solfato di bario Allumina triidrata, triossido di arsenico, ossido di antimonio, bicarbonato di ammonio Argento, rame, alluminio, grafite Allumina, silice, mica Allumina, silice, carburo di silicio, metalli Gomme Tabella 1.2 Classificazione funzionale delle cariche 20

21 Molto importante è l interazione tra il polimero e la carica. Alcune volte, quando si ha a che fare con polimeri non polari (per esempio polietilene, o altri polimeri caratterizzati da scarse proprietà di adesione nei confronti delle cariche), tale interazione è praticamente nulla e le particelle di filler si comportano come semplici inclusioni nella matrice. In questi casi la carica indebolisce la matrice e agisce da semplici diluente. In altri casi, grazie alla natura polare del polimero, (per esempio PVC) e alle caratteristiche superficiali delle cariche, si possono stabilire forze anche molto intense, e legami chimici veri e propri tra i due costituenti. In generale diciamo che è essenziale che le cariche vengano bagnate dal polimero costituente la matrice: questo è il motivo per cui per cui molte volte vengono trattate superficialmente con silani, stereati, o altri additivi bagnanti/accoppianti, studiati per il caso specifico. Fattori molto importanti nell interazione polimero-carica sono: le dimensioni delle particelle, la forma delle medesime e la loro porosità. E stato trovato che, in linea generale, a parità di frazione volumetrica, l effetto rinforzante migliora con il diminuire delle dimensioni delle particelle: per particelle di diametro sotto 0,2 micrometri il limite elastico e il carco di rottura crescono linearmente con il diminuire delle dimensioni delle particelle. Molta importanza può avere in certi casi anche la distribuzione delle dimensioni delle particelle, specialmente per quanto riguarda l efficienza di impaccahettamento della carica. Per molte proprietà si osserva che aumentando la concentrazione in filler, si arriva a duna valore della frazione volumetrica in corrispondenza del quale si ha ottimizzazione della proprietà esaminata. Una particolare attenzione è posta al potere abrasivo della carica per il danneggiamento che la sua presenza nel composito potrebbe arrecare alle apparecchiature di miscelazione, lavorazione e formatura. Materiali a bassa durezza di Mohs, come il Talco, il Caolino, ed il carbonato di calcio, cono meno dannosi rispetto a materiali più duri come la silice o i feldspati: a 21

22 tal proposito si dice che si preferisce il filler per cui il grado a cui corrisponde il residuo più basso al setaccio a 325 mesh. La reattività chimica del filler può incidere sulle qualità superficiali del manufatto e sulla sua curabilità. Per esempio, cariche di carbonato di calcio (ph:9-10) rendono la superficie del composito alcalina e facilmente deteriorabile anche in ambiente debolmente acido. Dal punto di vista della resistenza chimiche invece la Barite è il più insolubile dei filler inorganici solitamente impiegati. Di notevole importanza è poi la morfologia delle particelle di filler: cioè la loro forma e il modo di aggregazione. Si può dire che esistono nei filler tante morfologie quanti sono i prodotti impiegati. Alcune cariche hanno forma arrotondata, forma assunta durante la macinazione a secco o a umido, per cui vengono smussati i loro spigoli. Altri filler sono invece sotto forma di lamelle (metalli, mica e talco). Rara è la morfologia acculare, cioè a foglia allungata, ad ago: questa si trova solo in certi tipi di minerali (Wollastonite e talco della California). METODI DI FABBRICAZIONE DEI PARTICELLARI Per quanto concerne le masse da stampaggio a base di materiali termoplastici caricati, vengono dapprima preparate miscelando la resina con le cariche e tutti gli altri agenti ausiliari (stabilizzatori, scivolanti, lubrificanti, ecc.) e successivamente granulate in determinate dimensioni. Per lo stampaggio a iniezione e per l estrusione vengono consigliati granulati compatti, ben scorrevoli, di dimensioni da 2 a 5 mm. Per la granulazione pre-miscele di materie prime e agenti ausiliari vengono fuse ed omogeneizzate mediante grossi estrusori a vite, estrusori planetari oppure miscelatori a vite per i materiali di rinforzo. Le masse fuse vengono addotte, attraverso una testa con filiera multipla, a granulatori sommersi che, immediatamente all uscita, scaricano in una corrente di acqua fredda granuli di forma diversa (da lenticolare a sferica) oppure vengono fatte passare attraverso bagni di raffreddamento e quindi frantumate 22

