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Tecnologie di lavorazionepolimeri

• Le tecnologie di lavorazione dei materiali

polimerici sono molteplici e variano a

seconda del tipo di materiale polimerico:

- Termoplastici

- Termoindurenti

- Gomme vulcanizzate

Tecnologie di lavorazione dei materialitermoplastici

Tecnologie di lavorazione dei materialitermoplastici

• Stampaggio per iniezione• Termoformatura• Estrusione• Estrusione con soffiatura• Calandratura

Stampaggio per iniezione

• Procedimento:— Materiale caricato in un cilindro di plastificazione

— Fusione del materiale— Iniezione della massa fluida attraverso uno o più

ugelli in uno stampo freddo— Solidificazione del materiale

— Espulsione del componente dallo stampo

• Le pressioni e le temperature del processo variano con la natura del polimero

Stampaggio per iniezione• Pressa a iniezione:

1. gruppo di plastificazione2. gruppo di chiusura3. apparecchiature ausiliarie

Stampaggio per iniezioneGruppo di plastificazione:

- tramoggia, che ha la funzione di caricare e preriscaldare il materiale granulare,- un cilindro di plastificazione con relativa vite, che comprime il materiale

plastificandolo,- un ugello di iniezione per trasferire la materia fusa nello stampo,

- pistone idraulico che spinge il materiale all'interno dello stampo.


2. Il gruppo di chiusura è composto dai seguenti elementi:- un piano fisso e uno mobile, che assicurano l'allineamento dell'asse dello

stampaggio con l'asse del gruppo d'iniezione;- un sistema di movimentazione che impedisce l'apertura dello stampo

durante l'iniezione del materiale fuso;- un sistema di estrazione dei pezzi alla fine del ciclo di stampaggio;- le colonne di guida o di scivolamento, che assicurano, durante i

movimenti di chiusura e apertura, lo scorrimento e il perfetto posizionamento dei piani;

- le griglie di protezione


3. Le apparecchiature ausiliarie hanno lo scopo di garantire la

regolarità del ciclo di stampaggio. Le principali sono:

- i termoregolatori, che mantengono lo stampo alla giusta temperatura;- i sistemi di essiccazione, che permettono di ridurre il tasso di umidità

del materiale granulare che può essere causa di malformazioni in fase di iniezione;

- i sistemi di alimentazione del materiale, che consentono il caricamento automatico della tramoggia della pressa;

- i sistemi di movimentazione, che permettono l'estrazione dallo stampo e lo stoccaggio dei pezzi in modo automatizzato.

Stampaggio per iniezione• Temperature e pressioni tipiche:

• Lo stampaggio a iniezione è quello più usato per realizzare componenti per l'auto• Una evoluzione interessante è lo stampaggio di manufatti a due strati:

- realizzato con due unità di alimentazione- primo strato di finitura- secondo strato di supporto interno


• Vantaggi:- produttività elevata,- buona qualità estetica delle superfici,- nessuno sfrido di lavorazione,- tolleranze, ovvero variazioni dimensionali, contenute

• Svantaggi:- costo elevato degli stampi

- tempi lunghi necessari per il set-up


• Applicazioni principali nel settore automotive:

- plance,- paraurti,- elettroventilatori,- appoggiabraccia,


• Tecniche di iniezione:- Iniezione monomateria:

• iniezione di un solo polimero nello stampo

- Iniezione bimateria:

• iniezione di due diversi polimeri in un unico stampo• il primo polimero forma la superficie del pezzo• il secondo la sua parte centrale• Questa tecnica viene utilizzata quando le caratteristiche meccaniche ed

estetiche del prodotto richiedono l'impiego di due materiali


Iniezione bimateria:• nello stampo vengono iniettati in fasi successive un

materiale di rivestimento di buone caratteristiche estetiche e un materiale di riempimento più resistente.

