Selezione del materiale plastico

Nel panorama industriale odierno in rapida evoluzione, i materiali plastici sono diventati un componente indispensabile grazie alle loro prestazioni superiori e all’ampia gamma di applicazioni. Non solo sono onnipresenti nella vita di tutti i giorni, ma svolgono anche un ruolo cruciale in numerosi campi come le industrie high-tech, le apparecchiature mediche, la produzione automobilistica, l’aerospaziale e altro ancora. Con il continuo progresso della scienza dei materiali, la varietà e le prestazioni dei materiali plastici sono in continuo aumento, presentando a ingegneri e progettisti sempre più scelte e sfide. Come selezionare il materiale plastico più adatto dalla miriade di opzioni per un'applicazione specifica è diventato un problema complesso ma critico. Questo articolo mira a fornire una guida completa per aiutare i lettori a comprendere le proprietà di base dei materiali plastici, le tecniche di lavorazione, i requisiti prestazionali, e come incidono sulle prestazioni e sul costo del prodotto finale. Discuteremo le caratteristiche chimico-fisiche dei vari materiali plastici, analizzeremo le loro prestazioni in diverse condizioni ambientali e applicative e offriremo consigli pratici per la scelta. Approfondendo il processo di selezione dei materiali plastici, speriamo di aiutare i lettori a prendere decisioni informate durante la fase di progettazione e sviluppo del prodotto, garantendo l'affidabilità, la durata e l'efficienza economica dei prodotti. Dopo questa prefazione, intraprenderemo un viaggio nel mondo dei materiali plastici, esplorandone i segreti e imparando come applicare queste conoscenze alla progettazione pratica del prodotto. Che tu sia un ingegnere esperto o un nuovo arrivato nel campo della scienza dei materiali, speriamo che questo articolo ti fornisca preziose informazioni e ispirazione. Iniziamo insieme questo viaggio per svelare i misteri della scelta dei materiali plastici.

Selezione delle materie plastiche

Ad oggi, sono stati segnalati oltre diecimila tipi di resine, migliaia delle quali prodotte industrialmente. La selezione dei materiali plastici implica la scelta di una varietà appropriata dalla vasta gamma di tipi di resina. A prima vista, la moltitudine di varietà di plastica disponibili può essere travolgente. Tuttavia, non tutti i tipi di resina sono stati ampiamente applicati. La selezione dei materiali plastici a cui ci riferiamo non è arbitraria ma viene filtrata all'interno dei tipi di resina comunemente usati.

Principi per la selezione del materiale plastico:

I. Adattabilità delle Materie Plastiche

• Prestazioni comparative di vari materiali;

• Condizioni non adatte alla selezione della plastica;

• Condizioni adatte per la selezione della plastica.

II.Prestazioni dei prodotti in plastica

Condizioni d'uso dei prodotti in plastica:

a.Sollecitazioni meccaniche sui prodotti in plastica;

b.Proprietà elettriche dei prodotti in plastica;

c.Requisiti di precisione dimensionale dei prodotti in plastica;

d.Requisiti di permeabilità dei prodotti in plastica;

e.Requisiti di trasparenza dei prodotti in plastica;

f.Requisiti estetici dei prodotti in plastica.

Ambiente di utilizzo dei prodotti in plastica:

a.Temperatura ambiente;

b.Umidità ambientale;

c.Mezzi di contatto;

d.Luce, ossigeno e radiazioni nell'ambiente.

III. Prestazioni di lavorazione della plastica

• Lavorabilità della plastica;

• Costi di lavorazione della plastica;

• Rifiuti generati durante la lavorazione della plastica.

IV.Costo dei prodotti in plastica

• Prezzo delle materie prime plastiche;

• Vita utile dei prodotti in plastica;

• Costi di manutenzione dei prodotti in plastica.

Nell'effettivo processo di selezione, alcune resine hanno proprietà molto simili, rendendo difficile la scelta. Quale scegliere sia più appropriata richiede una considerazione multiforme e una ponderazione ripetuta prima di poter prendere una decisione. Pertanto, la selezione dei materiali plastici è molto complessa compito e non ci sono regole ovvie da seguire. Una cosa da notare è che i dati sulle prestazioni dei materiali plastici citati da vari libri e pubblicazioni sono misurati in condizioni specifiche, che possono differire in modo significativo dalle condizioni di lavoro effettive.

Passaggi di selezione del materiale:

Di fronte ai disegni di progettazione di un prodotto da sviluppare, la selezione dei materiali dovrebbe seguire questi passaggi:

• Innanzitutto, determinare se il prodotto può essere realizzato utilizzando materiali plastici;

• In secondo luogo, se si stabilisce che i materiali plastici possono essere utilizzati per la produzione, allora quale materiale plastico scegliere diventa il successivo fattore da considerare.