23 mediante granulatori ottenendo granuli cilindrici o cubici. Le figura seguenti mostrano un estrusore a vite, monovite e bivite. Nel processo di estrusione, plastica in forma di granuli o polvere (dry-blend) insieme alla carica vengono alimentati in un miscelatore riscaldato dove viti rotanti omogeneizzano il tutto. La massa fusa viene poi spinta attraverso una filiera per dare un prodotto finito o semi-finito. Per la preparazione di masse da stampaggio a base di resine termoindurenti contenenti filler si procede premiscelando le cariche a freddo dopo eventuale essiccazione con resina polverizzata ad un certo stadio di policondensazione, con coloranti e scivolanti; si procede quindi a plastificazione e omogeneizzazione su cilindri riscaldati. La resina, durante questo trattamento procede nella policondensazione portandosi alla viscosità opportuna per le ulteriori lavorazioni. I 23

24 compound vengono successivamente raffreddati, frantumati, macinati e messi in commercio come polveri da stampaggio. Vi sono chiaramente varianti e particolari tecnici di compounding (composizione), legati allo stato fisico della resina (liquida o solida) e alla natura del filler. Segue adesso una carrellata sulle principali cariche utilizzati nei compositi particellari. CARBONATO DI CALCIO Il carbonato di calcio (CC) è la carica maggiormente utilizzata nei composti particellari essendo caratterizzata da: o basso costo; o assenza di tossicità (adatto quindi ad articoli destinati a venire in contatto con alimenti); o colore bianco; o bassa durezza (circa 3 della scala Mohs, nessuna usura delle macchine); o facilità di trattamento superficiale; o carattere basico. I tipi di maggior uso sono quelli macinati:prima della macinazione di eliminano le impurezze quali gli ossidi di ferro e la silice. Si possono usare anche precipitati nel caso di elevate purezze richieste. Il trattamento superficiale viene effettuato prevalentemente mediante acido stereatico o stereato di calcio. Nel caso di PVC rigido, il CC può essere usato fino a tenori del 40% in peso, oppure a bassi livelli di concentrazione (fino al 5% con dimensioni di 2-3μm), se si tratta semplicemente di modificare il comportamento reologico della resina. Un esempio di CC in PVC rigido è quello utilizzato per le tubazioni rigide: nella tabella seguente vengono riportate le caratteristiche principali. 24

25 PVC CC Modulo elastico (GPa) 2,9 3,1 3,4 3,8 Resistenza a trazione (MPa) Resilienza IZOD 0,65 0,93 1 0,98 Temperatura di distorsione ( C) Variazione di peso (14 gg. a 55 C in H 2 SO 4 ) -0,052-0,061-0,07-0,09 Variazione di peso in olio ( 30 gg. a 23 C) 0,03 0,11 0,09 0,08 Tabella 2.1 Proprietà del PVC rigido per tubazioni Nel caso di PVC plastificato (flessibile) si possono raggiungere anche tenori molto elevati di CC, come 100 phr (parti di carica su 100 parti di polimero), con dimensioni medie delle particelle da 3-15 μm. Le particelle più fini causano aumenti considerevoli di viscosità. Applicazioni tipiche per questi compound sono manufatti per isolamento elettrico, pavimentazione e tubi flessibili. Seguono due tabelle con le caratteristiche riportate di compositi PVC plastificato per tubi flessibili e compositi a base di resine poliestere insature. CC 0 phr 36 phr 100 phr PVC/DOP 100/40 100/43 100/43 Carico di rottura (MPa) Modulo secante (Mpa) (100%) Allungamento a rottura (%) Perdita in peso per abrasione (mg) (Taber) Durezza (Shore A) Tabella 2.2 Proprietà di PVC plastificato per tubi flessibili Nelle resine poliestere insature le applicazioni più importanti del CC si hanno negli SMC (Sheet Molding Compound: composizioni per stampaggio da lastre) e 25

26 BMC (Bulk Molding Compound: composizioni per stampaggio in massa). Negli SMC sono presenti anche fibre corte di vetro e modificatori di viscosità come MgO, agente di ispessimento. Il CC è usato anche nel polipropilene per masse da stampaggio fino a tenori di circa 60 parti in peso. Il polietilene non viene generalmente caricato con CC a causa della scarsa adesione reciproca. Componenti Parti in peso Premix BMC SMC Resina poliestere CC (5 µm) Ossido di magnesio Fibra di vetro (6 mm) Fibra di vetro (5 cm) Resistenza a flessione (MPa) Modulo elastico (GPa) Resilienza IZOD 5-7 4,5-6, Durezza Barcol Tabella 2.3 di calcio Proprietà di compositi a base di resine poliestere insature contenenti carbonato Parti in peso Polipropilene CC Modulo elastico (GPa) 2,9 3 3,2 Resistenza a trazione (MPa) Resistenza IZOD (senza intaglio) Tabella 2.4 stampaggio a compressione Proprietà di compositi a base di polipropilene con carbonato di calcio per 26

