I ritiri dimensionali nei manufatti termoplastici - LATI · presentare delle aree in cui le...

High Performance Thermoplastics 1

Il ritiro dimensionale di un manufatto in materialetermoplastico è un fenomeno caratteristico dellatrasformazione per stampaggio ad iniezione,provocato dalla contrazione volumetrica, durante edopo la lavorazione. Per tale ragione, affinché il manufatto possieda lemisure desiderate, le cavità da cui deve prendereforma dovranno essere dimensionate tenendo inconsiderazione questo importante fenomeno.Tuttavia, l’entità del ritiro è un dato difficilmenteprevedibile, perché legato a molteplici fattoriconcomitanti come le caratteristiche del materiale,la geometria del manufatto e le condizioni ditrasformazione.Scopo della presente sperimentazione è analizzarel’interazione delle principali variabili di prodotto e diprocesso con la proprietà del ritiro allo stampaggio.Dopo un’introduzione relativa a termini ed alledefinizioni utilizzate (in forma tabellare), la primasezione è dedicata alla tipologia del materiale(struttura chimica ed additivazioni); la secondaanalizza l’influenza delle geometrie del manufatto,dando rilevanza in special modo agli spessori,mentre la terza riguarda le condizioni ditrasformazione. Per quest’ultime, spesso si èrivelato opportuno analizzare alcuni parametricongiuntamente, essendo lo stampaggio adiniezione una tecnologia basata sulla combinazionedi differenti proprietà fisiche quali temperature,velocità, pressioni e tempi.I test sono stati eseguiti, nella maggioranza deicasi, su resine semicristalline (prevalentementePA66), poiché, a differenza delle resine amorfe, sonomolto sensibili al fenomeno dei ritiri ed a tutti iparametri ad esso correlati. L’esposizione è integrata, a seconda dei casi, databelle, grafici o diagrammi esplicativi. Se nondiversamente specificato, le curve sono stateottenute mantenendo costanti i parametri ditrasformazione. Sono stati utilizzati provini di differenti tipologie,specificate di volta in volta; per lo studio deiparametri di trasformazione si è usatoprevalentemente la piastra ISO 294-3 TIPO D2,dotata di trasduttore in cavità, che ha consentitostudi particolareggiati sul carico di pressioneeffettivo. Da notare che, utilizzando provini condimensioni e spessori diversi, i risultati ottenuti ingenere evidenziano trend similari, ma possonoesprimere valori anche sensibilmente differenti.

INTR

OD

UZI

ON

E

Hig

h P

erfo

rman

ce T

herm

opla

stic

s

2

RM Ritiro medio del manufatto (RL+ RT)/2

[%]

Definisce percentualmente l’entità del ritiro medio. Siesprimono:

RMmin; RMmed; RMmax

RD Ritiro differenziatoRT-RL

[%]

Definisce la differenza tra RT e RL; il valore ottenutoè inversamente proporzionale alla planarità delmanufatto. Si esprimono:

RDmin; RDmed; RDmax

WLDeformazione del bordo parallela alflusso di iniezione

((Ln-Lm min)/Tn)*10

[10- 2

mm/cm]

Definisce l’entità della deformazione del bordoparallelo al flusso, ovvero quanti centesimi dimillimetro di incurvamento si hanno per ogni cm dilunghezza della piastra. Il valore ottenuto èinversamente proporzionale alla planarità del bordo

WT Deformazione del bordo ortogonaleal flusso di iniezione

((Tn-Tm min)/Ln)*10

[10- 2

mm/cm]

Definisce l’entità della deformazione del bordoortogonale al flusso, ovvero quanti centesimi dimillimetro di incurvamento si hanno per ogni cm. dilunghezza della piastra. Il valore ottenuto èinversamente proporzionale alla planarità del bordo

S Indice di planarità

Calcolo proporzionale infunzione dei valori RD eW (100 per RD e W = 0,0 per RD=1 e W=4)

Dato Definizione Calcolo Significato pratico

Ln Lunghezza nominale del manufattoparallela al flusso di iniezione

Tn Lunghezza nominale del manufattoortogonale al flusso di iniezione

Lm Misura reale del manufattoparallela al flusso di iniezione

Tm Misura reale del manufattoortogonale al flusso di iniezione

RL Ritiro del manufatto parallelo alflusso di iniezione

((Ln-Lm)/Ln)*100

[%]

Definisce percentualmente l’entità del ritiro paralleloal flusso di iniezione. Si esprimono:

RLmin; RLmed; RLmax

RT Ritiro del manufatto ortogonale alflusso di iniezione

((Tn-Tm)/Tn)*100

[%]

Definisce percentualmente l’entità del ritiroortogonale al flusso di iniezione. Si esprimono:

