Approfondimento sui superpolimeri e il loro impatto nelle industrie

L'avvento dei superpolimeri ha rivoluzionato l'industria delle materie plastiche e dei poliuretani, offrendo soluzioni avanzate e prestazioni superiori in una vasta gamma di applicazioni industriali.

In questo articolo, esploreremo la natura e le caratteristiche dei superpolimeri e il loro impatto significativo nelle applicazioni industriali.

Cosa sono i Superpolimeri?

I superpolimeri, noti anche come polimeri avanzati o polimerici ad alte prestazioni, sono materiali sintetici che offrono eccezionali proprietà meccaniche, termiche, chimiche e/o elettriche rispetto ai polimeri tradizionali.

Questi materiali sono progettati per soddisfare esigenze specifiche in settori industriali che richiedono elevate prestazioni e resistenza.

Quali sono le prestazioni tecniche dei superpolimeri?

Possono mantenere per molti anni la loro resistenza meccanica, elettrica e chimica a temperature superiori a 220 ° C.

Poliammidi, polifenilensolfuro, poliarilsulfone, poliestere e poliammide-immide, questi sono noti come super polimeri che come proprietà hanno:

• elevata resistenza meccanica
• termica 
• resistenza al fuoco superiore, anche nel confronto con i tecnopolimeri
• elevata resistenza ai solventi , oli e ambienti corrosivi

I loro maggiori svantaggi sono la difficoltà di lavorazione e il costo.

Siccome le pressioni e le temperature di stampaggio sono estremamente elevate rispetto alle plastiche convenzionali, alcuni di essi, tra cui la poliimmide e il poliestere, non sono stampati in modo convenzionale. Poiché non si sciolgono, il processo di stampaggio è più di un'operazione di sinterizzazione. 

Nel caso delle poliimmidi, la transizione vetrosa è superiore a 427°C e il materiale si decompone invece di ammorbidirsi quando diventa troppo caldo.

Il poliestere non fonde, ma a 427°C può fluire in modo non viscoso, similmente ai metalli. Pertanto, le forme e le parti riempite e non riempite possono essere realizzate mediante sinterizzazione a caldo, forgiatura ad alta velocità e spruzzatura al plasma.

Le proprietà notevoli sono:

• l'elevata stabilità termica
• la buona resistenza a 316°C
• l'elevata conduttività termica
• l'altissima resistenza alla compressione

I poliesteri sono stati sviluppati anche per lo stampaggio a iniezione e compressione. Hanno una stabilità termica a lungo termine e una resistenza di 20 MPa a 288ºC.

A temperatura ambiente la poliimmide è la più rigida del gruppo, con un modulo di elasticità di 51.675 MPa, seguita dal polifenilene solfuro con un modulo di 33.072 MPa. Il poliarilsulfone ha la migliore resistenza dei superpolimeri con una resistenza agli urti di 0,27 kg m/cm (tacca).

Proprietà dei superpolimeri

Sintetizzando, quali sono le proprietà dei superpolimeri? Troviamo:

• buona temperatura di rotazione sotto carico
• buona stabilità dimensionale
• basso assorbimento d'acqua
• elevata resistenza meccanica ed elevata rigidità
• buona resistenza all'idrolisi
• buona resistenza all'acqua industriale clorata
• omologazione per il contatto diretto con acqua potabile
• buona resistenza agli agenti chimici

Esempi di Superpolimeri

Tra i superpolimeri più noti vi sono:

• polietereeterechetone (PEEK)
• polibenzimidazolo (PBI) 
• polietilene ad alta densità (HDPE)

Il PEEK, ad esempio, è ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale e automobilistica per componenti ad alta resistenza e leggerezza.

Applicazioni dei Superpolimeri

I superpolimeri trovano impiego in una vasta gamma di settori industriali, inclusi l'aerospaziale, l'automotive, l'elettronica, il settore medico e l'ingegneria. Essi sono utilizzati per la produzione di:

• componenti strutturali
• guarnizioni
• rivestimenti protettivi
• isolanti elettrici
• e molto altro ancora

Inoltre, vengono utilizzati per le applicazioni che richiedono resistenza a lungo termine alle alte temperature, come quelle che includono parti di avvolgimenti di motori automobilistici, connettori di linee di carburante e pompe di raffreddamento, nonché cuscinetti e cuscinetti nei motori aeronautici, pompe nelle industrie di petrolio, gas ed energia. 

