Termoplastiche. Guida per la scelta e l’utilizzo

Come scegliere i materiali termoplastici per la realizzazione di un pezzo stampato?

Che le materie plastiche non siano tutte uguali è evidente, ma come sceglierne una o un’altra non è affare da poco.
Per stampare un pezzo è opportuno tenere in considerazione diversi fattori:

• utilizzo del pezzo
• tempi previsti per produrlo
• disegno

Questi sono solo alcuni degli elementi che devono orientare nella scelta di un materiale plastico e nel processo di stampa più idoneo a produrlo.
Ma una volta considerate tutte le variabili in questione, come scegliere tra tutte le termoplastiche o tra i materiali termoindurenti a disposizione della stampa? Questo contenuto fornisce una serie di suggerimenti utili in fase di progettazione di un pezzo.

Materiali termoplastici e materiali termoindurenti: la struttura molecolare che fa la differenza

Partiamo da una prima, sostanziale disamina: polimeri termoplastici e termoindurenti hanno una caratteristica fondamentale che li diversifica, il loro modo di comportarsi nei confronti del calore.
Per dirla in due parole, la lavorazione a cui vengono sottoposte le termoplastiche non determina mai una modificazione ultima, mentre i materiali termoindurenti, una volta lavorati attraverso calore e pressione, subiscono una trasformazione che non è più reversibile.
Lo stampaggio di materie plastiche termoindurenti, infatti, agisce a livello della struttura molecolare andando a creare legami incrociati, legami chimici che sono caratterizzati da irreversibilità.
I polimeri termoplastici, al contrario, durante i processi di produzione e lavorazione vengono riscaldati, portati ad uno stato viscoso e lasciati raffreddare perché assumano la forma prevista. Una volta ottenuta questa forma, però, il materiale non cessa di essere lavorabile, divenendo così riutilizzabile.
Le materie termoplastiche, a differenza dei materiali termoindurenti, sono quindi facilmente riciclabili, uno dei fattori che ne ha avvantaggiato l’impiego e lo sviluppo.
Ma se le termoplastiche possono essere parte di un ciclo virtuoso che valorizza la materia prima consentendone il riciclo, perché non hanno sostituito del tutto le materie termoindurenti? Proprio in virtù delle loro proprietà: i termoindurenti hanno caratteristiche che le termoplastiche non hanno e viceversa.

Quali sono le proprietà dei polimeri termoplastici?

Quando si parla di plastica, non tutti sanno che si tratta di un materiale che di fatto è un composto organico: non che si trovi in natura, certo, perché le materie plastiche vengono sintetizzate artificialmente, ma lo fanno a partire da risorse naturali, petrolio, gas e derivati, per lo più.
Un polimero di materiale plastico ha una struttura molecolare in cui atomi di carbonio creano legami covalenti con altre molecole, principalmente di idrogeno, ossigeno e azoto.
Ciascuno dei polimeri che si viene a creare, si presenta con caratteristiche ben definite che variano proprio in base agli elementi che lo hanno composto.
Quando si parla di caratteristiche delle termoplastiche, si intendono le proprietà meccaniche, gli indici di lavorabilità, ma anche costo ed estetica. Si possono quindi individuare alcuni fattori per descriverli:

• resistenza termica,
• resistenza chimica,
• resilienza,
• precisione dimensionale nella stampa,
• capacità di riempire gli elementi più piccoli durante la stampa,
• costo.

Per resistenza termica si intende la capacità di un polimero di svolgere la sua funzione di lavoro entro determinate temperature: ci sono termoplastiche più o meno performanti, da questo punto di vista, con differenze notevoli.
La destinazione d’uso è perciò cruciale nella scelta di un materiale, perché a seconda del lavoro che il pezzo stampato andrà a svolgere, si può scegliere una termoplastica più o meno sensibile al calore.
Si definisce resistenza chimica la proprietà che consente ad un materiale di mantenere inalterata la propria struttura molecolare se a contatto con solventi o liquidi organici e inorganici.
Con il termine resilienza, invece, si dà nello specifico una misura alla proprietà meccanica di un materiale a resistere alle deformazioni elastiche e alle sollecitazioni assorbendone l’energia. In modo più ampio, si intende la capacità di resistere agli urti, all’usura e all’abrasione da parte di un polimero plastico.
La precisione dimensionale nella stampa è un valore che si rivela fondamentale nella scelta di un materiale nel momento in cui il pezzo finale deve avere un’accuratezza e un’esattezza nelle dimensioni i cui margini di tolleranza sono molto stretti.
Per capacità di riempire gli elementi più piccoli durante la stampa si fa riferimento alla possibilità con i processi di produzione e lavorazione di ottenere un pezzo finale con una forma dettagliata e particolarmente articolata. Non tutti i materiali e soprattutto non tutte le tipologie di stampaggio consentono la realizzazione di forme particolarmente irregolari.
In ultimo il costo: in senso assoluto tra i polimeri ci sono evidentemente differenze di costo come tra tutte le materie prime. All’interno di un progetto, però, il costo diventa poi un fattore variabile che non può prescindere da volume di pezzi prodotto, tempi e tecnica di lavorazione.