RTmin; RTmed; RTmax

DATO

RD, Ritiro Differenziato

VALORE

-0.20÷0.20

0.20÷0.40

0.40÷0.60

0.60÷0.80

PLANARITA’

OTTIMA

BUONA

MEDIOCRE

SCARSA

DEFORMAZIONE

>1.00 PESSIMA

WL, WT, Deformazione dei bordi

0÷1

1÷2

2÷3

3÷4

MOLTO CONTENUTA

CONTENUTA

MEDIA

ELEVATA

>4 MOLTO ELEVATA

S, Stabilità dimensionale

00÷30

30÷50

50÷70

70÷90

90÷100

STABILITA’DIMENSIONALE

PESSIMA

SCARSA

MEDIOCRE

BUONA

OTTIMA

[A] Termini e definizioni utilizzati

[B] Significato pratico del Ritiro Differenziato e Deformazione dei bordi

Definisce un valore (0÷100) significativo dellastabilità dimensionale di un manufatto tenendoconto sia di RD che di WL e WT


A temperatura ambiente i manufatti stampaticon le resine termoplastiche possonopresentare delle aree in cui le macromolecoletendono a collocarsi parallelamente le uneall’altre (ordinate), alternate a regioni nellequali si dispongono disordinate. Lapercentuale delle prime (cristalline) rispettoalle seconde (amorfe) determina il grado dicristallinità del polimero. Cosicché, al latopratico, esistono resine totalmente amorfe (convalori prossimi allo 0%) e semicristalline (fino

al 70%).Questa condizione è di fondamentaleimportanza per il fenomeno del ritiro. Difatti,nelle resine semicristalline, al di sopra dellatemperatura di transizione vetrosa, lemacromolecole disposte nelle zone ordinateiniziano a slegarsi dalla loro strutturaconseguendo una mobilità via via maggiore. Alraggiungimento della temperatura di fusione lestesse sono del tutto libere e l’intera massaacquisisce una struttura completamenteamorfa. A questo fenomeno si associa unimportante incremento del volume specifico[C].Ed è questa la condizione in cui si trovaqualsiasi polimero prima di essere iniettatonella cavità dello stampo. Raffreddandosi, lemacromolecole tendono a riordinarsi secondola propria natura, ovvero a recuperare quellapercentuale di cristallinità originaria. Nellezone nuovamente ordinate lo spazio libero trale molecole è decisamente inferiore a quello

2 – I L F E N O M E N O D E L R I T I R Odelle aree amorfe, cosicché ne deriva unaconcreta diminuzione del volume specifico,ovvero una contrazione. Per tale ragione,maggiore sarà la densità e l’estensionedelle aree cristalline, maggiore sarà ilritiro allo stampaggio.Nelle resine amorfe, invece, il raffreddamentoha il solo effetto di congelare la struttura senzaalcuna riorganizzazione molecolare. Il bassoritiro che ne deriva è praticamente

imputabile solo alla diminuzione delvolume specifico dovuto all’abbassamentodella temperatura.Il grado di cristallinità acquisito dal manufattoè altresì influenzato da ulteriori fattoricontingenti, legati alle additivazioni (peresempio le nucleazioni), alla geometria delmanufatto (in particolar modo gli spessori) ealle condizioni di trasformazione (temperaturee pressioni).

Volendo riassumere, in relazione aitermoplastici tecnici, è necessario prendere inconsiderazione perlomeno le seguenti variabili:

⟩ Derivanti dal materiale:• natura della resina;

⇒ semicristallina;

⇒ amorfa.• composizione:

⇒ rinforzi;⇒ cariche minerali;

Semicristallino Struttura semicristallina

Struttura amorfa aumento del volume

Struttura semicristallina

Contrazione volumetrica dovuta al raffreddamento

+Ordinamento molecolareAlto ritiro

Polimerovolume specifico in

funzione della temperatura

Prima della trasformazione

(granulato, in tramoggia)

Effetto del riscaldamento

(massa fusa, nel cilindrodi plastificazione)

Effetto del raffreddamento

(nella cavità dello stampo)Ritiro allo stampaggio

(fattori determinanti)

Amorfo Struttura amorfa Struttura amorfa aumento del volume

Struttura amorfa

Contrazione volumetrica dovuta solo al raffreddamento

Basso ritiro

[C] Quadro riassuntivo

TEMPERATURA

TEMPERATURA

VO

LUM

EV

OLU

ME

Hig

h P

erfo

rman

ce T

herm

opla

stic

s

4

⇒ additivazioni.⟩ Derivanti dal manufatto:

• geometria dello stampo.⟩ Derivanti dal processo

• parametri di trasformazione.· Resine semicristallineLe resine semicristalline per natura sicontraggono molto durante il raffreddamento,evidenziando elevati ritiri (1.2÷2.5% suiprodotti tal quali); possiedono inoltre unaspiccata tendenza ad orientarsi lungo il flussodi iniezione, facilitando il crearsidi fenomeni di ritirodifferenziato RD e/odeformazioni WL-WT, in specialmodo se rinforzati con additivianisotropi, come le fibre di vetro edi carbonio.

