MATERIALE
Per
la scelta del materiale i parametri di valutazione sono stati:
- le
caratteristiche meccaniche
-
il processo produttivo
- il
contenimento dei costi
-
l’ambiente di utilizzo
Il
materiale scelto per la produzione del gruppo manubrio-forcella-ruota
è il poliammide PA66 (chiamato comunemente nylon) caricato con il 30% di fibre
di vetro. Il materiale
per la forcella ha fibre di vetro più lunghe in modo che abbia la
rigidezza necessaria a sopportare le sollecitazioni imposte ma senza essere
fragile grazie al nylon che è ben deformabile.
E’ stato necessario ricorrere a questo espediente
in quanto il materiale in questione non caricato con fibre di vetro non
raggiunge sufficienti caratteristiche meccaniche per l’uso a cui è
destinato. In questo modo si è però causato un leggero aumento
del costo e del peso specifico del materiale.
Entrambi i componenti verranno realizzati tramite
stampaggio ad iniezione. Il materiale utilizzato non necessità di
particolari attenzioni durante tale procedimento se si esclude una temperatura di iniezione lievemente più alta rispetto ad un
poliammide non caricato con fibre di vetro.
Proprietà poliammide 6.6 caricato con il
30% di fibre di vetro LATAMID 6.6
|
Caratteristiche
fisiche |
Valore |
Unità di misura |
|
Densità |
1.38 |
Mg/m^3 |
|
Ritiro lineare allo stampaggio |
0.4 |
% |
|
Allungamento a rottura in trazione |
4 |
% |
|
Carico di snervamento in trazione
a 23° |
120 |
Mpa |
|
Coefficiente di dilatazione
termica lineare |
3.6 e -5.2 |
1/k |
|
Punto di rammollimento |
206.5° |
C° |
|
Temperatura di stampaggio |
220-250 |
C° |
|
Modulo elastico a trazione |
9500 |
Mpa |
|
Temperatura stampo |
70-90 |
C° |
Le proprietà
del nylon
Sotto il profilo applicativo, le resine poliammidiche hanno un aspetto untuoso e ceroso che, comunque, non risulta sgradevole al tatto. Da esse si possono ricavare manufatti che resistono ai
solventi, agli oli, ai grassi, alle soluzioni saline e agli acidi diluiti,
oltre che resistenti all'usura e dotati di proprietà autolubrificanti.
Apprezzate anche le caratteristiche di resistenza meccanica, la
rigidità, la stabilità dimensionale, le
caratteristiche estetiche e la lavorabilità anche quando è
necessario ottenere parti stampate di ridotto spessore.
Le poliammidi possono essere trasformate utilizzando quasi tutte le tecniche in
uso per i termoplastici: stampaggio a iniezione,
compressione, soffiaggio, estrusione, sinterizzazione
o lavorazione all'utensile, mentre i semilavorati possono essere torniti,
fresati, tagliati, chiodati, cuciti, saldati a caldo o con ultrasuoni.
I polimeri base si prestano magnificamente ad ogni genere di "variazione
sul tema": oltre a modificarne le caratteristiche di base con il sapiente
impiego degli ingredienti durante la polimerizzazione, il chimico può
ricorrere ad additivi dalla più diversa natura
e struttura fisica. In questo caso è particolarmente importante la
geometria delle particelle del modificante, espressa dal rapporto di forma, cioè dal rapporto tra la dimensione maggiore e quella
minore del modificante incorporato che condiziona le prestazioni finali del compound finale.
Principali caratteristiche delle poliammidi
|
Aspetto |
Non trasparente;
numerosi colori coprenti |
|
Qualità della superficie |
Molto brillante
o goffrata, in funzione della superficie dello stampo |
|
Rigidità |
Elevata; modulo
elastico a trazione da |
|
Resistenza all’urto e alla rottura |
Elevata (in
funzione del tipo e dell’umidità) |
|
Resistenza alla sollecitazione dinamiche |
Elevata |
|
Comportamento alla fessurazione
da tensioni |
Notevole
stabilità |
|
Resistenza alla termodeformazione |
Elevata; a breve
durata tra 170 e |
|
Precisione e stabilità dimensionali |
Buone,
dipendenti dall’influsso dell’umidità |
|
Resistenza all’abrasione |
Elevata |
|
Resistenza chimica |
Buona, in
particolare verso carburanti, lubrificanti, solventi e detergenti |
|
Isolamento elettrico |
Buono.
