Plastica termoindurente vs termoplastica: come produrla e dove usarla

Introduzione: termoindurenti e termoplastici

La distinzione fondamentale tra le plastiche termoindurenti e i materiali termoplastici risiede nel loro comportamento quando riscaldati. Quando riscaldi i materiali termoindurenti, diventano più forti, ma non puoi cambiare la loro forma o riscaldarli di nuovo dopo la prima volta. D'altra parte, i materiali termoplastici possono essere riscaldati, rimodellati e raffreddati ripetutamente senza alcuna modifica chimica.

A causa di queste proprietà fisiche e chimiche, i materiali termoplastici hanno solitamente punti di fusione inferiori rispetto ai termoindurenti, mentre i termoindurenti possono resistere a temperature più elevate senza perdere la forma. In questo articolo parleremo di come è possibile utilizzare ciascuno di questi polimeri termoindurenti e quali sono i loro vantaggi e svantaggi.

Cosa sono le plastiche termoindurenti?

La plastica è onnipresente nel mondo moderno, utilizzata in qualsiasi cosa, dalle penne alla Stazione Spaziale Internazionale. Nonostante la loro semplicità, le materie plastiche possono resistere a condizioni fisiche e chimiche difficili come il calore elevato e la corrosione. Il segreto sta nell'utilizzo di plastiche termoindurenti, che differiscono notevolmente dalle termoplastiche tradizionali. I termoindurenti subiscono un trattamento termico iniziale, che ne fissa le proprietà fisiche e chimiche e li rende impermeabili a un'ulteriore esposizione al calore.

Questo processo è simile alla bollitura di un uovo, dopodiché il riscaldamento non influisce sulla forma dell'uovo. Allo stesso modo, una volta che una parte termoindurente è stata formata, non è più soggetta a deformazioni dovute ad un'ulteriore esposizione al calore. La resistenza unica dei materiali termoindurenti al calore, alla corrosione e allo scorrimento meccanico li rende ideali per componenti che richiedono elevati rapporti resistenza/peso e tolleranze strette, anche in ambienti a temperatura elevata.

Applicazioni delle plastiche termoindurenti

La plastica termoindurente più comune è Bachelite. Questo materiale è ampiamente utilizzato nell'alloggiamento di elettrodomestici e connettori e viene utilizzato anche per realizzare ciotole, piatti e altri utensili da cucina.

Le plastiche termoindurenti forniscono un'eccezionale combinazione di stabilità termica, resistenza chimica e integrità strutturale, garantendo proprietà ad alte prestazioni superiori. Queste proprietà li rendono ampiamente utilizzati in vari settori come quello automobilistico, degli elettrodomestici, elettrico, dell’illuminazione e dell’energia. Grazie all'eccellente stabilità chimica e termica, insieme a resistenza, durezza e stampabilità superiori, i componenti termoindurenti sono ideali per queste applicazioni.

Inoltre, i compositi plastici termoindurenti possono soddisfare i requisiti di un’ampia gamma di materiali di produzione a basso costo. Il loro utilizzo consente la fabbricazione di parti sia piccole che grandi con volumi di produzione elevati, mantenendo al tempo stesso la ripetibilità costante da lotto a lotto. I termoindurenti offrono un processo alternativo quando la fabbricazione del metallo o l'uso di materiali termoplastici non possono ottenere forme complesse e geometriche ma possono essere fabbricati in uno stampo.

Le plastiche termoindurenti sono stabili in tutti gli ambienti e a tutte le temperature, fornendo prestazioni affidabili in varie condizioni.

Processo di stampaggio termoindurenti

Come lo stampaggio della gomma, i processi di stampaggio più comuni delle plastiche termoindurenti sono lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a trasferimento. È possibile utilizzare anche lo stampaggio a iniezione, ma su una macchina molto diversa da quella utilizzata per i materiali termoplastici. Lo stampo della macchina per lo stampaggio a iniezione termoplastica deve essere raffreddato. I diametri delle estremità anteriore e posteriore della vite sono diversi. Man mano che il materiale viene convogliato nello stampo, verrà gradualmente estruso per generare calore necessario a fondere la plastica. Lo stampo della macchina per lo stampaggio a iniezione di plastica termoindurente deve essere riscaldato e il diametro delle estremità anteriore e posteriore della vite è lo stesso.