· Resine amorfePer contro le resine amorfe, nonpossedendo regolarità molecolariche devono essere ripristinatedurante il raffreddamento,subiscono contrazioni minori,hanno ritiri sensibilmente piùbassi (0.4÷1.0%) e sono molto piùstabili dimensionalmente. Nella tabella D è presentato un

2.1 IL MATERIALE2.1.1 - NATURA CHIMICA DELLA RESINA

riassunto dei valori indicativi di ritiro allostampaggio, alle loro condizioni normali ditrasformazione, delle principali resine tal quali.Il diagramma 1, rappresentante la correlazioneRL-RT, consente di individuare le nettedifferenze tra le due nature chimiche. In talediagramma si noti la linea diagonale

Resine semicristalline

LATENE

LATAMID 6

LATAMID 66

LATER

LATAN

PP

PA6

PA66

PBT

POM

1.50÷2.00

1.25÷1.50

1.35÷1.70

2.00÷2.40

1.85÷2.35

1.80÷2.30

1.35÷1.75

1.65÷2.20

2.20÷2.40

1.85÷2.50

PRODOTTO RESINA RL [%] RT [%] RD [%]

0.20÷0.30

0.10÷0.40

0.10÷0.60

0.05÷0.25

-0.05÷0.25

LARPEEK PEEK 1.60÷1.85 1.90÷2.15 0.15÷0.40

Resine amorfe

LASTILAC

LARIL

LATILON

LASULF

LAPEX R

ABS

PPOm

PC

PSU

PPSU

0,45÷0.60

0,60÷0.80

0,65÷0.80

0.80÷1.00

0.90÷1.10

0,45÷0.60

0,60÷0.80

0,65÷0.80

0.80÷1.00

0.90÷1.10

0.00÷0.10

0.00÷0.10

0.00÷0.10

0.00÷0.10

0.00÷0.10

[D]- Ritiro dei principali polimeri tal quali - Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

[1] Dispersione dati RL RT dei principali polimeri tal quali


2.1.2 - ADDITIVAZIONI, RINFORZI, CARICHE

tratteggiata, che corrisponde a RD=0(ovvero nessuna deformazionecorrelabile al ritiro differenziato). Ilposizionamento lungo questadirettrice è sinonimo di planarità estabilità dimensionale.

· Tipo di carica/rinforzofibra di vetro, fibra di carbonio, mica:accentuano notevolmente il fenomenodel ritiro differenziato RD nelleresine semicristalline in cui le fibre,a causa della loro forma (lunghezzamolto maggiore del diametro), tendonoa posizionarsi parallelamente al flussodi iniezione. Ciò genera unacontrazione nel senso longitudinale alflusso ampiamente inferiore a quellanel suo senso trasversale.L’orientamento delle fibre è altresì correlato al fattore di forma (Ln/Tn)tra i due sensi. Lo dimostra l’entitàdel ritiro differenziato RD [2], chefunge da importante indicatore perquesto fenomeno. Per contro leresine amorfe risentono, grazie allaloro struttura chimica, solamentein modo molto limitato delledifferenze del ritiro, mantenendolivelli di planarità ottimali [7].

cariche minerali, sfere vetro:presentando una certa isotropianella forma, si dispongono in modoomogeneo nella massa fusa, senzaseguire flussi preferenziali,

[2] Ritiro differenziato RD in funzione del rapportolunghezza/larghezza del flusso, su piastre rettangolari

1.45÷1.75 1.40÷1.60 0.00÷0.30 1.00÷1.20 2.30÷2.50

RT [%]

0.65÷0.95

0.70÷1.25

0.70÷1.05

0.80÷0.90

1.10÷1.40

RM [%]

0.40÷0.75

0.70÷0.90

0.70÷0.85

0.70÷0.80

0.90÷1.20

RD [%]

0.50÷0.65

0.65÷1.00

0.15÷0.40

0.00÷0.25

0.30÷0.50

WL

[10- 2

mm/cm]

4.90÷5.30

1.20÷1.60

1.00÷1.20

0.55÷0.75

2.60÷3.10

WT

[10- 2

mm/cm]

2.10÷2.50

1.45÷2.70

1.25÷2.10

0.70÷0.90

3.00÷3.50

[E]- Valori di ritiro con diverse tipologie di carica/ rinforzo (30%) - PA66; Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

RINFORZO

FIBRA CARBONIO

FIBRA VETRO

MISTO F.VETRO/C.MINERALE

TALCO

FIBRE ARAMIDICHE

SFERE VETRO

RL [%]