Rigidità dielettrica: 30-40 kV/mm |
|
Lavorabilità |
Ottima
fluidità e rapida solidificazione |
|
Altre caratteristiche |
Brevi cicli
operativi; |
Fibre di vetro
Per la loro resistenza
in trazione ed allo strappo, l’alto modulo e stabilità dimensionale, le fibre di vetro sono utilizzate già
da molti anni per la produzione di tessuti e materiali di rinforzo per
compositi. Esse sono ottenute per filatura a caldo di vetri di composizione
opportuna (generalmente degli allumino-boro silicati) in funzione del tipo di applicazione e dell’ambiente in cui dovrà
operare. I tipi di vetro comunemente usati per fibre sono il tipo E ed il tipo
S, con densità di circa 2,6 g/cm3, con moduli elastici di
circa 80 e 90 GPa e
resistenze a rottura di 3,5 e 4,5 GPa,
rispettivamente.
Per ottenere dei
compositi di buone caratteristiche sotto sforzo, l’allungamento a rottura
della fibra (3 e 6% per molti compositi) deve essere minore e la rigidezza
maggiore di quella della matrice. Il trasferimento degli sforzi dalla matrice
alla fibra viene migliorato con l’ausilio di
rivestimenti chimici.
Questi agenti di accoppiamento possono migliorare di molto le
caratteristiche meccaniche del risultante composito.
MATERIE
PLASTICHE
I
polimeri sono normalmente ottenuti per sintesi chimica a
partire dal petrolio,si passa attraverso processi di raffinazione e di manipolazione
che permettono di ottenere i monomeri.questi
saranno poi aggregati per ottenere le lunghe catene polimeriche alla base della
struttura dei vari materiali.
A seconda della loro struttura molecolare distinguiamo 2 tipi di polimeri:amorfi e
semicristallini.
I principali polimeri amorfi sono Il cloruro di
polivinile, noto anche come polivinilcloruro
o con la corrispondente sigla PVC, è il polimero del cloruro di
vinile.
È il polimero più importante della
serie di quelli ottenuti da monomeri vinilici ed è una delle materie
plastiche di maggior consumo al mondo. Puro, è un materiale rigido; deve
la sua versatilità applicativa alla possibilità di essere
miscelato anche in proporzioni elevate a prodotti plastificanti, quali ad
esempio gli esteri
dell'acido ftalico, che lo rendono flessibile e modellabile .Risulta essere molto sensibile alla luce ad al calore; questi hanno su di esso un effetto degradativo che si manifesta dapprima con l'ingiallimento e
- a temperature più elevate - con la decomposizione dalla quale si
liberano acido cloridrico ed altri prodotti clorurati
tossici. Viene pertanto stabilizzato per aggiunta di
sali di sodio (carbonato, fosfati e alchilfosfati) e di calcio (stearato, ricinoleato). In passato sono stati usati anche carbossilati di cadmio e di piombo, abbandonati
per via della tossicità di questi metalli. A temperature molto minori di
quella di transizione vetrosa ha un comportamento fragile associato ad uno
snervamento per crazing;il
modulo elastico e il carico di rottura sono elevati mentre la deformazione a
rottura e’ modesta.
Altro polimero amorfo è il polimetilmetacrilato
(PMMA) formato da polimeri del metacrilato di metile, estere dell'acido metacrilico,
noto anche con i nomi commerciali di Plexiglas, vitroflex,
Perspex, e Lucite.
formula di struttura del PMMA
Chimicamente, è il polimero
del metacrilato di metile.
Di norma è molto trasparente, più del
vetro al
punto che possiede caratteristiche di comportamento assimilabili alla fibra
ottica per qualità di trasparenza, e con la proprietà di essere più o meno in percentuali diverse,
infrangibile a seconda della sua "mescola". Per queste
caratteristiche è usato nella fabbricazione di vetri di sicurezza e
articoli similari, nei presidi antinfortunistici, nell'oggettistica sia d'arredamento o architettonica in genere. Il PMMA
è spesso usato in alternativa al vetro; alcune
delle differenze tra i due materiali sono le seguenti:
- la densità:
quella del PMMA è 1,19 g/cm3, circa la metà di
quella del vetro
- il PMMA è infrangibile
- il PMMA è più tenero e sensibile
ai graffi e alle abrasioni; a questo generalmente si ovvia con un
opportuno rivestimento
- il PMMA può essere modellato
per riscaldamento a temperature relativamente basse (
- il PMMA è più trasparente
del vetro alla luce visibile
- A differenza del vetro, il PMMA non
ferma la luce ultravioletta, quando necessario viene pertanto rivestito con
pellicole apposite
- il PMMA è trasparente alla luce
infrarossa fino a 2800 nm, mentre la luce di lunghezze d'onda maggiori
viene sostanzialmente bloccata. Esistono specifiche formulazioni di PMMA
atte a bloccare la luce visibile e a lasciar passare la luce infrarossa di
un dato intervallo di frequenze (usate, ad esempio, nei telecomandi e nei
sensori rivelatori di fonti di calore)
Pezzi di PMMA possono essere saldati a freddo
usando adesivi a base di cianoacrilati oppure sciogliendone
gli strati superficiali con un opportuno solvente
- diclorometano
o cloroformio.
