Materie plastiche
Le materie plastiche sono sostanze che hanno la caratteristica di modificarsi una volta riscaldate (rammolliscono) in una configurazione definitiva con
il raffreddamento.

NATURALI - di origine vegetale: lacca, lattice, gomma naturale, cellulosa, farina di legno, fibre di cotone
- di origine animale: ambra, corno, osso, caseina di tartaruga.

SEMISINTETICHE risultato di una azione chimica su una sostanza naturale gomma vulcanizzata: lattice o gomma naturale + zolfo ebanite: +molto zolfo (pneumatici)
celluloide: canfora + nitrocellulosa

SINTETICHE Sono il risultato di azioni chimiche degli elementi costitutivi del petrolio e del carbone. Si utilizza un processo detto di polimerizzazione: ciascuna delle risorse di partenza viene frazionata in molecole molto piccole, i monomeri, che poi sono riaccorpati e legati in lunghe catene. Si ottengono cosi' i polimeri, ciascuno dei quali ha proprieta', strutture e dimensioni diverse in funzione dei differenti tipi di monomeri di base. Per realizzare le materie plastiche, al mix di polimeri di base si uniscono ad esempio:
* additivi, cioe' sostanze che ne esaltano o ne attenuano le proprieta'
* coloranti
* agenti con caratteristiche particolari come gli antifiamma, gli antiossidanti, gli antistatici,
i plastificanti
* i riempitivi naturali, per aumentare la rigidita' e migliorare le proprieta' meccaniche
* gli espandenti, per ottenere un prodotto piu' leggero, come ad esempio il polistirolo

I polimeri piu' utilizzati derivano prevalentemente da quattro prodotti chimici di base, a loro volta derivati dal petrolio:
l'etilene, il propilene, il butadene e lo stirene.
Le materie plastiche si dividono in due grandi famiglie : Termoplastiche e Termoindurenti.
l Termoplastiche
Formate col calore ma non modificate nella struttura, e quindi tali da poter essere rimodellate utilizzando il calore.
l Termoindurenti
Prendono forma con il calore che modifica in modo irreversibile la loro struttura chimica e quindi non possono essere piu' rammollite.

ESEMPI termoplastici:
l Acrilonitrile-Butadiene-Stirene - ABS
Ottenuto per copolimerizzazione di acrilonitrile, butadiene e stirene. Utilizzato per la produzione di manufatti particolarmente resistenti all'urto quali valige, piccoli e grandi elettrodomestici, chassis per apparecchiature elettrico/elettroniche, telefoni, accessori nel settoreautomobilistico. Viene anche miscelato con PVC.

l Poliammidi - PA
Ottenuto dalla reazione fra diammine e acidi bibasici o fra lattami e amminoacidi. Utilizzato per la produzione di fibre sintetiche (nylon), per masse da stampaggio nell'industria meccanica, nella produzione di film per l'imballaggio flessibile di prodotti alimentari.

l Polietilene (o Politene) - PE
Scoperto da Gibson e Fawcet nel 1935 e ottenuto per polimerizzazione dell'etilene. Differenziando il processo di polimerizzazione si puo' ottenere: LDPE (PE a bassa densita') per la produzione di film, casalinghi, giocattoli, contenitori, tubazioni e LLDPE (PE lineare a bassa densita') per la produzione di film; HDPE (PE ad alta densita') per la produzione di cassette e cassoni industriali, flaconi, contenitori per liquidi, serbatoi per carburanti e tubazioni per il trasporto di gas ed acqua a pressione.

l Polietilentereftalato - PET
Ottenuto per condensazione dell'acido tereftalico con glicoletilenico. Utilizzato per la produzione di contenitori per liquidi, supporti per pellicole fotografiche, tappeti, buste multistrato per cibi precotti, nastri per audio e video cassette.