Vantaggi dei termoindurenti

Le plastiche termoindurenti offrono numerosi vantaggi rispetto alle termoplastiche. A differenza dei materiali termoplastici, i termoindurenti mantengono la loro resistenza e forma anche se esposti al calore, rendendoli ideali per la produzione di componenti permanenti e forme grandi e solide. Inoltre, questi componenti possiedono eccellenti caratteristiche di resistenza (anche se con una certa fragilità) e possono resistere a temperature operative più elevate senza una significativa perdita di resistenza.

Di conseguenza, i produttori si sono rivolti sempre più all’uso della plastica termoindurente come sostituto più conveniente dei componenti metallici.

I vantaggi che le plastiche termoindurenti possono offrire rispetto alle loro controparti metalliche includono:

Tolleranze stampate disponibili

Scelta del colore e delle finiture superficiali

Elevato rapporto resistenza/peso e prestazioni

Eccezionale rigidità dielettrica

Bassa conduttività termica e trasparenza alle microonde

Resistenza agli effetti della corrosione e all'acqua

Costi di attrezzatura/impostazione inferiori

Riduzione dei costi di produzione rispetto alla fabbricazione utilizzando metalli

Svantaggi dei termoindurenti

Sebbene i termoindurenti offrano alcuni vantaggi, ci sono anche alcuni inconvenienti nel loro utilizzo. Le proprietà dei materiali termoindurenti non sono generalmente così avanzate come quelle dei materiali termoplastici, il che può portare a problemi come bassa resistenza alla trazione e duttilità. Di conseguenza, le parti realizzate con materiali termoindurenti potrebbero richiedere pareti spesse per compensare.

La bassa viscosità iniziale dei materiali termoindurenti può provocare bave e la necessità di operazioni secondarie, mentre l'uso di composti reattivi può influire sulla durata di conservazione del materiale. I processi batch possono anche presentare una maggiore variazione e una minore coerenza da lotto a lotto.

Inoltre, livelli elevati di riempitivo nei materiali termoindurenti possono comportare un'eccessiva usura degli utensili e la qualità del prodotto finale dipende dal grado di reticolazione stabilito durante il ciclo di stampaggio. Nel complesso, sebbene i materiali termoindurenti offrano alcuni vantaggi, non sono privi di limiti e inconvenienti.

Cosa sono i materiali termoplastici? 

Come accennato in precedenza, la plastica è ampiamente utilizzata in varie applicazioni e rappresenta una manifestazione reale dell’utilizzo della chimica. Dai dispositivi medici che salvano vite umane ai componenti aerospaziali, la plastica è un materiale versatile e onnipresente nelle nostre vite. Tra i tipi di plastica disponibili, i polimeri termoplastici si distinguono per la loro versatilità e riciclabilità. Questi polimeri si formano quando unità ripetitive o monomeri si collegano insieme per creare catene o rami.

Una volta riscaldati, i pellet termoplastici diventano più fluidi e possono essere modellati facilmente. Il processo di polimerizzazione è completamente reversibile poiché non avviene alcun legame chimico. Questa caratteristica consente il rimodellamento e il riciclaggio dei materiali termoplastici senza alterare le proprietà fisiche del materiale. Sono disponibili varie resine termoplastiche, ognuna delle quali offre vantaggi prestazionali diversi, ma i materiali più comunemente utilizzati forniscono elevata resistenza, resistenza al restringimento e flessibilità. A seconda della resina, i materiali termoplastici possono essere utilizzati in applicazioni a bassa sollecitazione come sacchetti di plastica o componenti meccanici ad alta sollecitazione. Esempi di polimeri termoplastici includono polietilene, PVC e nylon.

Applicazioni dei termoplastici

I sistemi di tubazioni in acciaio nelle città moderne sono a rischio di ruggine e corrosione a causa dell'inquinamento e degli ambienti acidi. Proteggere questi sistemi dalla corrosione può essere costoso. Essendo una soluzione economicamente vantaggiosa, i materiali termoplastici sono considerati un sostituto favorevole. I materiali termoplastici offrono diverse proprietà che li rendono adatti a questo scopo:

Resistenza a materiali e ambienti corrosivi.

Capacità di gestire temperature estreme di materiali caldi o freddi.

Versatilità nella gestione di varie applicazioni di trasporto di fluidi.