27 TALCO Chimicamente il talco è un silicato idrato di magnesio: 3. La sua MgO4SiO2H 2O composizione può variare considerevolmente a seconda del luogo di estrazione. Il talco trova larga applicazione industriale; come materiale di carica viene usato nell'industria della carta, al fine di ottenere superfici lisce e bianche; come lubrificante secco, nell'industria tessile, per appesantire e lubrificare filati e tessuti; impastato con feldspato e argilla, formato e successivamente cotto a 1480 C, è usato come materiale refrattario, particolarmente resistente agli sbalzi termici. Viene adoperato inoltre in profumeria (ciprie e saponi); nella preparazione di anticrittogamici; nella brillatura del riso; nell'industria delle sostanze coloranti; e in quella dei pellami, degli esplosivi e dei prodotti farmaceutici. La morfologia del talco può essere lamellare o aciculare, anche se quello usato come filler a forma lamellare per le migliori caratteristiche meccaniche del composito risultante. Ha un elevato rapporto di forma per cui è un importante rinforzane oltre che diluente. I polimeri caricati con talco mostrano un aumento del modulo elastico E, e della resistenza al creep, rispetto a quelli caricati con CC. A causa dell elevato rapporto di forma, è opportuno curare attentamente la fase di miscelazione. Per questo si usano talchi trattati, anche per limitare gli effetti di infragilimento che il talco induce. Viene utilizzato prevalentemente nel polipropilene:settore automobilistico e degli elettrodomestici. Le prestazioni meccaniche del polipropilene (PP) caricato con talco sono migliori di quelle del PP caricate con CC; tuttavia per concentrazioni superiori al 40 % in peso di elevata finezza è opportuno usare stabilizzanti. Infatti occorre prestare attenzione però alla stabilità ad alta temperatura: in generale nel caso di cariche con elevata superficie specifica la resistenza alla degradazione termica è bassa. 27

28 Non caricato 20% talco 40% talco Modulo elastico (GPa) 1,6 2,7 4,2 Carico di snervamento (MPa) Resilienza IZOD (ft-lb/in) 0,58 0,47 0,42 Temperatura di distorsione ( C) Tabella 2.5 Proprietà del polipropilene caricato con talco Polietilene PVC rigido Polistirolo (medio peso molecolare) antiurto Non 40% Non 30% Non 40% caricato talco caricato talco caricato talco Modulo elastico (GPa) 1,1 3,3 3,5 7,2 2,3 5,7 Carico di snervamento (MPa) Resilienza IZOD (ft-lb/in) 3,7 3,7 0,6 0,23 2,75 0,45 Tabella 2.6 Proprietà di alcuni polimeri caricati con talco MICA La mica è un silicato di alluminio e potassio.a temperatura ambiente ha un aspetto lamellare, colore variabile grigio-giallognolo o nerastro luccicante, inodore. A causa della sua struttura laminare presenta sfaldatura "a foglietti", lungo piani paralleli alle lamine. Ti piamente le miche sono caratterizzate da due strati di tetraedri di Si O e 2 5 2, da uno ottaedrico di ioni 3 + Al +, Mg e OH- (spessore degli starti circa 10μ). Questi tre strati sono legati debolmente a strutture simili mediante cationi di K, Li, Na, Ca. Le miche commercialmente più importanti sono la flogopite e la muscovite. Durante la macinazione del materiale, si ha distacco tra gli strati, per cui si formano laminette estremamente sottili di dimensioni 1μ e trasversalmente dai 4 ai 100 μ. In seguito 28

29 all elevato rapporto di forma (tipo HAR: high aspect ratio) e alla facilità con cui le laminette di mica si orientano le uno con le altre, possiamo ottenere compositi con diverse caratteristiche cambiando le tecnologie di lavorazione o semplicemente lo spessore dei manufatti: l orientamento delle laminette nel fuso polimerico comporta grosse variazioni di resistenza alla frattura in presenza di intagli superficiali di profondità maggiore dello spessore della pelle. Gli incrementi del modulo elastico E sono particolarmente rilevanti. Materiale Modulo elastico (GPa) Resistenza a flessione(mpa) Polietilene Polipropilene Nylon Nylon 66 (particelle non orientate) Copolimero stirene-acrilonitrile (SAN) Tabella 2.7 Proprietà meccaniche di polimeri termoplastici contenenti il 50% di mica L introduzione della mica produce però un peggioramento della resilienza:l infragilimento può essere evitato combinando alla mica, fibre di vetro. Laddove le caratteristiche di resilienza non siano importanti può essere usata la mica al posto delle fibre di vetro, molto meno costoso. Anche nel caso della mica è essenziale che la matrice bagni e aderisca bene alle particelle del filler, per cui è consigliabile un trattamento superficiale della carica con silani, e gli amminosilani. 20% vetro 50% mica 20% vetro 30% mica Modulo elastico (GPa) 5, Carico di rottura (MPa) Resilienza IZOD (ft-lb/in) con intaglio 0,9 1,4 0,9 Resilienza IZOD (ft-lb/in) senza intaglio 7,7 4,1 7,5 Tabella 2.8 Proprietà di compositi nylon 66/mica/fibra di vetro 29