0.15÷0.40

0.30÷0.45

0.35÷0.40

0.65÷0.75

0.80÷1.00

1.40÷1.55

[3] Dispersione dati RL RT dei principali tipi di rinforzo (30%) - PA66;Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

Hig

h P

erfo

rman

ce T

herm

opla

stic

s

6

RT delle stesse, evidenzia ladispersione dei dati, e consente diindividuare le differenze tra varietipologie. Anche in questo caso lalinea diagonale tratteggiata, checorrisponde a RD=0 (nessunadeformazione correlabile al ritirodifferenziato) funge da riferimentoper la situazione ottimale diplanarità.· Quantità di rinforzo/caricaLa percentuale di rinforzoinfluisce, in funzione della

garantendo quindi bassi ritiridifferenziati RD [2] e bassedeformazioni WL e WT. Il loroutilizzo è indicato dunque inquelle applicazioni che necessitano buona od ottimaplanarità e stabilità dimensionale(praticamente solo per le resinesemicrstalline). misti cariche minerali/fibre vetro,fibre di vetro macinate:presentano essenzialmente uncomportamento intermedio tra ledue situazioni sopra esposte, infunzione dei rapporti percentualitra i vari componenti [2].Nella tabella E è presentato unriassunto dei valori indicativi diritiro allo stampaggio dei prodottiadditivati con i principali tipi dicariche e rinforzi utilizzati neitermoplastici. Il diagramma 3,rappresentante la correlazione RL-

[4] Ritiro longitudinale RL e trasversale RT in funzione della % di fibraPA66; Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

[5] Ritiro medio RM in funzione della % di carica - PA66 con fibra vetro(LATAMID 66), carica minerale (KELON A) e PC (LATILON);Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

tipologia di resina, sul ritirolongitudinale RL, trasversale RT,medio RM, e differenziato RD.Nel grafico 4 è presentatol’andamento del valore dei ritirilongitudinale RL e trasversaleRT, in funzione della % di fibradi vetro, di una PA66. Si puònotare che oltre il 30% levariazioni sul sensolongitudinale risultano piuttostocontenute. Il grafico 5 presenta a confronto iritiri medi RM, in funzione della% di carica, di una PA66 (confibra vetro e carica minerale) e unPC (fibra vetro). Grazie alla suastruttura amorfa, il PC presenta

[6] Ritiro differenziato RD in funzione della % di carica - PA66 confibra di vetro (LATAMID 66), carica minerale (KELON A) e PC(LATILON); Piastra 120 x 80 3,5 mm.


Resine semicristalline

LATENE

LATAMID 6

LATAMID 66

LATER

LATAN

PP

PA6

PA66

PBT

POM

60÷75

68÷78

72÷80

55÷65

60÷70

40÷50

52÷67

57÷71

38÷52

45÷55

PRODOTTO RESINA T. QUALE 30% F.V. 30% C.M.

71÷80

69÷80

72÷82

68÷79

-

LARPEEK PEEK 60÷70 51÷66 -

Resine amorfe

LASTILAC

LARIL

LATILON

LASULF

LAPEX R

ABS

PPOm

PC

PSU

PPSU

85÷95

80÷90

85÷95

85÷95

85÷95

78÷89

75÷83

80÷82

80÷91

80÷88

-

-

-

-

-

[F]- Stabilità dimensionale S dei principali polimeri con 30% fibra vetro e 30% carica minerale - Piastra 120 x 80 x 3.5 mm

valori sensibilmente bassi mentrenel caso della PA66, a parità di %,anche cambiando la tipologia dicarica, la contrazionevolumetrica rimanepraticamente costante. Ad essasi associa però un ritirodifferenziato RD diverso [6],massimo nel range 20÷30%.Nella tabella F sono riportati ivalori medi di stabilitàdimensionale S (vedi definizioni)delle principali resine tal quali,con 30% di fibra vetro o carica

minerale, a confronto. Anche in questo casoentra in gioco la struttura chimica delmateriale; difatti, anche quando rinforzate, leresine amorfe mantengono ottimi o buonivalori di stabilità dimensionale. Lo stessolivello si può raggiungere, per lesemicristalline, solamente con l’additivazionedi cariche minerali. La rappresentazionegrafica di questo fenomeno è visibile

nell’istogramma 7.· AdditiviI materiali termoplastici contengono additivispecifici per assicurare o miglioraredeterminate caratteristiche qualiautoestinguenza, lubrificazione,

[7] Stabilità dimensionale S dei principali polimeri con 30%fibra vetro e 30% carica mineralePiastra 120 x 80 x 3.5 mm.

