Materiali polimerici

PROCESSI DI TRASFORMAZIONE

• Estrusione: Si ottengono dei prodotti che sono tubolari, delle lastre, li. Hanno di caratteristico che sono tutti regolari, cioè hanno una sezione costante. Si parte da un materiale polimerico (in granuli, polvere o altro) si scalda e diventa un liquido che viene fatto passare per una piastra e si ottiene un oggetto che riproduce la geometria della feritoia. Se la piastra ha delle feritoie a cerchietti fuoriescono dei li, delle bre. Stessa cosa avviene per i materiali che escono da una fessura cilindrica e quindi si formano dei tubi. Si ha quindi una sezione costante. Non è possibile ottenere forme cave. È meglio avere un polimero più viscoso così quando esce dalla feritoia mantiene meglio la forma una volta raffreddato.

• Stampaggio per iniezione: Si parte dal polimero che viene scaldato e portato in uno stato liquido poi viene convogliato in uno stampo metallico che riproduce la forma dell'oggetto.

più costoso perché richiede stampi metallici. È più semplice e meno costosa la termoformatura. Consente di avere forme più varie; è la tecnologia più versatile per quanto riguarda la geometria. Ci sono oggetti più complicati come forchetta o il tappo di un detersivo. Per quanto complicati o forati si tratta di pezzi unici, non composti. È meglio avere un materiale poco viscoso così riempie bene la cavità.

Stampaggio rotazionale: Polimero fa da parete di una grande cavità. Si parte sempre da uno stampo mail polimero non viene iniettato ma viene posizionato in quantità inferiore rispetto a quella richiesta. Quando il polimero è liquido lo stop viene messo in rotazione e il polimero liquido riveste la cavità interna. Lo stampo viene mantenuto in movimento anche quando si sta raffreddando, no a quando non si consolida. Soprattutto nei prodotti di arredo cavi per esempio le sedie o i

e una bassa resistenza all'usura e alla fatica. 1. T<Tg: materiale vetroso: mobilità delle molecole limitata. Si può avere un comportamento fragile (snervamento per crazing) a temperature molto inferiori rispetto a Tg, o un comportamento tenace (snervamento per scorrimento) avvicinandosi alla Tg. Con crazing si ha uno sforzo massimo a rottura elevato e se prima di arrivare a rottura si rimuove il carico applicato si ha un buon recupero della deformazione (comportamento elastoplastico). Con scorrimento lo sforzo massimo si riduce e aumenta la deformazione a rottura (comportamento elastoplastico). Nella fase vetrosa il materiale presenta un modulo di Young E nell'ordine dei Gpa (10 Pa). 2. T>Tg: materiale gommoso: movimento delle catene a lungo raggio. Nella fase gommosa il materiale presenta un modulo di Young E nell'ordine dei MPa (10 Pa). Se il polimero è reticolato si avrà una deformazione elastica con il recupero totale della deformazione; se il polimero non è reticolato si avrà una deformazione plastica con il recupero parziale della deformazione.polimero è non reticolato sia una deformazione plastica.3. T >>Tg: uido: (Tg +100°C) libertà di scorrimento delle catene. Nel caso di un polimero reticolato non si avrà lo stato uido del materiale, in quanto la reticolazione permette al materiale di tenere valori costanti di E anche al di sopra della temperatura di transizione vetrosa EFFETTO DEL PESO MOLECOLARE (M) In un polimero amorfo non reticolato la massa molecolare non influenza la temperatura di transizione vetrosa, ma influenza la temperatura alla quale il materiale diventa uido: più è alta la massa molecolare, più sarà alta la temperatura al quale il polimero uidi cherà. In un polimero amorfo reticolato la massa molecolare è da considerarsi in nita, e il materiale non raggiunge mai lo stato liquido. Il modulo E rimane costante anche a temperature superiori a Tg EFFETTO DEL GRADO DI RETICOLAZIONE Il grado di reticolazione di un polimero reticolato è la

densità dei legami intermolecolari covalenti che sono presenti all'interno del polimero. Non influisce con i valori di Tg. Un aumento del grado di reticolazione comporta un aumento del modulo del materiale (E) e della rigidità nel campo di temperature superiori alla temperatura di transizione vetrosa (fase gommosa). fl fl fl fifi fi fl fl fl fl

CAMPO DI TEMPERATURA DI UTILIZZO

• Polimeri amorfi non reticolati: se T<Tg - 20°C e T> temperatura di infragilimento si possono avere applicazioni strutturali. Se T>Tg + 20°C e T inferiore a quella per cui il materiale diventa fluido si usano per applicazioni non strutturali (adesivi a contatto per esempio).
• Polimeri amorfi reticolati: possono avere applicazioni strutturali sia per T<Tg - 20°C e T maggiore della temperatura di infragilimento, sia nello stato gommoso purché T Tg + 20°C.