l Polivinilidencloruro - PVDC
Ottenuto per polimerizzazione del cloruro di polivinilidene. Viene utilizzato prevalentemente sotto forma di soluzione e di emulsione acquosa per il rivestimento barriera a vapore dacqua, gas ed aromi, di film da imballaggio di varia composizione.

l Polimetilmetacrilato - PMMA
Ottenuto per polimerizzazione dell'acido metacrilico. Viene utilizzato per la produzione di lastre trasparenti, lastre per coperture, insegne luminose e per apparecchiature ottiche.

l Polipropilene - PP
Ottenuto per polimerizzazione del Propilene. Utilizzato per la produzione di componenti per auto, tubazioni, arredamento, casalinghi, film per imballaggi, tubi termoidraulici per impianti di riscaldamento.

l Polistirene o Polistirolo - PS
Ottenuto dalla polimerizzazione dello stirene. Nelle versioni cristallo o antiurto viene largamente usato nella produzione di imballaggi, articoli per uso domestico, grandi e piccoli elettrodomestici, giocattoli, elettronica di consumo.

l Polistirene espanso - EPS
Ottenuto dalla polimerizzazione dello stirene in presenza di un agenteespandente. Una volta espanso si presenta come materiale molto leggero, utilizzato prevalentemente nell'imballaggio, nell'isolamento e alleggerimento di strutture nell'edilizia, nella produzione di calotte interne per caschi di protezione.

l Polivinilcloruro - PVC
Ottenuto per polimerizzazione del cloruro di vinile. Prodotto industrialmente, dal 1930, il PVC, grazie alla sua versatilita', alla sua resistenza all'usura, agli agenti chimici ed atmosferici e al fuoco, si presta alle piu' svariate applicazioni nei settori edilizia e costruzioni (tubi, profili per finestre), imballaggio alimentare e farmaceutico (vaschette per alimenti, blister etc.) cavi, trasposrti, sport e tempo libero, arredamento, abbigliamento, casalinghi e prodotti medicali (sacche per plasma, tende ossigeno etc.).

l Esempi termoindurenti:
l Poliesteri insaturi - UP
Dette anche resine poliestere , si ottengono per esterificazione di una miscela di un acido bibasico saturo e di un acido alifatico con glicoli alifatici.. Vengono messe in opera mediante diverse tecnologie applicative. Mediante colata si producono bottoni, fibbie, parti elettriche, mattonelle, lastre in finto marmo. Mediante stampaggio di resina prepolimerizzata con cariche e fibra di vetro si ottengono manufatti per l'industria elettrica, elettronica e chimica. Vengono inoltre fabbricate lastre piane ondulate utilizzate in edilizia. Un settore di rilievo e' quello della nautica, dove le resine poliestere trovano applicazione nella fabbricazione di scafi e di intere imbarcazioni. Trovano applicazione inoltre nel settore dei trasporti, dei grandi contenitori e in una serie di applicazioni che vanno da parti di aerei ed elicotteri a schermi radar, articoli sportivi, ecc.

l Poliuretani - PU
Ottenuti per reazione tra disiocianati e polioli. Esistono diverse composizioni in funzione dell'applicazione finale. Utilizzati nella fabbricazione di finte pelli, suole e tacchi da scarpe, film per isolamento elettrico, articoli per lo sport, per uso tecnico e nel settore medicale.

l Resina epossidica - EP
Ottenuta per condensazione di bisfenolo e epicloridrina. Utilizzata nella produzione di vernici, adesivi, laminati, isolatori elettronici. Si usa anche rinforzata con fibre di vetro, di carbonio e aramidiche.