I materiali comunemente utilizzati per produrre questi tubi sono PVC or CVVC, ma polipropilene, PVDF, ABS, nylon e polietilene vengono utilizzati anche. Ad esempio, i serbatoi per gas in polietilene vengono utilizzati per il trasporto di gas naturale per applicazioni residenziali e commerciali.

Inoltre, i materiali termoplastici hanno una vasta gamma di applicazioni. Il polietilene ad alta pressione viene utilizzato per incapsulare oggetti rigidi come le apparecchiature elettriche, mentre il polietilene a bassa pressione è elastico e ideale per isolare i cavi elettrici. La poliammide è comunemente utilizzata nella produzione di corde e cinture.

Processo di stampaggio di materiali termoplastici

Il processo di stampaggio di materiali termoplastici più popolare è stampaggio a iniezione. Sebbene teoricamente i materiali termoplastici possano essere fusi più volte, possono essere iniettati più volte, ma le proprietà fisiche di più plastiche stampate a iniezione diventeranno fragili e facili da rompere. Pertanto, in genere esistono restrizioni sulla percentuale di plastica riciclata che può essere aggiunta ai prodotti stampati a iniezione.

Vantaggi e svantaggi dei materiali termoplastici

Vantaggi dei termoplastici

Versatilità

I materiali termoplastici possono essere stampati in varie forme e dimensioni, rendendoli adatti a un'ampia gamma di applicazioni.

Riciclaggio

La termoplastica può essere riciclata, riducendo la quantità di rifiuti e l’impatto ambientale.

Economicamente vantaggioso

Rispetto ad altri materiali, i materiali termoplastici sono relativamente economici, il che li rende una soluzione economicamente vantaggiosa per molte applicazioni.

Resistenza chimica

I materiali termoplastici sono resistenti alle reazioni chimiche, il che li rende ideali per l'uso nelle industrie di trasformazione chimica.

La durabilità

I materiali termoplastici sono durevoli, con un'eccellente resistenza agli urti e possono resistere ad ambienti difficili.

Svantaggi dei materiali termoplastici

Resistenza al calore limitata

Sebbene i materiali termoplastici possano sopportare temperature calde e fredde, hanno una resistenza al calore limitata rispetto ad altri materiali.

Resistenza alle basse temperature

Alcuni materiali termoplastici diventano fragili a temperature estremamente basse, riducendo la loro utilità in determinate applicazioni.

Forza limitata

I materiali termoplastici hanno una resistenza limitata rispetto ai metalli e alla ceramica, limitandone l'uso in determinate applicazioni.

infiammabilità

Alcuni materiali termoplastici sono infiammabili, il che può costituire un problema per la sicurezza in determinate applicazioni.

Stabilità UV limitata

Alcuni materiali termoplastici sono soggetti alla degradazione UV, il che li rende inadatti per applicazioni esterne senza stabilizzatori UV aggiuntivi.

Differenza tra materiali termoplastici e termoindurenti

La differenza tra materiali termoplastici e termoindurenti risiede nel modo in cui si comportano durante il processo di polimerizzazione. I termoindurenti diventano più forti ma formano legami chimici che li rendono impossibili da rimodellare, mentre i termoplastici non formano alcun legame chimico e sono quindi rimodellabili e riciclabili. Il legame tridimensionale dei materiali termoindurenti li rende più forti e resistenti al calore rispetto ai materiali termoplastici.

La capacità dei materiali termoindurenti di mantenere la loro resistenza e geometria alle alte temperature li distingue dai materiali termoplastici, che spesso si degradano prima di sciogliersi se esposti a calore eccessivo. Questa proprietà rende la plastica un sostituto economicamente vantaggioso dei metalli in determinate applicazioni.

In sintesi, i materiali termoindurenti generalmente presentano proprietà fisiche superiori rispetto ai materiali termoplastici, ma non possono essere rimodellati o riciclati.

Conclusione

In conclusione, i materiali termoindurenti e termoplastici offrono vantaggi e svantaggi unici a seconda dell'applicazione prevista. I materiali termoindurenti offrono robustezza, durata e resistenza al calore eccezionali, ma non possono essere rimodellati o riciclati. I termoplastici, d'altro canto, offrono versatilità, convenienza e riciclabilità, ma hanno una resistenza al calore e una forza limitate rispetto ai termoindurenti. Comprendere le proprietà e il comportamento di entrambi i materiali è fondamentale per selezionare il materiale appropriato per una particolare applicazione.