Hig

h P

erfo

rman

ce T

herm

opla

stic

s

8

RT [%]

0.75÷1.00

0.75÷1.15

1.00÷1.30

1.20÷1.40

RM [%]

0.50÷0.70

0.55÷0.85

0.70÷0.95

0.80÷1.00

RD [%]

0.40÷0.65

0.20÷0.70

0.40÷0.90

0.70÷1.00

WL

[10- 2

mm/cm]

0.60÷1.50

1.80÷2.50

2.30÷3.00

0.80÷2.00

WT

[10- 2

mm/cm]

1.30÷2.50

3.00÷4.00

1.50÷2.50

1.25÷2.50

[G]- influenza del tipo di autoestinguente – PA66 25% fibra vetro; Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

ADDITIVO

Ritardante di fiamma polimericoRitardante di fiamma alogenatoRitardante di fiamma a base di sali di melaminaRitardante di fiamma a base di fosforo rosso

RL [%]

0.25÷0.40

0.35÷0.55

0.45÷0.65

0.35÷0.45

[8] Dispersione dati RL RT dei principali tipi di ritardanti di fiammaPA66 25% fibra vetro; Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

stabilizzazione, colorazione. La loro presenza impatta,a volte anche notevolmente, sul comportamento delritiro. A titolo di esempio, nellatabella G è presentato un riassuntodei valori di ritiro ottenuti con iprincipali tipi di autoestinguente. Ildiagramma 8 rappresenta lacorrelazione RL-RT degli stessi,ne evidenzia la dispersione deidati e consente di individuarele differenze tra le varietipologie. Anche in questo casoè possibile confrontare i valoricon la linea tratteggiata(RD=0),come nei casiprecedenti. 2.2 LA GEOMETRIA DELMANUFATTO

I manufatti stampati ad

[9] Ritiro longitudinale RL, trasversale RT e medio RM in funzione dello spessoredel manufatto -PA 66 30% fibra vetro; Piastra ISO 294-3 60 x 60; Pressione incavità 400 bar.


iniezione rappresentano unpanorama assai eterogeneo disituazioni, assimilabili adinsiemi di elementi geometricivariabili fra loro per forma,complessità, dimensioni esuperfici. Spessori, lunghezzadel flusso, dimensione deicanali e geometria del puntodi iniezione giocano un ruolorilevante poiché influenzanodirettamente l’entità dellapressione che si generadurante la fase diimpaccamento, ed il ritiroche ne deriva èconseguenza della perditadi carico più o menoaccentuata che si verifica

[10] Ritiro longitudinale RL e trasversale RT in funzione dello spessore delmanufatto e della % di fibra vetro - PA66; Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

durante il processo.

2.2.1- SPESSORI

I risultati espressi nelgrafico 9 mettono inevidenza come il ritiro allostampaggio (a parità dicondizioni) è strettamentecorrelato allo spessoredel manufatto.L’andamento è direttamenteproporzionale conincrementi significativi(all’incirca raddoppia con ilraddoppiare dello spessore). Il fenomeno diventa peròmeno sensibile allungandoil percorso del flusso odalzando il tenore di rinforzo.Infatti, nell’esempioriportato [10] si nota che,aumentando la % di fibra,la variazione tra il ritiromisurato sullo spessoremaggiore e quello minore

[11] Ritiro differenziato RD in funzione dello spessore del manufatto e della %di fibra vetro – PA 66;Piastra ISO 294-3 60 x 60; Pressione in cavità 600 bar.

[12] Deformazione WM in funzione dello spessore del manufatto e della %di fibra vetro – PA66; Piastra 120 x 80 x 3.5 mm.

Hig

h P

erfo

rman

ce T

herm

opla

stic

s

10

DI INIEZIONE

L’analisi è stata eseguita su 7diversi tipi di manufatti, aventidifferenti spessori, percorsi diflusso e sezioni di iniezione.Come si può notare [H,13]esiste una forte escursione neidati tanto nel sensolongitudinale RL (0.19÷0.91%)quanto in quello trasversale RT(0.78÷1.48%). La grandedispersione dei risultati (non èstato possibile individuarealcuna correlazione pratica trale variabili indipendenti ed irisultati ottenuti) porta alla

PROVINO FORMA DIMENSIONI INIEZIONE[mm]

VOLUME[cc]

AREAGATE[cm2]

Provino Rettangolare

Rettangolare

Rettangolare

Rettangolare

Rettangolare

Base

Coperchio

125

120

120

110

60

80

80

12.7

80

80

55

60

80

80

3.2

3.5

2.0

1÷2

2.0

0.5÷6

2.5÷

Laterale 3.0 x 10

Laminare 1 x 80

Laminare 1 x 80

Laterale 2 x 12

Laminare 0,75 x 60

Capillare sottomarina

Capillare sottomarina

5.1

33.6

19.2

9.1

7.2

24.4

30.6

0.30

0.8

0.8

0.24

0.45

0.03

0.03

RL[%]

0.32

0.43

0.30

0.19

0.54

0.74

0.91

RT[%]