Hanno un costo molto più elevato ed una lavorabilità più impegnativa, tenendo conto anche delle temperature in gioco.

Impatto Ambientale e Sostenibilità

Nonostante le loro eccezionali proprietà, i superpolimeri possono presentare sfide in termini di riciclabilità e impatto ambientale. Tuttavia, il settore sta facendo progressi nella ricerca di soluzioni sostenibili, come il riciclo dei materiali e lo sviluppo di superpolimeri biodegradabili.

Sostituzione dei metalli con super polimeri nella produzione additiva: ne vale la pena?

L’invenzione dei superpolimeri ha reso possibile la sostituzione dei materiali termoplastici con i metalli tradizionali nella produzione additiva. Tuttavia, i recenti progressi tecnologici hanno reso possibile la stampa 3D di metalli tradizionali come rame, bronzo, titanio e persino acciaio inossidabile.

Quindi, vale ancora la pena passare dai metalli ai superpolimeri? Perché i superpolimeri sono i migliori materiali per la produzione additiva?

I materiali termoplastici non sono solo eccellenti in termini di resistenza chimica, termica e meccanica, ma sono anche:

• leggeri ma forti come il metallo
• più economici del metallo
• più facili da lavorare
• migliori per l'ambiente

Quindi, se stai cercando un materiale che riduca i costi, diminuisca i tempi di produzione e sia sostenibile, vale la pena sostituire i metalli con super polimeri nella produzione additiva.

Tecnopolimeri semicristallini

Costituito da due fasi, questo tecnopolimero a forma di matassa è caratterizzato da due temperature: la Tg (temperatura di transizione vetrosa) e la Tm (temperatura di fusione).

Le sue proprietà gli conferiscono:

• migliore resistenza chimica e atmosferica
• migliore resistenza all'abrasione, allo stress e all'usura
• temperatura operativa continua più elevata
• maggiore ritorno elastico dopo la deformazione

Oltre ai vantaggi appena citati, hanno anche degli svantaggi, quali:

• un'assenza di trasparenza
• maggiore coefficiente di dilatazione termica lineare e minore stabilità dimensionale
• maggiore ritiro durante la fase di raffreddamento
• maggiore dipendenza del modulo elastico dalla temperatura

I tecnopolimeri amorfi

Sono caratterizzati da:

• trasparenza
• basso coefficiente di dilatazione termica lineare
• buona stabilità dimensionale
• indipendenza del modulo elastico dalla temperatura

Tuttavia, a differenza dei materiali semicristallini, hanno i seguenti svantaggi:

• minore resistenza all'abrasione e all'usura
• resistenza limitata agli agenti chimici
• minore resistenza agli agenti ambientali
• minore resistenza allo stress

Tecnopolimeri compositi

Conosciuti per la resistenza meccanica e le proprietà termiche ed elettriche, questi super polimeri leggeri vengono solitamente utilizzati per sostituire le leghe di alluminio.

Sono disponibili vari compositi, tra cui:

• Carbone PP
• PA al carbonio
• Vetro Pa
• PEEK di carbonio

Conclusioni

I superpolimeri rappresentano una pietra miliare nell'evoluzione dell'industria delle materie plastiche e dei poliuretani, offrendo prestazioni superiori e soluzioni innovative per le sfide industriali moderne. 

Dai materiali ad alte prestazioni come il PEEK alle applicazioni nell'aerospaziale, nell'automotive e oltre, i superpolimeri stanno ridefinendo gli standard di eccellenza. Tuttavia, è essenziale considerare anche l'impatto ambientale e lavorare verso soluzioni sostenibili per garantire un futuro più verde e responsabile per le generazioni future.

Noi di Politecnica Cetai ci occupiamo di materie plastiche e articoli tecnici da oltre 50 anni. La nostra missione è assistere i nostri clienti dalla progettazione all’acquisto, trovando la miglior formula tra prezzo e performance.

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