Selezione delle materie plastiche in base alla precisione del prodotto:

Varietà di materiali plastici disponibili di grado di precisione

1 Nessuno

2 Nessuno

3 PS, ABS, PMMA, PC, PSF, PPO, PF, AF, EP, UP, F4, UHMW, PE Plastica rinforzata al 30%GF (la plastica rinforzata al 30%GF ha la massima precisione)

4 tipi PA, polietere clorurato, HPVC, ecc.

5 POM, PP, HDPE, ecc.

6 SPVC, LDPE, LLDPE, ecc.

Indicatori per misurare la resistenza al calore dei prodotti in plastica:

Gli indicatori comunemente utilizzati sono la temperatura di deflessione del calore, la temperatura di resistenza al calore Martin e il punto di rammollimento Vicat, dove la temperatura di deflessione del calore è quella più comunemente utilizzata.

Prestazioni di resistenza al calore delle plastiche comuni (non modificate):

Temperatura di deflessione termica del materiale Punto di rammollimento Vicat Temperatura di resistenza al calore Martin

HDPE 80℃ 120℃ -

LDPE 50℃ 95℃ -

EVA-64℃-

PP 102℃ 110℃ -

PS 85℃ 105℃ -

PMMA 100℃ 120℃ -

PTFE 260℃ 110℃ -

ABS 86℃ 160℃ 75℃

PSF 185℃ 180℃ 150℃

POM 98℃ 141℃ 55℃

PC134℃153℃112℃

PA6 58℃ 180℃ 48℃

PA66 60℃ 217℃ 50℃

PA1010 55℃ 159℃ 44℃

ANIMALE DOMESTICO 70℃ - 80℃

PBT 66℃ 177℃ 49℃

PPS240℃ - 102℃

PPO 172℃ - 110℃

PI 360℃ 300℃ -

LCP 315℃ - -

Principi per la scelta della plastica resistente al calore:

• Considerare il livello di resistenza al calore:

a.Soddisfare i requisiti di resistenza al calore senza scegliere valori troppo elevati, poiché ciò potrebbe aumentare i costi;

b. Utilizzare preferibilmente plastica generale modificata. La plastica resistente al calore appartiene principalmente alla plastica speciale, che è costosa; la plastica generale è relativamente più economica;

c. Utilizzare preferibilmente plastica generica con un ampio margine di modifica della resistenza al calore.

• Considerare i fattori ambientali di resistenza al calore:

a.Resistenza al calore istantanea e a lungo termine;

b.Resistenza al calore secco e umido;

c.Resistenza alla corrosione media;

d. Resistenza all'ossigeno e al calore privo di ossigeno;

e.Resistenza al calore caricata e scarica.

Modifica della resistenza al calore della plastica:

Modifica della resistenza al calore riempita:

La maggior parte dei riempitivi minerali inorganici, ad eccezione dei materiali organici, possono migliorare significativamente la temperatura di resistenza al calore della plastica. I riempitivi resistenti al calore comuni includono: carbonato di calcio, talco, silice, mica, argilla calcinata, allumina e amianto. Più piccola è la dimensione delle particelle il riempitivo, migliore è l'effetto di modifica.

• Nanoriempitivi:

• PA6 caricato con il 5% di nano montmorillonite, la temperatura di distorsione termica può essere aumentata da 70°C a 150°C;

• PA6 riempito con il 10% di nano schiuma di mare, la temperatura di deflessione termica può essere aumentata da 70°C a 160°C;

• PA6 caricato con il 5% di mica sintetica, la temperatura di deflessione termica può essere aumentata da 70°C a 145°C.

• Filler convenzionali:

• PBT riempito con talco al 30%, la temperatura di deflessione termica può essere aumentata da 55°C a 150°C;

• PBT riempito con il 30% di mica, la temperatura di deviazione del calore può essere aumentata da 55°C a 162°C.

Modifica della resistenza al calore rinforzata:

Migliorare la resistenza al calore della plastica attraverso la modifica del rinforzo è ancora più efficace del riempimento. Le fibre comuni resistenti al calore includono principalmente: fibra di amianto, fibra di vetro, fibra di carbonio, baffi e poliestere.

• Resina cristallina rinforzata con fibra di vetro al 30% per la modifica della resistenza al calore:

• La temperatura di deflessione termica del PBT viene aumentata da 66°C a 210°C;

• La temperatura di deflessione termica del PET viene aumentata da 98°C a 238°C;

• La temperatura di distorsione termica del PP viene aumentata da 102°C a 149°C;

• La temperatura di deflessione termica dell'HDPE viene aumentata da 49°C a 127°C;

• La temperatura di deflessione termica del PA6 viene aumentata da 70°C a 215°C;

• La temperatura di deflessione termica del PA66 viene aumentata da 71°C a 255°C;

• La temperatura di deflessione termica del POM viene aumentata da 110°C a 163°C;

• La temperatura di deflessione termica del PEEK viene aumentata da 230°C a 310°C.