I polimeri sono i piu' usati negli imballaggi.

l Processi di trasformazione
I polimeri possono essere in polvere, granuli, liquidi o in soluzioni.
I principali procedimenti che li trasformano in prodotti finali, utilizzando pressione e calore, sono :
a) Calandratura : consiste nel distendere e comprimere con una macchina, costituita da cilindri riscaldati, il polimero riscaldato e reso plastico, ottenendo fogli dello spessore desiderato.
b) Estrusione (Filmatura per soffiaggio, Stampaggio ad iniezione, Blow Molding, etc.)
c) Termoformatura

La temperatura di impiego delle materie plastiche, per la produzione di manufatti, varia in funzione della materia prima utilizzata: e' fra 150 gradi e 170 gradi C per i termoplastici piu' usati (PE, PET, PP, PS, PVC); temperature superiori a 220 gradi Centigradi sono necessarie per alcuni polimeri speciali.

l'Estrusione
L'operazione di estrusione consiste nel pompaggio di un fuso ad alta temperatura e con elevata viscosita' attraverso un ugello dove assume la forma e le dimensioni volute. Un estrusore monovite e' composto da due sezioni: il gruppo cilindro-vite e la testa d'estrusione. Nella prima parte il polimero viene fuso e trasportato verso la testa d'estrusione; questa sezione e' comune a tutti le operazioni. Al variare della testa d'estrusione si possono classificare diverse operaziopni tra le quali:
- estrusione di profili pieni
- estrusione di profili cavi
- estrusione di lastre e film piani
- ricoprimento di cavi.

Il gruppo cilindro-vite e' costituito da una vite d'Archimede che ruota all'interno di un cilindro riscaldato. Tra il cilindro ed il nocciolo della vite si trova il materiale da estrudere.

l Filmatura per soffiaggio
L'estrusore spinge il fuso polimerico attraverso un foro anulare. L'estruso, in forma di tubo, viene tirato lungo la direzione d'uscita per mezzo di rulli posti ad una certa distanza dalla testa d'estrusione. Durante lo stiro viene introdotta aria all'interno del tubo che quindi viene gonfiato formando una bolla.
La bolla viene quindi schiacciata fra i rulli e raccolta su una bobina.
Poco sopra il livello al quale si raggiunge il diametro desiderato avviene la solidificazione in una zona chiamata "linea di gelo". Al di sopra di questa linea non si ha piu' alcuna deformazione del materiale. l Stampaggio ad iniezione
Il processo di stampaggio ad iniezione e' costituito da una serie di operazioni che possono essere schematizzate come segue: * plastificazione (fusione) del polimero che, caricato sotto forma di granuli, viene portato allo stato fuso e caricato da una vite plastificante in una camera di iniezione
* iniezione del polimero fuso in uno stampo che si trova al di sotto della temperatura di solidificazione del polimero; l'impronta ricavata nello stampo deve ovviamente comprendere oltre alla cavita' avente la forma del manufatto anche i canali di adduzione (iniezione) del fuso alla cavita'
* mantenimento del polimero sotto pressione fin quando non avviene la solidificazione di una sezione a monte del manufatto, cioe' nei canali di adduzione
* raffreddamento del manufatto fin quando la solidificazione e' avanzata sufficientemente
* apertura dello stampo ed estrazione del manufatto
La successione di operazioni appena descritta viene eseguita su un'unica macchina automatica ad azionamento idraulico (pressa ad iniezione). Il tempo caratteristico per l'esecuzione di un ciclo varia ovviamente da caso a caso ma difficilmente e' superiore a qualche minuto. La produttivita' del processo e' molto elevata se si considera che uno stampo puo' contenere un numero elevato di impronte dello stesso manufatto.