La giuntura che si crea è quasi invisibile. Gli spigoli vivi del PMMA
possono inoltre essere facilmente lucidati e resi
trasparenti.
Il PMMA brucia in presenza
di aria a temperature superiori a
Analogo al PMMA, ma con un atomo di
idrogeno al posto del gruppo metile (CH3) che sporge dalla
catena principale, è il polimetilacrilato, un polimero che
si presenta come una gomma morbida.Il suo
comportamento meccanico a temperatura ambiente snerva per crazing
presentando un comportamento fragile a frattura.
Abbiamo poi il policarbonato (PC). In generale
appartengono alla famiglia dei policarbonati i
poliesteri dell'acido carbonico con struttura: 
I policarbonati di bisfenolo A hanno visto crescere
in misura sorprendente il loro utilizzo per le loro proprietà
particolari di trasparenza, resistenza termica e meccanica, oltre che per le
buone proprietà elettriche e per la durezza.
I policarbonati resistono agli acidi minerali, agli idrocarburi
alifatici, alla benzina,
ai grassi, agli oli, agli alcoli tranne alcol metilico e all’acqua sotto
i
Come ultimo polimero amorfo indichiamo gli elastomeri o gomme che hanno una Tg < Ta perciò a temperatura
ambiente manifestano un comportamento elastico con il recupero totale e
istantaneo della deformazione previa rimozione del carico applicato.
I principali POLIMERI SEMICRISTALLINI sono invece:
il polietilene:
è il più semplice dei polimeri
sintetici ed è il più comune fra le materie plastiche.
Viene spesso indicato con la sigla "PE", così come
ad esempio si usa "PS" per il polistirene
o "PVC" per il polivinilcloruro. Ha formula
chimica (-CH2-)n dove n
può arrivare fino ad alcuni milioni. Le catene possono essere di
lunghezza variabile e più o meno ramificate.
Il polietilene è una resina termoplastica, si presenta come un solido trasparente (forma
amorfa) o bianco (forma cristallina) con ottime
proprietà isolanti e di stabilità chimica, è un materiale
molto versatile ed una delle materie plastiche più economiche; gli usi
più comuni sono come isolante per cavi elettrici, film per
l'agricoltura, borse e buste di plastica, contenitori di vario tipo, tubazioni,
strato interno di contenitori asettici per liquidi alimentari ("brick") e molti altri.ha inoltre un comportamento tenace e un sensibile
degrado per esposizione alla radiazione ultravioletta.
Altro polimero semicristallino è il polipropilene (PP). E’ un
composto plastico che può mostrare diversa tatticità.
Il prodotto più interessante dal punto di vista commerciale è
quello isotattico, che è caratterizzato da un elevato carico a rottura, una bassa densità,
una buona resistenza termica e all'abrasione.
La densità è di 0,9 g/cm³ e il punto di fusione è
di
Le proprietà chimiche, determinate nella
produzione, comprendono la stereoregolarità,
la massa molecolare e la distribuzione di massa
molecolare.
Il prodotto atattico si
presenta invece come un solido dall'aspetto gommoso di scarso interesse
commerciale.
Il polipropilene ha conosciuto un gran successo
nell'industria della plastica: molti oggetti di uso
comune, dagli zerbini agli scolapasta per fare alcuni esempi, sono fatti di
polipropilene.presenta un
comportamento tenace ma si infragilisce alle basse T.
Poliammidi (PA):sono
comunemente chiamati con il nome di
Nylon e sono caratterizzati da da una Tg =60° e da una t di fusione compresa tra 180 e
260°.sono generalmente
indicati con le sigle PA m+1 (es PA 6,PA 11)o PA m1,m2+2(esPA6.6)
a seconda della natura dell’unità monomerica
dove m indica il numero di atomi di carbonio legati ad atomi di idrogeno.Hanno una buona resistenza agli agenti chimici e
all’abrasione un basso coefficiente di attrito e
la tendenza all’assorbimento di acqua.
Politetrafluoroetilene(PTFE): Il politetrafluoroetilene (PTFE), normalmente più conosciuto attraverso le sue
denominazioni commerciali Teflon ®, Fluon
®, Algoflon ®, Hostaflon ®, è il polimero
del tetrafluoroetene.