• Resina amorfa rinforzata con fibra di vetro al 30% per la modifica della resistenza al calore:

• La temperatura di deflessione termica del PS viene aumentata da 93°C a 104°C;

• La temperatura di deflessione termica del PC viene aumentata da 132°C a 143°C;

• La temperatura di deflessione termica dell'AS viene aumentata da 90°C a 105°C;

• La temperatura di deflessione termica dell'ABS viene aumentata da 83°C a 110°C;

• La temperatura di deflessione termica di PSF viene aumentata da 174°C a 182°C;

• La temperatura di deflessione termica dell'MPPO viene aumentata da 130°C a 155°C.

Modifica della resistenza al calore della miscelazione della plastica

La miscelazione della plastica per migliorare la resistenza al calore comporta l'incorporazione di resine ad alta resistenza al calore in resine a bassa resistenza al calore, aumentando così la loro resistenza al calore. Sebbene il miglioramento nella resistenza al calore non sia così significativo come quello ottenuto aggiungendo modificatori resistenti al calore, il vantaggio è che non influisce in modo significativo sulle proprietà originali del materiale mentre migliora la resistenza al calore.

• ABS/PC: La temperatura di deflessione termica può essere aumentata da 93°C a 125°C;

• ABS/PSF(20%): La temperatura di deflessione termica può raggiungere 115°C;

• HDPE/PC(20%): Il punto di rammollimento Vicat può essere aumentato da 124°C a 146°C;

• PP/CaCo3/EP: la temperatura di deviazione termica può essere aumentata da 102°C a 150°C.

Modifica della resistenza al calore della reticolazione della plastica

La reticolazione della plastica per migliorare la resistenza al calore è comunemente utilizzata nei tubi e nei cavi resistenti al calore.

• HDPE: dopo il trattamento di reticolazione con silano, la sua temperatura di deflessione termica può essere aumentata dai 70°C originali a 90-110°C;

• PVC: dopo la reticolazione, la sua temperatura di deflessione termica può essere aumentata dai 65°C originali a 105°C.

Selezione specifica di plastiche trasparenti

I. Uso quotidiano di materiali trasparenti:

• Pellicola trasparente: l'imballaggio utilizza PE, PP, PS, PVC e PET, ecc., gli usi agricoli PE, PVC e PET, ecc.;

• Fogli e pannelli trasparenti: utilizzare PP, PVC, PET, PMMA e PC, ecc.;

• Tubi trasparenti: utilizzare PVC, PA, ecc.;

• Bottiglie trasparenti: utilizzare PVC, PET, PP, PS e PC, ecc.

II. Materiali per apparecchiature di illuminazione:

Utilizzato principalmente come paralumi, PS comunemente usato, PS modificato, AS, PMMA e PC.

III. Materiali per strumenti ottici:

• Corpi di obiettivi rigidi: utilizzare principalmente CR-39 e JD;

• Lenti a contatto: utilizzare comunemente HEMA.

IV.Materiali simili al vetro:

• Vetro per autoveicoli: comunemente utilizzati PMMA e PC;

• Vetro architettonico: vengono comunemente utilizzati PVF e PET.

V. Materiali a energia solare:

PMMA, PC, GF-UP, FEP, PVF e SI, ecc. comunemente usati.

VI. Materiali in fibra ottica:

Lo strato centrale utilizza PMMA o PC e lo strato di rivestimento è un polimero fluoroolefinico, di tipo metilmetacrilato fluorurato.

VII.Materiali del CD:

PC e PMMA comunemente usati.

VIII. Materiali di incapsulamento trasparenti:

PMMA,FEP,EVA,EMA,PVB, ecc. induriti in superficie.

Selezione di materiali specifici per diversi scopi degli alloggiamenti

• Alloggiamenti TV:

• Dimensioni ridotte: PP modificato;

• Misura media: leghe modificate di PP, HIPS, ABS e PVC/ABS;

• Grandi dimensioni: ABS.

• Rivestimenti per porte e rivestimenti interni del frigorifero:

• Utilizzare comunemente pannelli HIPS, pannelli ABS e pannelli compositi HIPS/ABS;

• Attualmente, l'ABS è il materiale principale, solo i frigoriferi Haier utilizzano HIPS modificato.

• Lavatrici:

• I secchi interni e le coperture utilizzano principalmente PP, una piccola quantità utilizza leghe PVC/ABS.

• Condizionatori:

• Utilizzare ABS,AS,PP rinforzati.

• Ventilatori Elettrici:

• Utilizzare ABS,AS,GPPS.

• Aspirapolvere:

• Utilizzare ABS, HIPS, PP modificato.

• Ferro:

• Non resistente al calore: PP modificato;

• Resistente al calore: ABS, PC, PA, PBT, ecc.

• Forni a microonde e cuociriso:

• Non resistente al calore: PP e ABS modificati;

• Resistente al calore: PES, PEEK, PPS, LCP, ecc.

• Radio, registratori, videoregistratori:

• Utilizzare ABS, HIPS, ecc.

• Telefoni:

• Utilizzare ABS, HIPS, PP modificato, PVC/ABS, ecc.