Lavorando da diversi anni nel campo delle materie plastiche, abbiamo notato che le schede tecniche messe a disposizioni dai produttori sono spesso carenti di informazioni oppure non seguono un modello che faciliti la comparabilità delle caratteristiche tra i vari materiali.
Tale situazione diventa ancora più critica quando ci si trova a dover eseguire una failure analysis, dove è necessario definire accuratamente le prestazioni del materiale in condizioni reali.
Vediamo quindi di capire quali sono le ragioni alla base di tale problematica e come riconoscere l’attendibilità delle caratteristiche dei materiali riportate in una scheda tecnica.
Perché le schede tecniche sono spesso carenti?
Le cause principali che ci mettono in difficoltà quando analizziamo le schede tecniche sono di natura metodologica, commerciale, scientifica ed economica. Vediamo di analizzare tali elementi in dettaglio.
Metodi di prova diversi. I produttori non sempre utilizzano metodi di prova standardizzati per determinare, ad esempio, la resistenza a trazione o l’indice di fluidità. Tale scelta rende difficile (se non impossibile) il confronto diretto con i dati forniti da un altro produttore.
Carenza di parametri chiave. Alcuni produttori potrebbero omettere dati importanti per applicazioni specifiche (es. resistenza chimica, coefficiente di dilatazione termica, proprietà dielettriche) perché non considerati “essenziali” per il loro mercato primario o per ridurre i costi dei test.
Focus sui “punti di forza”. I produttori tendono a mettere in evidenza solo le proprietà migliori dei loro materiali, tralasciando quelle meno performanti o non considerate un vantaggio competitivo.
Intrinseca complessità dei polimeri. La natura viscoelastica dei polimeri fa sì che le proprietà dipendano fortemente da temperatura, tempo di applicazione del carico e velocità di deformazione. Presentare un set completo di dati che copra tutte queste dipendenze sarebbe estremamente complesso e voluminoso. In aggiunta, la presenza di additivi, mescole e la variabilità tra lotti di produzione indotte da piccole variazioni nel processo produttivo o nelle materie prime possono portare a sostanziali differenze nelle proprietà finali. Ogni formulazione è unica e i dati delle schede tecniche sono spesso valori tipici, non garantiti.
Costi dei test e delle certificazioni. Effettuare un’ampia gamma di test, soprattutto quelli a lungo termine (es. invecchiamento, creep) è costoso e richiede tempo. I produttori devono bilanciare il costo dei test con il valore percepito dal cliente.
Documento tecnico o commerciale? La scheda tecnica è spesso vista come un documento di vendita/marketing tanto quanto un documento tecnico. Il suo scopo principale potrebbe essere quello di facilitare una prima selezione piuttosto che fornire tutti i dati necessari per la progettazione dettagliata.
Aspetti da includere in una scheda tecnica
Composizione chimica delle materie plastiche
Il primo fattore in assoluto che si va a ricercare in una materia plastica è la sua composizione chimica. Le norme ISO 11469 e ISO 1043-1 forniscono un sistema di marcatura uniforme che ci permette di identificare prodotti a singolo costituente (omopolimeri o copolimeri), miscele di polimeri (blend) e l’eventuale contenuto di riciclato presente nel materiale.
Esempi:
singolo costituente: polietilene >PE<
singolo costituente con 20% di riciclato: >PE(REC20)<
miscela di polietilene e polipropilene: >PE+PP<
miscela di polietilene con 20% di riciclato e polipropilene: >PE(REC20)+PP<
La presenza di additivi trasforma il polimero in una materia plastica modificandone drasticamente le proprietà. Per avere informazioni sulla tipologia e sulla quantità degli additivi, le altre norme della serie ISO 1043 propongono un metodo per identificare le cariche o gli agenti di rinforzo, i plastificanti e i ritardanti di fiamma.
Esempi:
polipropilene con 30% di fibra di vetro: >PP-GF30<
polivinilcloruro contenente dibutilftalato come plastificante: >PVC-P(DBP)<
poliammide 66 contenente idrossido di alluminio come ritardante di fiamma: >PA66-FR(60)<
Attenzione! Le norme non coprono completamente la miriade di additivi che possiamo trovare all’interno delle plastiche: pigmenti e coloranti, nucleanti, antiossidanti, lubrificanti, agenti antistatici, etc. possono venir aggiunti per migliorare prestazioni e processabilità dei materiali ma non sono sempre esenti da effetti collaterali (si pensi ad esempio ad eventuali migrazioni in prodotti destinati e venire a contatto con gli alimenti) e difficilmente vengono dichiarati nella documentazione tecnica.
Proprietà tecnologiche delle materie plastiche
Oltre alla composizione chimica, durante la selezione dei materiali è necessario prendere in considerazione anche le loro proprietà tecnologiche: ciascuna categoria di proprietà risulterà più o meno importante a seconda dell’utilizzo previsto del prodotto. La norma ISO 10350-1 identifica una serie di procedure di prova basate su norme internazionali per eseguire la caratterizzazione delle materie plastiche.
Le categorie di proprietà prese in considerazione sono:
Proprietà reologiche: sebbene queste non includano una caratterizzazione reologica completa, la misura del Melt Flow Index (MFI) e del ritiro per quanto riguarda i componenti stampati offrono una solida base di partenza per conoscere il comportamento del fuso durante il processo di produzione. Alcuni produttori di granuli includono nelle schede tecniche anche grafici della viscosità in funzione della velocità di taglio (shear rate) e della temperatura e raccomandazioni sul processo.
Proprietà meccaniche: è prevista la misura di caratteristiche meccaniche sia a breve termine (trazione, flessione e impatto), sia a lungo termine (scorrimento viscoso o creep). Queste ultime sono spesso trascurate, ma assumono un valore fondamentale per evitare cedimenti prematuri di materie plastiche soggette a carichi continui. Anche se non previsto dalla ISO 10350-1, molte applicazioni richiedono informazioni su come una plastica si comporta se sottoposta a carichi dinamici: in questo caso è molto importante conoscere anche il fattore di perdita (tan δ).
Proprietà termiche: quando si parla di proprietà termiche, molto spesso ci si ferma a valutare solamente la capacità di un materiale di trasmettere il calore oppure di isolare. Il comportamento di una plastica è però fortemente influenzato dalla temperatura, perciò è opportuno conoscere le temperature massime a cui posso applicare un dato carico (Vicat e deflessione), il coefficiente di espansione e l’infiammabilità. La calorimetria a scansione differenziale DSC ci permette infine di misurare l’intervallo di fusione, la temperatura di transizione vetrosa e, ad un occhio attento, il grado di cristallinità e altre caratteristiche legate alla struttura dei materiali.
Proprietà elettriche: molte plastiche sono utilizzate come isolanti elettrici. Per tali applicazioni la permettività relativa, il fattore di dissipazione, la resistività e la rigidità dielettrica assumono particolare importanza.
Proprietà fisiche: densità e assorbimento d’acqua sono altre proprietà fisiche di importanza pratica che vengono di norma valutate.
Influenza dell’aggiunta di additivi sulle proprietà meccaniche del PP. Rif. www.grantadesign.com/education
Treeing in un isolante elettrico. Rif. Plastics Failure Guide Cause and Prevention 2nd Ed., Hanser.
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