l Blow Molding
Il Blow Molding e' un processo di trasformazione di materiali termoplastici che permette di ottenere manufatti cavi finiti. I manufatti sono generalmente a parete sottile, con saldature limitate a zone molto ristrette e comunque effettuate durante il processo; un tipico esempio di manufatti prodotti con questa tecnica è costituito dalle bottiglie in plastica che hanno saldature sul fondo ed eventualmente altre saldature per la formazione dei manici.
Il momento centrale del processo consiste nell'intrappolamento di un tubo cavo, parison, in polimero termoplastico all'interno di uno stampo. Il parison viene gonfiato con aria in pressione fino a che viene in contatto con le pareti interne dello stampo freddo che fanno solidificare il polimero. Dopo la solidificazione lo stampo viene aperto ed il prodotto finito viene estratto.l Termoformatura
La termoformatura e' una tecnologia di stampaggio delle materie plastiche che rappresenta una valida alternativa ad altre tecniche per la realizzazione di svariate tipologie di prodotto in numerosi settori
I vantaggi principali sono :
a) Facilita' di realizzazione di forme anche complesse con costi ridotti delle attrezzature di produzione;
b) Tempi ridotti di progettazione e sviluppo di stampi, prototipi e produzione finale;
c) Elevata qualita' dei materiali, sia come caratteristiche fisiche che come finitura superficiale, migliori rispetto ad altre tecniche.

Il processo di termoformatura puo' essere realizzato impiegando due tecniche fondamentali che sono:
1) Formatura a vuoto (Vacuum forming)
2) Formatura ad alta pressione (High pressure forming)

1) Formatura a vuoto (Vacuum forming)
Il metodo di formatura piu' conosciuto e' quello a vuoto. Uno stampo positivo o negativo viene chiuso nella lastra calda. Quindi tra essi viene creato il vuoto togliendo l'aria presente. Quindi viene usata la pressione atmosferica per portare la lastra calda ora malleabile sullo stampo, mantenendola in posizione fino al raffreddamento al di sotto della temperatura di distorsione.
In tutti i processi di termoformatura e' estremamente importante che la condizione di vuoto e /o l'aria compressa rimangano sul pezzo fino al raffreddamento al di sotto della temperatura di distorsione.
La distribuzione del materiale con questo metodo dipende enormemente dalle seguenti variabili:
1. Riscaldamento uniforme della lastra.
2. Temperatura dello stampo e tipo di materiale.
3. Velocita' di evacuazione dell'aria (vuoto e/o aria compressa).
Piu' lo stampo e' caldo e piu' veloce e' l'evacuazione o la pressione dell'aria, migliore e' la distribuzione del materiale. Il superamento della temperatura di lavorazione deve essere evitato.

2) Formatura ad alta pressione (High pressure forming)
Il processo di formatura a pressione deriva dal metodo di termoformatura tradizionale, ma l'aspirazione a vuoto avviene con l'applicazione di ulteriore pressione, che spinge il materiale a diretto contatto con la superficie dello stampo dove esso raffredda e solidifica. La pressione positiva, fino a 10 bar, permette di dare al materiale la forma e l'aspetto desiderati nella maniera piu' accurata, con cura di dettagli pari a quella ottenuta per stampaggio a iniezione. E' anche possibile ottenere una formatura profonda con un buon controllo dello spessore del prodotto finito. In confronto al metodo di termoformatura tradizionale quello ad alta pressione consente di definire linee ben marcate, angoli e sottosquadra, nonche'; di produrre una finitura superficiale di qualita'. La migliore distribuzione del materiale fa si' che possano essere prodotte parti con imbutitura. Possono essere impiegati molti tipi di polimeri, dagli stirenici ai polimeri ad alto rendimento, come ABS, PC, PCT, PMMA.

La precisione del processo di lavorazione ad alta pressione rende possibile la creazione di un'enorme varieta' di componenti, anche i piu' complessi. A differenza dello stampaggio a iniezione, la temperatura del materiale puo' essere facilmente controllata, evitando cosi' rischi di degradazione. Inoltre vengono impiegati stampi ad un solo lato, che possono essere fatti in resina, leghe metalliche, alluminio od acciaio, a seconda del tipo di definizione richiesta.

Il prezzo unitario per la produzione di piccoli lotti e' basso grazie al costo contenuto degli stampi, in particolare nel caso di componenti di grandi dimensioni. La modifica degli stampi e' abbastanza economica, il che facilita lo sviluppo di componenti non complessi.