Stampaggio per iniezione• Iniezione in materiale alleggerito:

— Plastificazione di un polimero termoplastico e di un agente gonfiante,— Agente gonfiante: decomponendosi libera un gas che forma una

struttura alveolare nella massa del pezzo iniettato,— Pezzi leggeri, ma privi di alveolature superficiali

— Pezzi dotati di buona stabilità dimensionale e molto rigidi


• Costampaggio:

permette di realizzare pezzi in materiale plastico con elementi estranei (per esempio inserti metallici, come viti o boccole), che rimangono parzialmente annegati nel materiale plastico


Iniezione a gas:• consiste nell'iniettare nello stampo,

dopo aver introdotto il materialeplastico, un gas ad alta pressione(generalmente azoto)

• si ottiene una cavità interna• permette di ottenere manufatti cavi,

anche di grandi dimensioni, privi diimperfezioni superficiali per ritiridifferenziati nelle zone di diversospessore

Stampaggio per iniezioneEsempio di macchina per stampaggio per iniezione


Parte fissa e parte mobile di stampo per iniezione per la realizzazione di

rivestimento interno di sportello baule di

automobile - Matess srl

Termoformatura

• Un foglio rigido di materiale termoplastico spesso 2-4 mm fissato su un supporto

• Riscaldamento mediante raggi infrarossi• Il riscaldamento avviene per alcuni minuti per

ogni millimetro di spessore fino a 180° - 220°C• Viene poi formato su uno stampo o con un

punzone o mediante pressione e aspirazione di aria, o combinando i due metodi

• Il pezzo formato viene tranciato dalla cornice

Termoformatura

• Si impiegano:

— polimeri stirenici o loro copolimeri,— polimeri acrilici,— vinilici,— cellulosici,— polipropilene,— polietilene

Termoformatura

• Vantaggi:

— basso costo degli stampi

— rapidità del loro set-up

• Applicazioni in automotive:

— rivestimenti estetici per plance,

— pannelli porta schiumati,

— rivestimenti dei bauli,

— fianchetti posteriori

Termoformatura• Applicazioni:

— manufatti in resine polipropilenica,— polietilenica,— poliammidica,— poliestere rinforzati con 30 - 40 % di fibre di vetro disposte

casualmente o unidirezionalmente— componenti strutturali con modulo elastico a flessione di 5000-

6000MPa (notevole riduzione di peso rispetto alle lamiere metalliche)— supporti di batterie,— schermi insonorizzanti,— tetti apribili.— I cicli di stampaggio sono veloci anche nel caso di forme complesse;

• Svantaggi: scarsa esteticità delle superfici dovuta all'affioramento delle fibre

Termoformatura

Stampaggio rotazionale• Viene impiegato per realizzare corpi cavi, taniche,

valigie, serbatoi anche aventi capacità di decine di m3

• Lo stampo è diviso in due parti:— viene introdotto il polimero in polvere;— si chiude lo stampo,— lo si pone in rotazione

— lo si riscalda;

• il polimero rammollisce e si adagia sulla superficie dello stampo

• Non necessita di finiture ed è di elevata precisione

Esempio di stampaggio rotazionale

Estrusione

• E' un processo continuo che consente di ottenere prodotti finiti o semilavorati

• Il materiale, per lo più termoplastico, e talvolta termoindurente viene riscaldato fino ad assumere la consistenza di un liquido viscoso

• viene poi costretto da una vite senza fine che esercita una pressione dell'ordine di 10 MPa, a passare attraverso un bocchettone che lo conforma

• Segue un energico raffreddamento

• Il componente esce già irrigidito

Estrusione

Estrusione• Si impiegano:

— PVC,— polietilene,— poliammidi,— acetil butirrato,— poliossifenilene

• Vantaggi:— costi di lavorazione modesti

• Svantaggi:— adatto solo per produrre componenti di forma semplice e costante

Estrusione

• Applicazioni in automotive:

— fili,— cavi elettrici,— fogli,— tubi,— profilati ( ad esempio il contorno del parabrezza),— tubazioni per la circolazione del carburante e dell'acqua

Estrusione polimeri

Estrusione con soffiatura• Viene adottato per produrre corpi cavi

• Procedimento:

- Da un estrusore verticale esce un elemento tubolare riscaldato alla temperatura di rammollimento

- Viene introdotto in uno stampo chiuso che riproduce la forma dell'oggetto- Attraverso il tubo, che può essere di polietilene, PVC, poliammide, viene

soffiata dell'aria che dilata il materiale polimerico fino a farlo aderire allo stampo.

- l'aria compressa viene inviata con continuità

Estrusione con soffiatura• Applicazioni:

- fogli tubolari continui di spessore dell'ordine di 0,01-0,02 mm in politene o in PVC;

- corpi cavi monoblocco,- Corpi cavi con forma anche

complessa, ad esempio serbatoi per il carburante senza saldature.

• Esistono anche processi combinatistampaggio per soffiatura ad

INIEZIONE E STAMPAGGIO PER SOFFIATURA AD ESTRUSIONE

Estrusione con soffiaturaEsempio di fasi di lavorazione bottiglie in PET

Calandratura

• Si ottengono fogli di materiale polimerico

• I polimeri, mescolati con plastificanti, coloranti, pigmenti, stabilizzanti, cariche, vengono rammolliti termicamente

• Sono poi fatti passare tra cilindri rotanti fino a ottenere fogli spessi qualche decimo di millimetro

• Nella fase conclusiva possono essere impresse goffrature di finitura estetica, oppure i fogli possono incorporare tessuti, carta, reti metalliche

Calandratura

• Si impiegano:

- PVC plastificato,- polietilene,- polipropilene,— ABS (copolimero Acrilonitrile, Butadiene, Stirene)

• Per ottenere:— finte pelli— lastre termoformabili

Calandratura

Tecnologie di lavorazione dei materialitermoindurenti

Tecnologie di lavorazione dei materialitermoindurenti

• Stampaggio per iniezione• Compressione• Inietto-compressione• Poltrusione• Stampaggio rotazionale

Stampaggio per iniezione• Il procedimento è analogo a quello per i materiali termoplastici

• Utilizzo di stampo riscaldato

• Una mescola costituita da resina, rinforzanti, cariche, additivi, viene plastificata a caldo e trasferita attraverso degli ugelli sotto pressione nello stampo riscaldato;

• la viscosità, inizialmente modesta, aumenta progressivamente all'aumentare della reticolazione

• Con cicli abbastanza veloci, dell'ordine di un minuto per millimetro di spessore, si ottengono, con questo processo, elementi complessi anche di grosse dimensioni,

• Svantaggi:

— costo degli stampi

— lungo tempo necessario per il set-up

Inietto-reazione• Due componenti liquidi vengono miscelati e iniettati a bassa

pressione in uno stampo dove reticolano e solidificano• Componenti liquidi: polialcoli e diisocianati destinati alla

produzione di materiali poliuretanici• Nei liquidi possono essere disperse fibre corte di vetro

rinforzanti;• Si possono in ogni caso ottenere componenti di forma e

geometria non semplice: paraurti;• Ciclo di lavorazione lungo, da 2 a 3 minuti

Stampaggio per compressione

• La pressa agisce su due semistampi riscaldati a 140° -180°C,

• I due stampi sono uno fisso e uno mobile

• Sono fissati ciascuno a uno dei piatti della pressa• Fra i due semistampi viene interposta una stuoia

impregnata di materiale plastico oppure materiale in polvere o granulato

Stampaggio per compressione• Alla chiusura dello stampo il materiale, spesso costituito da

poliestere, viene fluidificato, compattato e reticolato;• Trattandosi di materiale a modesta conducibilità termica occorre

mantenere la pressione per circa 1' per ogni mm di spessore• Criterio generale:

- si ricorre a temperature elevate e a tempi brevi per componenti piccoli e semplici

- temperature basse e tempi lunghi, per consentire il riempimento degli stampi, nel caso di pezzi di grosse dimensioni, spessi, con geometrie complesse.

