Appunti del corso Tecnologie e sistemi di lavorazione dei materiali polimerici

Struttura e proprietà dei materiali polimerici

È importante collegare la struttura microscopica dei materiali polimerici con quelle che sono le loro proprietà macroscopiche e di conseguenza tra proprietà dei materiali polimerici e performance degli elementi che andiamo a realizzare.

Partiamo da un esempio: componente di uno specchietto retrovisore di una macchina, lo specchietto è legato al cilindro interno, mentre la portiera alla parte esterna. È costituito da due ruote dentate, una chiara interna e con i denti rivolti verso l'interno e una esterna più scura e con i denti verso l'esterno. Il metodo che viene utilizzato per produrli è quello del sovrastampaggio, prima si stampa il materiale chiaro e poi su quello chiaro viene stampato il materiale scuro (poi vedremo più approfonditamente). A destra vediamo uno stampaggio completo dell'elemento, mentre a sinistra vediamo uno stampaggio con una iniezione incompleto dell'elemento esterno (short-shot).

Questa immagine ci fa capire solo come avviene il riempimento dello stampo, dal basso verso l'alto.

Nel processo è fondamentale capire come avviene il flusso del polimero all'interno dello stampo, riempiendo la cavità e replicando i dettagli, quindi si studia il flusso del materiale. Ma il flusso del materiale dipende dal polimero, che ha delle proprietà reologiche e in particolare ci interessa la viscosità. Ci interessa poi anche lo scambio termico del processo, che dipende da quanto si sta riscaldando il materiale e raffreddando lo stampo, ma lo scambio termico dipende anche da quelle che sono le proprietà termiche del polimero stesso (quanto calore scambia con lo stampo).

Questo componente è inoltre fatto di un polimero caricato con delle fibre, quindi anche la resistenza del materiale dipende da come le fibre sono orientate e solitamente se il materiale risale verso l'alto le fibre sono orientate verso l'alto, inoltre le proprietà meccaniche dipendono anche dalle tensioni generate dalle fibre che si possono danneggiare durante il processo stesso. La performance del materiale può essere inoltre influenzata dalle tensioni che si possono andare a generare internamente, anche tra la ruota interna e quella esterna (si genera una forza normale dalla parte chiara su quella scura, qui entra in gioco anche la forza di attrito caratteristica del materiale stesso).

Inoltre bisogna considerare il costo del materiale e a fine vita deve essere smaltito (1 aut. di materiale rappresenta il 5% in peso, quindi l'oggetto deve essere disassemblato, i materiali devono essere riciclabili. Non si progetta solo considerando la performance se si vuole ottenere una proprietà del materiale, ma a che bene economico ha fine vita ad oggi. Infine bisogna tenere sempre a mente i costi: del materiale, dello stampo, della manodopera, dell'energia ed

Struttura e proprietà dei materiali polimerici

È importante collegare la struttura microscopica dei materiali polimerici con quelle che sono le loro proprietà macroscopiche e di conseguenza tra proprietà dei materiali polimerici e performance degli elementi che andiamo a realizzare.

Partiamo da un esempio: componente di uno specchietto retrovisore di una macchina, lo specchietto è legato al cilindro interno, mentre la portiera alla parte esterna. È costituito da due ruote dentate, una chiara interna e i denti rivolti verso l’interno e una esterna più scura e con i denti verso l’esterno. Il metodo che viene utilizzato per produrli è quello del sovrastampaggio, prima si stampa il materiale chiaro e poi su quello chiaro viene stampato il materiale scuro (poi vedremo più approfonditamente). A destra vediamo uno stampaggio completo dell’elemento, mentre a sinistra vediamo uno stampaggio con una iniezione incompleto dell’elemento esterno (short-shot). Questa immagine ci fa capire solo come avviene il riempimento dello stampo, dal basso verso l’alto.

Nel processo è fondamentale capire come avviene il flusso del polimero all’interno dello stampo, riempiendo la cavità e replicando i dettagli, quindi si studia il flusso del materiale. Ma il flusso del materiale dipende dal polimero, che ha delle proprietà reologiche e in particolare ci interessa la viscosità. Ci interessa poi anche lo scambio termico del processo, che dipende da quanto si sta scaldando il materiale e raffreddando lo stampo, ma lo scambio termico dipende anche da quelle che sono le proprietà termiche del polimero stesso (quanto calore scambia con lo stampo).

Questo comporta che il riempimento di un polimero caricato con delle fibre, quindi anche la resistenza del materiale dipende da come le fibre sono orientate e solitamente se il materiale risale verso l’alto le fibre sono orientate verso l’alto, inoltre le proprietà meccaniche dipendono anche dalle tensioni generate dalle fibre che si possono danneggiare durante il processo stesso. La performance del materiale può essere inoltre influenzata dalle tensioni che si possono andare a generare internamente, anche tra la ruota interna e quella esterna (si genera una forza normale dalla parte chiara su quella scura, qui entra in gioco anche la forza di attrito caratteristica del materiale stesso).

Inoltre bisogna pensare che il materiale non può essere deve essere smaltito