30 La mica trova impiego anche nei polimeri termoindurenti, come le resine fenoliche, per migliorarne il comportamento dielettrico. Una formulazione tipica è quella costituita da 100 parti di novalacca e 150 parti di mica, che mostra notevoli caratteristiche dielettriche alle elevate tensioni (per esempio negli spinterogeni del motore a scoppio). Grazie alla caratteristica dei termoindurenti di bagnare molto bene le cariche, si originano in tal caso compositi con elevate caratteristiche resistenziali (eccetto che per la resilienza). Modulo elastico (GPa) Resistenza (GPa) Resina poliestere Resina epossidica Resina fenolica Resina fenolica (con mica a basso fattore di forma) BMC (tipico) Tabella 2.9 Proprietà di resine termoindurenti caricate con mica (50% in volume) CARICHE DI FORMA SFERICA Un tipo particolare di filler è costituito da particelle di forma sferica, caratterizzate dal più basso rapporto superficie/volume. Anche se esistono cariche di forma sferica di tipo diversissimo, il mercato è oggi dominato dalle sferette di vetro ( SiO 2 72%, CaO 8%, Na 2 O 14%), con dimensioni variabili tra i 5 e i 700 μm, con o senza trattamento superficiale. I vantaggi delle sferette di vetro sono: o o o la loro regolarità; la bagnabilità da parte del polimero fuso; a parità di concentrazione sono quelle che causano il minor aumento di viscosità del composito; o si riducono le tensioni interne; 30

31 o si facilita lo stampaggio di forme complesse. Le caratteristiche meccaniche migliorano notevolmente se si usano le sferette di vetro insieme a fibre di vetro corte. Oltre a cariche di forma sferiche piene al loro interno, possiamo avere anche cave, prodotte di diversi materiali (carbonio, vetro, ceramiche, polimeri) ma soprattutto di 3 vetro: esse hanno una densità di 0.3 g / cm e dimensioni comprese tra 50 e 100 μ. Vengono utilizzate sia in polimeri termoplastici che in polimeri termoindurenti per ridurre il peso dei manufatti e la loro conducibilità termica; le sferette sono in grado inoltre di resistere a pressioni elevatissime (10MPa). In alcuni casi anch esse vengono combinate con fibre di vetro per aumentare la leggerezza del manufatto. Importanti applicazioni in cui sono essenziali leggerezza, coibenza termica e stabilità termica sono rappresentate dagli schermi ablativi che proteggono i veicoli spaziali nella fase di rientro nell atmosfera, si ha in tal caso una matrice fenolica epossidica, e dagli elementi di isolamento termico nei missili a combustibile solido. Nel settore nautico vengono impiegate le sferette per alleggerire gli scafi e coperte in vetroresina e nell industria elettronica si usano formulazioni a base di resine epossidiche e microsfere cave per produrre materiali con bassi valori della costante dielettrica e del fattore di perdita. 3 Le sferette di carbonio, aventi una densità molto bassa ( g / cm ) presentano un costo molto elevato: questo è il motivo per cui vengono utilizzate in specializzate produzioni come nei su citati schermi ablativi. Le particelle di carbonio cave favoriscono la formazione di uno strato carbonizzato scarsamente conduttore e di elevatissima resistenza termica. Una importante applicazione delle sferette di vetro cave è quella delle schiume sintattiche: esse si ottengono miscelando microsfere di vetro resina fenolica o altro materiale con un resina fluida, in presenza di additivi e agenti di cura. Vengono molto utilizzate nel settore marino per la costruzione di galleggianti di profondità: le schiume polimeriche convenzionali hanno infatti scarsa resistenza compressione e non possono essere usate a forti profondità. Le schiume sintattiche vengono 31

