Le tecnologie di lavorazione dei polimeri sono determinate dagli articoli da produrre, dal tipo di polimero e dalle i funzioni caratteristiche richieste.
Le tecnologie di lavorazione dei polimeri costituiscono un insieme di processi fondamentali per trasformare materie plastiche e gomme in prodotti finiti con forme e proprietà desiderate. La scelta della tecnologia più adatta dipende da diversi fattori: la tipologia di polimero (termoplastico, termoindurente o elastomero), le caratteristiche meccaniche e chimiche richieste dal prodotto finale, e le funzioni specifiche che esso deve svolgere.
La lavorazione dei polimeri ha radici storiche che risalgono alla fine del XIX secolo, con la scoperta della celluloide, considerata uno dei primi materiali plastici ottenuti dall’uomo. Negli anni successivi, con l’invenzione della bakelite da parte di Leo Baekeland nel 1907, si aprì la strada alla produzione industriale di polimeri termoindurenti, fondamentali per applicazioni elettriche e meccaniche. Il vero sviluppo delle tecnologie di trasformazione dei polimeri avvenne però nel corso del XX secolo, con l’introduzione di materiali come polietilene, polipropilene, PVC e polistirene, e con la messa a punto di processi innovativi quali lo stampaggio a iniezione, l’estrusione, la termoformatura e lo stampaggio a compressione.
Oggi, le tecnologie di lavorazione dei polimeri comprendono processi come l’estrusione, lo stampaggio a iniezione, la termoformatura, lo stampaggio a compressione e molte altre varianti, ciascuna studiata per ottenere specifiche caratteristiche fisiche e chimiche. L’innovazione in questo settore non si limita alla forma finale del prodotto: richiede un’attenta gestione dei parametri di processo, l’ottimizzazione della produttività e il rispetto dei criteri di sostenibilità ambientale. Grazie a queste tecnologie, è possibile produrre componenti ad alte prestazioni, utilizzati in settori molto diversi, dall’industria automobilistica e aerospaziale alla medicina, dall’elettronica al packaging.
Schemi di lavorazione
Le principali tecnologie di lavorazione sono le seguenti:
Stampaggio diretto per compressione
Questa tecnologia è usata per polimeri termoindurenti e consiste nel comprimere il materiale plastico entro l’impronta di uno stampo riscaldato. Il calore che lo stampo trasmette al materiale provoca il suo rammollimento e l’azione della pressione lo costringe a riempire tutte le anfrattuosità dell’impronta.
Per effetto del calore il processo di trasformazione del materiale plastico continua fino a completo indurimento e, successivamente l’oggetto formato può essere tolto dallo stampo. La pressione viene fornita da una pressa ai cui piatti, superiore e inferiore, vengono applicati il punzone e la matrice dello stampo.
Stampaggio per trasferimento
Consiste nell’introdurre sotto pressione un materiale preventivamente riscaldato in uno stampo chiuso, caldo o freddo a seconda della natura del polimero. Il materiale viene introdotto in una camera di carico dove, per effetto del calore, passa allo stato plastico.
Quando ha raggiunto un certo grado di scorrevolezza è spinto da un pistone, attraverso canali di adduzione in uno stampo chiuso. Nel caso di un polimero termoplastico lo stampo è mantenuto freddo; nel caso di un polimero termoindurente, lo stampo è riscaldato e qui si completa la reticolazione per contatto con le pareti calde. Dopo indurimento il pezzo è estratto. E’ possibile una produzione di grande regolarità e di qualità migliore rispetto allo stampaggio diretto.
Stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione consiste nell’iniettare sotto forte pressione il materiale preventivamente riscaldato in uno stampo freddo. Il materiale è introdotto in una tramoggia di carico dalla quale, attraverso un dosatore, scende in un cilindro orizzontale di riscaldamento, dove rammollisce.
Da qui, raggiunto il grado di fluidità richiesto, è iniettato nello stampo mediante un pistone. Il dispositivo di riscaldamento può essere anche un cilindro nel quale ruota una vite di trasporto che convoglia la quantità richiesta di materiale verso l’uscita. Il processo a iniezione è particolarmente adatto ai materiali termoplastici.
Estrusione
Consiste nel forzare in continuo un polimero allo stato plastico attraverso una filiera sagomata.
Il processo consente di ottenere profilati, tubi, lastre, film piatti e fili. Il dispositivo è costituito da un cilindro in cui ruota una vite sagomata che convoglia in continuo il materiale alimentato sotto forma di granuli o polvere verso la filiera. Il cilindro viene raffreddato mediante circolazione di acqua nella zona di alimentazione e riscaldato nelle zone successive. Nella zona di compressione si realizza la omogeneizzazione della massa platica, mentre la zona di dosatura assicura un’alimentazione costante.
Durante il passaggio, il materiale viene mescolato e plastificato sia per contatto con le pareti calde che per attrito. All’uscita dalla filiera dell’estrusore, il materiale viene trainato in continuo e raffreddato. Il processo si presta particolarmente per polimeri termoplastici.
Stampaggio per estrusione e soffiatura
Consiste nell’estrarre un tubo cavo di resina, nel metterlo in posizione ancora allo stato plastico tra le due metà dello stampo, e nel soffiare all’interno del tubo aria compressa in modo da dilatarlo e far aderire il polimero alle pareti dello stampo.
Termoformatura
Il processo di termoformatura consiste nel riscaldare una lastra di polimero e nel forzarla secondo il contorno dell’oggetto da produrre. Questo può essere realizzato applicando una pressione, il vuoto o un mezzo meccanico. Schematicamente l’apparecchiatura è costituita da uno stampo sopra il quale è disposta la lastra della materia plastica riscaldata preventivamente o in situ a al quale è applicato il vuoto o una pressione
Vengono impiegati secondo questa tecnologia polistirene, polimetilmetacrilato, cloruro di polivinile e copolimeri
Calandratura
La calandratura è tra le tecnologie di lavorazione più utilizzate che consente la produzione in continuo di lastre, fogli e film di materiali termoplastici.
La calandra è costituita da 3-4 cilindri sovrapposti in linea oppure disposti ad “L” , “L” rovesciata o a “Z” .
I cilindri si muovono in modo da far avanzare il materiale e sono opportunamente riscaldati. Il polimero, o la mescola, è alimentato nell’invito tra i due cilindri di entrata. In genere si ottengono fogli da 0.05 a 1.0 mm.