- I componenti possono essere alleggeriti favorendo la presenza di cavità al loro interno.


• Condizioni operative:

• resine fenoliche con farina di legno 150-200 atm 150°-180°C • resine fenoliche con fibre e tessuti 400-800 atm 150°-180°C• resine ureiche 200-300 atm 135°-150°C• resine melamminiche 400-500 atm 130°-145°C

Si ottengono materiali con buone caratteristiche meccaniche, dotati di eccellente finitura superficiale e quindi verniciabili, adatti per parafanghi, paraurti, portelloni; anche in questo caso il problema principale è il costo per l'approntamento degli stampi.

Stampaggio per trasferimentoLo stampo viene chiuso preventivamente, la resina fluidificataviene introdotta nella forma mediante un pistone. si raggiungono in questomodo precisioni più elevate rispetto allo stampaggio per compressione.• entrambi questi metodi possono essere utilizzati sia per polimeri

termoplastici che termoindurenti• per i termoindurenti il riscaldamento deve essere mantenuto per un

tempo sufficiente a terminare la reticolazione, sfiatando ogni tanto isottoprodotti volatili.

• per i materiali termoplastici occorre invece raffreddare lostampo in modo che, prima dell'apertura il pezzo abbia raggiunto lastabilità dimensionale. in entrambi i casi vengono poi aggiunti degliagenti di distacco per favorire il distacco del pezzo dagli stampi.

Inietto-compressione• l'impasto di resina poliestere insatura, cariche minerali, rinforzodi fibre di vetro viene iniettato lateralmente in uno stampo,• Viene collocato in una pressa verticale, leggermente aperto e che viene successivamente chiuso.• Il ciclo ha una produttività che è circa il doppio di quella dell'iniezione;• si preparano componenti con tolleranze dimensionali molto contenute, con buona finitura superficiale anche se le caratteristiche meccaniche sono inferiori a quelle ottenute per compressione a causa della minore lunghezza delle fibre rinforzanti vetrose.

Poltrusione

• Estrusione-trafilatura in cui un rinforzo fibroso di vetro, preimpregnato con una resina liquida termoindurente, in forma di filo continuo, di tessuto, di materassino, viene tirato attraverso uno stampo riscaldato.• Il materiale esce dallo stampo sufficientemente reticolato da sopportare l'operazione di traino.• Lavorando a una temperatura di 90°-150°C con resine liquide epossidiche o poliestere, vinilestere, fenoliche si possono produrre circa 2 m al minuto di materiale contenente dal 40 al 70% in peso di rinforzo.• I costi di lavorazione sono contenuti, ma si possono ottenere solo profilati senza variazione di forma, utilizzabili ad esempio, per le traverse dei paraurti o per elementi della sospensione.

FILATURA

• Serve per la fabbricazione di fibre, può essere effettuata pergravità o a pressione, partendo

• Da fuso o da una soluzione del polimero in ambiente controllato.molto importante è la qualità della trafila che deve assicurare chela fibra risulti priva di microintagli che ne possono pregiudicare ilbuon funzionamento.

Regole generali

• Il volume di produzione può orientare verso la scelta di una tecnica rispetto ad un'altra anche a fronte di un maggiore costo dell'investimento iniziale

• Le dimensioni dei pezzi finali influenzano la scelta di una tecnica rispetto ad un'altra così come le tolleranze richieste sulla dimensione finale dei pezzi

• Fondamentale il calcolo dei ritiri: tutte le lavorazioni dei materiali termoplastici sono effettuate per via termica portando il polimero allo stato fuso o gommoso: durante il raffreddamento quindi varierà il volume del pezzo

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