32 adoperate per la stesura di cavi sottomarini, nell estrazione del petrolio da fondali marini profondi e nei sommergibili di profondità. In generale rispetto alle convenzionali schiume polimeriche, le schiume sintattiche presentano questi vantaggi: o miglior caratteristiche meccaniche; o migliori caratteristiche meccaniche specifiche (resistenza/peso specifico); o miglior resistenza idrostatica; o minor assorbimento di umidità; o maggiore stabilità alle differenze di temperatura. Inoltre è molto importante nel determinare le proprietà meccaniche di una schiuma sintattica che le microsfere abbiano la distribuzione più omogenea possibile rispetto alla forma, alle dimensioni e alla resistenza. Le microsfere conferiscono alla schiuma sintattica un comportamento costitutivo macroscopico di un materiale isotropo e omogeneo. La foto seguente riporta una scansione al microscopio elettronico. Di seguito è riportata una tabella con le proprietà meccaniche. Microsfere di carbonio Microsfere di vetro FTD 202 ( µm) Densità (g/cm 3 ) 0,66 0,68 0,68 0,65 Modulo elastico a compressione (GPa) 2,1 2,1 1,9 1,8 Resistenza a compressione (MPa) Carico massimo idrostatico (MPa) Tabella 2.10 Proprietà meccaniche di schiume sintattiche epossidiche 32

33 SILICE La silice è sostanzialmente costituita da biossido di silicio amorfo in forma estremamente fine. Le applicazioni principali sono indicate nella tabella seguente. Scopo Settori Rinforzo Tissotropia Aumento di viscosità Reologia Opacizzazione Filler Abrasivi Gomme (soprattutto siliconiche) Resine termoindurenti, plastisol vinilici Vernici, inchiostri Cosmetici, prodotti farmaceutici Vernici, polimeri vinilici Polimeri Paste dentifricie Tabella 2.11 Applicazioni tipiche dei vari tipi di silice Il diametro medio delle particelle primarie è tipicamente di μ con superfici specifiche di m 2 /g. Esse difficilmente sono presenti singolarmente perché formano aggregati costituiti da molte decine di particelle primarie. Gli aggregati possono a loro volta impaccarsi per formare agglomerati di dimensioni maggiori. I tipi commerciali di silice sono classificati e noti come fumed, arc, gel, precipitated, a seconda del metodo di preparazione. Nella tabella seguente vengono specificate le proprietà. Fumed Arc Gel Precipitated Area superficiale (m 2 /g) Densità apparente (g/t) Dimensioni medie agglomerati (µm) 0, ,5-10 Gruppi OH superficiali (nm -2 ) Tabella 2.12 Proprietà tipiche dei vari tipi di silice sintetica 33

34 La silice è utilizzata come rinforzo nelle gomme siliconiche e costituisce, in particolare il rinforzo più efficace per le gomme siliconiche HTV (high temperature vulcanization: vulcanizzazione ad alta temperatura). L uso della silice si è affermato anche nella tecnologia del PVC, particolarmente per la preparazione di paste a base di polivinilcloruro contenenti plastificanti per la produzione di articolo semirigidi o flessibili ( organogel o organosol ). Nei manufatti con PVC rigido l aggiunta di silice migliora le proprietà dielettriche. Aggiunta a molti materiali polimerici limita la tendenza dei manufatti ad aderire tra loro (particolarmente importante nella produzione di film o fogli) e riduce la facilità con cui i manufatti realizzati con alcuni polimeri, particolarmente le poliolefine, scivolano se impilati. Essa conferisce ai manufatti una superficie liscia e opaca che è apprezzata in molte applicazioni (industri automobilistica). CARICHE METALLICHE I solidi polimerici sono di solito materiale non conduttori dal punto di vista elettrico; tuttavia in molte applicazioni si richiedono materiali con resistività elettrica intermedia tra quella dei metalli e quella degli isolanti. L uso di filler conduttori consente di formulare compositi a matrice polimerica, con resistività variabile tra i 3 10 e i 10 6 Ωcm. Applicazioni tipiche si hanno nell industria elettronica per la produzione di contenitori impermeabili alle radiazioni ad alta frequenza e in tutti quei settori nei quali la presenza di cariche elettrostatiche, che danno facilmente origine a scariche elettriche può risultare dannosa o addirittura pericolosa ( serbatoi per combustibili). I filler impiegati per questi scopi sono evidentemente materiali ad elevata conducibilità elettrica e quindi usualmente metalli (alluminio, alluminio, nichel, acciaio inox, argento). In alcuni casi si fa uso di fibre di vetro, grafite, nerofumo rivestite di nichel o alluminio. La dipendenza della resistività di una materia plastica caricata con un filler conduttore varia col contenuto del filler: si osserva che una 34