ELASTOMETRI (O GOMME)

Sono quei polimeri che hanno una Tg inferiore alla temperatura ambiente (perciò si trovano in matura

allostato gommoso). Hanno un modulo di Yuong basso (MPa).Si deformano elasticamente. Se vengono abbassate le temperature il materiale diventa rigido e fragile.Sono classi cati in base alla resistenza alla lacerazione e alla resistenza all’abrasione. Siccome si tratta diamor reticolati non sono riciclabili, in quanto non diventano uidifi fl fi fifi fl

PRINCIPALI POLIMERI AMORFI

POLIVINILCLORURO (PVC)

Tg=80°C. Serramenti, tubi, calzature. Costo basso, scarsa resistenzatermica e ai raggi ultravioletti (ingiallisce). È possibile distinguere il- PVC non plasti cato: polimero amorfo vetroso a temperaturaambiente nella quale snerva per scorrimento e ha quindicomportamento tenace. A bassa temperatura o in presenza di tagli odifetti super ciali snerva per crazing (quindi ha comportamentofragile).- PVC plasti cato: polimero amorfo gommoso a temperaturaambiente. Si ottiene per aggiunta di plasti canti che implicano una riduzione della temperatura ditransizione vetrosa.

POLISTIRENE (PS)

Tg=100°C.

Oggetti usa e getta. È polimero amorfo vetroso a temperatura ambiente, buona trasparenza, ma bassa resistenza al grafo e agli oli alimentari. A temperatura ambiente è molto fragile e snerva per crazing. Può essere espanso (imbottiture).

HiPS: è polistirene tenacizzato con l'aggiunta di sostanze che migliorano la tenacità. È opaco perché è eterogeneo.

POLIMETILMETACRILATO (PMMA) Tg=110°C. Articoli casalinghi, sedie, lampade. È un polimero amorfo vetroso a temperatura ambiente. Ha un'ottima trasparenza e resistenza ai raggi UV. A temperatura ambiente presenta comportamento fragile e snerva per crazing pur essendo più deformabile del polistirene. La resistenza meccanica diminuisce a contatto con alcol e olio di silicone (si creano delle piccole crazes).

HiPMMA: è PMMA tecnicizzato; è comunque trasparente, perché la gomma ha lo stesso indice di rifrazione del PMMA.

POLICARBONATO (PC) Tg=155°C.

È un polimero amorfo vetroso a temperatura ambiente. Costo relativamente più alto; buona trasmittanza ma ingiallimento per esposizione a UV. È sensibile alle benzine e all’invecchiamento. A temperatura ambiente mostra comportamento tenace (snerva per scorrimento).

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POLIMERI SEMICRISTALLINI

Costituiti da una fase amorfa e da una fase cristallina; La prima ha come temperatura caratteristica la Tg (temperatura di transizione vetrosa), la seconda ha la Tm (temperatura di fusione).

1. T<Tg: vetro+cristallo. In questa fase il materiale presenta un comportamento fragile con rigidità e modulo E nell’ordine dei GPa. Si ha uno snervamento per crazing.
2. Tg<T<Tm: gomma+cristallo. In questa fase il modulo di Young dipende dal grado di cristallinità del polimero (maggiore è il grado di cristallinità, maggiore è E). Si ha snervamento per scorrimento e quindi comportamento tenace.
3. T>Tm: liquido. La fase amorfa e quella

cristallina si trovanoentrambe allo stato uido. Non si distinguono più le duefasi quindi il materiale è omogeneo. È facilmentedeformabile a sforzi molto bassi.

EFFETTO DEL GRADO DI CRISTALLINITÀ

Maggiore è il grado di cristallinità di un polimero semicristallinomaggiore è il modulo E nell’intervallo di temperature che varianoda Tg a Tm. Al di fuori di questo range di temperature, il grado dicristallinità di un polimero semicristallino non modi ca leproprietà meccaniche del materiale.

CAMPO DI TEMPERATURE DI UTILIZZOTmax = Tm-20°Tmin < Tg, ed è determinata dall’eccessivo infragilimento del materiale

REQUISITI DI REGOLARITÀ

Non tutti i polimeri possono cristallizzare perché sono necessari dei requisiti di regolarità:

• Regolarità di costituzione: successione regolare di atomi e legami lungo la catena
• Regolarità di con gurazione: disposizione regolare di atomi/gruppi

atomici nello spazio. A talproposito si distingue il polimero isotattico (i cui gruppi atomici o atomi si trovano tutti in un lato dellacatena) o sindiotattico (in cui gli atomi o gruppi atomici si trovano una volta su e una volta giù).Tutto ciò che rende meno regolare la catena polimerica ostacola la cristallizzazione (il polimero è amorfo o meno cristallino). La cristallizzazione è anche ostacolata dalla presenza di ramificazioni (PE ramificato = LDPE) o co-monomeri. PRINCIPALI POLIMERI SEMICRISTALLINI POLIETILENE (PE) Tg di -100°C e Tm 135°C. Ha un costo basso. Presenta un'ottima resistenza agli agenti chimici e poca resistenza ai raggi UV. Ha un comportamento tenace. Ci sono diversi tipi di polietilene che differiscono per grado di cristallinità.