2.04

1.48

1.38

0.78

1.07

1.05

1.12

RM[%]

1.18

0.94

0.83

0.49

0.81

0.90

1.02

RD[%]

1,72

1,05

1,08

0,59

0,53

0,31

0,21

Piastra

Piastra

Piastra

Piastra ISO 294tipo D2

Scatola

Scatola

[H] - provini utilizzati per la misurazione e risultati ottenuti; PA66 30% fibra vetro

tende progressivamente a decrescere finoquasi ad annullarsi nel caso del sensotrasversale RT. Anche il ritiro differenziato RD [11]presenta un trend proporzionale allospessore e raggiunge i massimivalori attorno al 20÷30%,conformemente a quanto giàevidenziato nel grafico 6.

Per quanto riguarda l’andamentodelle deformazioni dei bordi WM[12], a fronte di un leggeroincremento per lo spessore piùbasso, si ottengono valori semprepiù elevati per lo spessoremaggiore.

2.2.2- LUNGHEZZA DEL FLUSSO,GEOMETRIA DEL MANUFATTO, SEZIONE

[13] Ritiro longitudinale RL, trasversale RT e medio RM calcolatosu differenti tipi di provino – PA 66 30% fibra vetro.

[I] Diagramma PVT applicato al ciclo di stampaggio ad iniezione di una PA66


conclusione che ogni oggetto,avente proprie definite geometrie,possiede propri comportamenti diritiro allo stampaggio,difficilmente riproducibili su provinicon forme differenti se non tramiteaccurate analisi di simulazione deiflussi.

2.3 I PARAMETRI DITRASFORMAZIONE

La vera contrazione del materialeinizia durante l’applicazione dellapressione di mantenimento eprosegue successivamente,attraverso la fase diraffreddamento, fino alla completasolidificazione del pezzo atemperatura ambiente. Sonoproprio queste le fasifondamentali; la pressioneesercitata sul pezzo contrasta lacontrazione dello stesso,condizionandone l’entità. Per approfondire quest’aspetto, lostrumento migliore d’analisi è ildiagramma PVT [I, L], che studiala correlazione tra temperatura,volume specifico e pressione, e puòfornire importanti indicazioni sulcomportamento del materialequando riscaldato/raffreddato sottol’effetto di un carico di pressione.La differenza di volume rilevata tra ipunti A e G corrisponde, al latopratico, al reale valore di ritiro allostampaggio. Alcune delle singole fasi sopraelencate verranno ora analizzate in

dettaglio.

2.3.1- FASE DI INIEZIONE E MANTENIMENTO

· iniezioneIn questa fase il materiale viene trasferito,attraverso l’ugello, dal cilindro allo stampo. La vitefunge da pistone e quindi esercita sul polimerouna pressione che aumenta, con pendenze

PUNTO FASE DEL CICLO DISTAMPAGGIO

Inizio riempimentoA

TEMPERATURA

Temperatura del fuso prevista per lo stampaggio

PRESSIONE

Pressione atmosferica

VOLUME

Il volume corrisponde al massimo dell’espansione

Fine riempimento – inizio postpressioneB Costante

(lieve decremento)Costante o lieve aumento, fino al completo riempimento Lieve decremento

massima compressione raggiunta – inizio della solidificazione del manufatto

C Costante (lieve decremento) Aumenta rapidamente Decresce rapidamente

Termine della post pressione –inizio della pausa di raffreddamento

D Decresce Decresce rapidamente Lieve decremento

Pausa di raffreddamento – raggiungimento della pressione atmosferica

E Decresce Viene raggiunta la pressione atmosferica Decresce

EstrazioneF Decresce Pressione atmosferica Decresce

Stato finaleG Temperatura ambiente Pressione atmosferica Volume finale

[14] Pressione idraulica e in cavità durante le fasi di iniezione e mantenimentoPA66; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm.

[L] - Fasi del diagramma PVT applicate allo stampaggio ad iniezione

proporzionali alla viscosità del materiale e allavelocità della vite, fino al raggiungimento delpunto di commutazione [14], dando inizio allafase di mantenimento. Qualsiasi impostazionescorretta di tale parametro (anticipata – ritardatarispetto al punto di effettivo riempimentodell’impronta), oltre a creare problemi di varianatura, influisce sul carico di pressione incavità e di riflesso, condiziona l’entità del ritiro.