I materiali termoplastici e le loro caratteristiche

Dopo aver parlato delle proprietà che li contraddistinguono, ecco quali sono i polimeri termoplastici di maggior impiego e quali sono le loro principali caratteristiche.
Il PEEK, il cui nome per esteso è polietereterchetone, è una materia plastica ad alte prestazioni. Le catene polimeriche che lo compongono, infatti, lo rendono estremamente performante in termini di resistenza termica, oltre che di resistenza chimica e resistenza all’usura, e resilienza in genere. È un materiale con ottime proprietà elettriche che può essere prodotto con tecnica di lavorazione meccanica CNC.
Il politetrafluoroetilene, PTFE, ha pure un’ottima resistenza termica e un coefficiente di attrito estremamente basso. Si caratterizza inoltre per la completa inerzia chimica che fa sì che non possa essere aggredito da un gran numero di agenti chimici. Con l’aggiunta di altri componenti si ottengono a partire dal PTFE composti le cui prestazioni migliorano in ambiti specifici, il che ha contribuito ad aumentare la diffusione di questa termoplastica in diversi settori industriali.
Il POM, poliossimetilene che è più noto con il nome di resina acetalica, è una materia plastica con elevata resistenza meccanica, rigidità e durezza, è inoltre un polimero estremamente duttile con buone proprietà di scorrimento e dielettriche che per questo ha sostituito alcune parti metalliche di precisione.
Il PET, polietilene tereftalato o polietilentereftalato, è una delle resine termoplastiche con più ampia diffusione, dal settore alimentare, a quello meccanico, elettrico o chimico. Molto stabile a temperatura ambiente, il PET possiede una buona resistenza all’usura, un’elevata resistenza meccanica, un basso coefficiente d’attrito ed è performante ad alte temperature. Questa plastica presenta inoltre una buona resistenza agli acidi e alle soluzioni clorinate.
Il polivinilcloruro o PVC è altrettanto diffuso, se non di più, contando nel mondo utilizzi e applicazioni tra i più diversi e non diversamente da altri è una delle termoplastiche più facilmente riciclabili. Il polimero del cloruro di vinile è un materiale estremamente leggero e idrorepellente le cui caratteristiche variano considerevolmente in base agli additivi utilizzati per produrlo: a livello meccanico può risultare infatti molto flessibile o al contrario estremamente rigido. Con una buona resistenza chimica e resistenza all’usura, il PVC è una resina che offre elevato isolamento termico e perfezione di superficie.
Dai polimeri della famiglia del poliuretano, che raccoglie materiali con catene polimeriche costituite di legami uretanici, si ottengono numerosi semilavorati ciascuno con caratteristiche e proprietà particolari. Il Vulkollan®, per esempio, possiede grande elasticità e resistenza ad allungamenti e abrasione; ancora il Plexiglas®, conosciuto come sostituito del vetro, trasparente, leggero, brillante e di facile lavorabilità può divenire infrangibile.
Il polipropilene, PP, presenta buona resistenza termica, all’usura e all’abrasione, è un polimero termoplastico semicristallino a bassa densità la cui versatilità ne ha garantito la diffusione. Il PP ha un costo assoluto relativamente basso e può essere usato per la realizzazione di pezzi con forme dettagliate con una discreta precisione dimensionale.
Il PE, polietilene, si contraddistingue per la resistenza chimica elevata ad acidi e alcali, è un materiale fisiologicamente inerte che possiede un basso coefficiente di attrito. Nel caso di polietilene ad alta densità HDPE, si caratterizza per l’eccellente capacità di riempire elementi piccoli e l’elevata resilienza.