È una materia plastica liscia al tatto e
resistente alle alte temperature (fino a
Le padelle da cucina definite
"antiaderenti", sono appunto ricoperte all'interno di uno strato di
PTFE (Teflon). Il PTFE presenta una serie interessante di caratteristiche
peculiari che lo avevano portato ad essere considerato
materiale strategico fino agli anni settanta. Le caratteristiche principali
sono:
- la completa inerzia chimica per cui
non viene aggredito dalla quasi totalità dei composti chimici -
fanno eccezione i metalli alcalini allo stato fuso, il fluoro
ad alta pressione e alcuni composti fluorurati
in particolari condizioni di temperatura - e soprattutto non modifica i
fluidi con il quale viene posto in contatto, ad esempio i fluidi ultrapuri
per l'industria elettronica
- la completa insolubilità in
acqua e in qualsiasi solvente organico
- ottime qualità elettriche (65 KV di
rigidità dielettrica)
- ottime qualità di resistenza al
fuoco: non propaga la fiamma
- ottime proprietà di scorrevolezza
superficiale: il coefficiente di attrito
risulta il più basso tra i prodotti industriali
- antiaderenza: la superficie non è
incollabile (l'angolo di contatto risulta essere
127°), non è noto alcun adesivo capace di incollare il PTFE
Queste caratteristiche assumono ulteriore
importanza se si considera che si mantengono praticamente inalterate in un
campo di temperature comprese tra i
Poliestere:classe
di polimeri caratterizzata dalla presenza del gruppo estereo
–CO-O- nella catena polimerica.sono
intrinsecamente fragili e cristallizzano con difficoltà.E’ impiegato principalmente per la produzione di
fibre,film,bottiglie e se rinforzato con fibre di
vetro per la realizzazione di manufatti generici.
LAVORAZIONI
STAMPAGGIO A INIEZIONE: è un
processo di produzione industriale del tipo fusione, in cui materiale liquido (materiale plastico)
viene immesso in una forma permanente detta stampo, aiutato
da una forza di "iniezione". Generalmente, l'iniezione avviene a
pressioni elevate ed a temperature che consentono lo scorrimento del materiale
"plastificato"
in apposita sezione della pressa stessa. Gli appositi stampi vengono tenuti chiusi idraulicamente
o meccanicamente in macchine dette presse per lo stampaggio. Le pressioni
sono dell'ordine di qualche centinaio di bar e la forza (in tonnellate)
necessaria per tenere chiusi gli stampi è semplicemente
ricavabile dalla formula F = P·S/1000
dove
CALANDRATURA: La calandratura
è un processo continuo che funziona un po’ come un vecchio mangano
per vestiti.Nel campo delle plastiche, ci sono di
solito 4 rulli riscaldati di grandezze diverse che ruotano a velocità
leggermente diverse. Il materiale entra tra questi
rulli, viene riscaldato e fuso, per poi assumere la
forma di film o di foglia. Esso viene poi raffreddato
e avvolto in bobine. Durante il processo le foglie
possono essere mono-orientate. Il materiale
comunemente calandrato è PVC.
TERMOFORMATURA: La termoformatura permette di modellare per effetto della pressione i film termoplastici rigidi, convenientemente riscaldati (ma senza raggiungere la temperatura di fusione), realizzando alveolature e cavità. Le proprietà del PVC permettono di ottenere così imballaggi, anche trasparenti, modellati in corrispondenza alla forma dell'oggetto da contenere, come per esempio i blister dei prodotti farmaceutici. Nella termoformatura sotto vuoto la lastra di materiale plastico viene fissata ad un supporto sovrastante lo stampo e riscaldata. Viene poi aspirata l'aria dallo spazio che separa il foglio plastico dallo stampo, creandovi una depressione: il foglio plastico viene spinto contro lo stampo dalla pressione atmosferica sovrastante, e ne assume la forma. Nella termoformatura sotto pressione, invece, la lastra plastica riscaldata viene fatta aderire allo stampo dalla pressione esercitata mediante aria compressa (a 3-5 atmosfere).
ESTRUSIONE: Nel processo di estrusione, plastica in forma di granuli o polvere (dry-blend) vengono alimentati in un miscelatore riscaldato
dove viti rotanti omogeneizzano il tutto. La massa fusa viene
poi spinta attraverso una filiera per dare un prodotto finito o semi-finito.
Nella maggior parte dei casi, i granuli vengono usati
i estrusori monovite,
mentre il dry-blend si usano in macchine biviti. La filiera dà al prodotto finito la forma
desiderata.