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funzione della sua sezione)la pressione in cavità èpraticamente nulla ed ogniulteriore applicazione dipost-pressione risultaininfluente.Tale fenomeno è importanteperché il ritiro allostampaggio che ne deriva è,come accennato,direttamente correlatoalla effettiva pressioneottenuta in cavità.In aggiunta, alcunecaratteristiche del materiale(fluidità) ed alcuni parametridi trasformazione(temperatura del fuso e/odello stampo) consentonomaggiori o minori perdite dicarico a parità di pressioneapplicata.Nei grafici 15 e 16 vengonopresentati l’andamento delritiro medio RM di una PA66in funzione della pressionedi cavità (esercitata contempi differenti) e del tempodi applicazione. Come si puònotare il ritiro decrescelinearmente all’aumentaredella pressione mentreevidenzia una curvacaratteristica temporale,dalla quale si evince cheoltre un certo punto nonesistono più effetti reali.

· mantenimentoDurante la fase dimantenimento si verifica unadifferenza tra la pressioneapplicata dalla vite (costante) ela pressione reale nella cavità[14], che decresce linearmentecon l’applicazione della postpressione. Ciò è causato dallaprogressiva solidificazione delpunto di iniezione e dellemasse che, essendo via via piùviscose, consentono unatrasmissione sempre minoredella pressione idraulicaapplicata dalla vite (perdita dicarico).

A completa solidificazione delgate (il tempo è variabile in

[15] Ritiro medio RM in funzione della pressione in cavità con differenti tempi dipost pressione - PA 66 tal quale; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm.

[16] Ritiro medio RM in funzione del tempo di mantenimento - PA 66 tal quale; PiastraISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm; Pressione in cavità 600 bar.

[17] Deformazione dei bordi WM in funzione della pressione in cavità - PA 66 tal quale;Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm.

High Performance Thermoplastics

Tale tempo generalmentecorrisponde alla completasolidificazione della sezione diiniezione, oltre il quale qualsiasipressione esercitata dalla vitenon ha più alcun effetto praticosu quella reale nell’impronta.La deformazione dei bordi WMpresenta invece un andamentoinversamente proporzionale allapressione applicata. [17], madirettamente proporzionale allasua durata [18].

[18] Deformazione dei bordi WM in funzione del tempo di post pressione - PA 66 talquale; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm; Pressione in cavità 600 bar.

[19] Ritiro medio RM in funzione del tempo di raffreddamento con differenti valori dipressione in cavità - PA 66 tal quale; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm..

[20] Ritiro medio RM in funzione della temperatura del fuso - PA 6/66 autoestinguentehalogen free; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm; Con e senza compensazione dellapressione in cavità a 600 bar.

2.3.2- RAFFREDDAMENTONelle resinesemicristalline, se latemperatura dello stampoed il tempo di post-pressione sono statiimpostati correttamente, ilmanufatto ha raggiunto lamassima cristallinitàpossibile e la pausa diraffreddamento ha il solocompito di consentire lacompleta solidificazionedello stesso. In questo

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[22] Ritiro trasversale medio RT in funzione della temperatura dello stampo - PA 6630% fibra vetro; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm; Con e senza compensazione dellapressione in cavità a 400 bar.

caso, il ritiro allo stampaggiosarà inversamenteproporzionale sia al tempo diraffreddamento che allapressione applicata [19]. 2.3.2- TEMPERATURE· FusoLa temperatura del fuso haeffetto diretto sullatrasmissione della pressionedalla vite all’impronta(maggiore sarà latemperatura, maggiore saràla fluidità del materiale, diconseguenza maggiore saràla pressione trasmessa). Senon si effettuano opportunecompensazioni sul valore di

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[21] Ritiro longitudinale medio RL in funzione della temperatura dellostampo - PA 66 30% fibra vetro; Piastra ISO 294-3 60 x 60 x 2.0 mm; Con e senza compensazione della pressione in cavità a 400 bar.

post pressione permantenere costante lapressione in cavità, è lecitoattendersi un rapportoinversamente proporzionaletra temperatura e ritiro.Nell’esempio [20] è riportato,per una PA6/66autoestinguente HalogenFree, l’andamento del ritiromedio RM in funzione dellatemperatura del fuso senza edopo compensazione, a 600bar in cavità. E’ possibilenotare che, nel secondocaso, non si verificanovariazioni degne di nota e,per tale ragione, si puòaffermare che latemperatura del fuso nonè direttamente correlataal ritiro se non comeconcausa associata allapressione in cavità.

High Performance Thermoplastics

Parte semicristallina ↑↑ ↑↑ 1,7

Ritiro Deformazioni Riferimenti (N. grafico)

Caratteristiche resina

Parte amorfa ↑↑ ↑↑ 1,7

Rinforzo fibra vetro ↑↑ 3,4,6,7,10,11,12

Carica minerale ↑↑ 3,5,6

Ritardante di fiamma ↑↑ ↑↑ 8

↑↑

Spessore ↑↑ ↑↑ 9,10,11,12

Lunghezza del percorso del flusso ↑↑ 2

Parametri di trasformazione

Pressione di cavità ↑↑ 15,17,19,20,21,22↑↑

Tempo di post pressione 15,16,18↑↑

Tempo di raffreddamento ↑↑ 19↑↑

Temperatura del fuso ↑↑ 20

Temperatura dello stampo ↑↑ 21,22↑↑

↑↑ ↑↑↑↑

↑↑

↑↑

Geometria dello stampo

Legenda

↑↑ == direttamente proporzionale

↑↑ == direttamente proporzionale poi stabile

== direttamente, poi inversamente proporzionale

== stabile

== inversamente proporzionale

== inversamente proporzionale, poi stabile

↑↑ ↑↑

↑↑

↑↑

↑↑

↑↑

↑↑

↑↑

↑↑

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3 - R I E P I L O G O

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ISO 294-1 Plastic - Injection moulding of testspecimens of thermoplastic materials; Generalprinciples, and moulding of multipurpose andbar test specimens

ISO 294-3 Plastics – Injection moulding oftest specimens of thermoplastic materials;Small plates

ISO 294-4 Plastics – Injection moulding oftest specimens of thermoplastic materials;Determination of moulding shrinkage

McCrum N.G., C.P. Buckley, C.B. Bucknall –Principles of Polymer Engineering

Pavan A, Relazioni PVT nella trasformazionedei polimeri – Atti del XVI Convegno scuoladell’AIM Associazione Italiana di Scienza eTecnologia delle macromolecole

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I valori riportati sono basati su prove eseguite su campioni di laboratorio stampati a iniezione, condizionati secondo norma, e rappresentano dati che rientrano all'interno degli intervalli caratteristici delle proprietà dei materiali non colorati. Poiché essisono suscettibili di variazioni, questi valori non rappresentano una base sufficiente per progettare qualsiasi tipologia di manufatti e non sono da utilizzarsi per stabilire qualsivoglia valore di specifica. Le proprietà dei manufatti stampati possono essereinfluenzate da un grande numero di fattori come ad esempio, ma non limitatamente a, presenza di coloranti, tipo di progetto, condizioni di trasformazione, post-trattamento e condizioni ambientali. Queste informazioni e l'assistenza tecnica sonofornite al solo scopo informativo e sono soggette a cambiamento senza preavviso. Il cliente deve sempre assicurarsi di disporre della versione più aggiornata. Lati S.p.A. non offre alcuna garanzia, inclusa l'idoneità all'immissione sul mercato, néfornisce alcuna assicurazione riguardo alla accuratezza, idoneità, affidabilità, completezza ed adeguatezza delle informazioni date e non si assume alcuna responsabilità riguardo alle conseguenze del loro uso o di errori di stampa. E' esclusivaresponsabilità del cliente verificare e testare i nostri prodotti al fine di determinare oltre ogni ragionevole dubbio se sono adatti agli usi e applicazioni che intende farne, eventualmente anche in combinazione con materiali di parti terze. Questa analisiin funzione delle applicazioni deve perlomeno includere prove preliminari atte a determinare l'idoneità per la particolare applicazione del cliente da un punto di vista tecnico nonché della salute, della sicurezza e ambientale. Ne consegue che taliverifiche potrebbero non essere state necessariamente condotte da noi in quanto le modalità e gli scopi di utilizzo sono al di fuori del nostro controllo. Lati S.p.A. non accetta e declina ogni responsabilità derivante da qualsiasi danno comunquecagionato dall'uso delle informazioni fornite o dall'aver fatto affidamento alle stesse. Nessuno è autorizzato a rilasciare qualsivoglia garanzia, indennità o assumere qualsiasi responsabilità a nome di Lati S.p.A. tranne che per mezzo di un documentoscritto firmato per esteso da un legale rappresentante appositamente autorizzato. Salvo diversi accordi scritti, il massimo risarcimento per qualsiasi reclamo è la sostituzione del quantitativo di prodotto non conforme o la restituzione del prezzod'acquisto a discrezione di Lati S.p.A. ma in nessun caso Lati S.p.A. potrà essere ritenuta responsabile di danni o penali a qualsiasi titolo richiesti. Nessuna informazione qui contenuta può essere considerata come un suggerimento all'uso di qualsiasiprodotto in conflitto con diritti di proprietà intellettuale. Lati S.p.A. declina ogni responsabilità derivante da infrazioni brevettuali o presunte tali. Salvo specificatamente dichiarato per iscritto, i prodotti citati in questo documento non sono idonei alcontatto con alimenti o al trasporto di acqua potabile né tanto meno idonei in applicazioni nei settori farmaceutico, medicale o dentale. Per qualsiasi altro aspetto si applicano le Condizioni di Vendita di Lati S.p.A. Copyright © LATI S.p.A. 2008

4 – RIFERIMENTI E FONTIBIBLIOGRAFICHE

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I ritiri dimensionali nei manufatti termoplastici - LATI · presentare delle aree in cui le...

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