POLIMERI TERMOINDURENTI
I polimeri termoindurenti sono particolari polimeri che una volta prodotti non
possono essere fusi senza andare incontro a degradazione chimica
("carbonizzazione").Sono polimeri reticolati, ma presentano un grado di reticolazione
molto più elevato degli elastomeri, per cui le reticolazioni ostacolano la mobilità delle
macromolecole, dando luogo ad un comportamento fragile.
Produzione
I polimeri termoindurenti vengono prodotti in due fasi: in una prima fase vengono
prodotte le catene polimeriche, mentre nella fase successiva (che è rappresentata da
un riscaldamento o da una reazione chimica catalizzata) le catene polimeriche
vengono fatte reticolare. Lo stampaggio avviene durante la seconda fase di
lavorazione.
Lavorazione
Le tecniche che possono essere utilizzate per lo stampaggio di questi polimeri sono:
Stampaggio a compressione: effettuato sottoponendo il polimero ancora non
reticolato a compressione e riscaldamento
Stampaggio con trasporto a pistone
Stampaggio ad iniezione: a differenza del processo di stampaggio ad
iniezione dei polimeri termoplastici, lo stampaggio ad iniezione per i materiali
termoindurenti avviene tramite riscaldamento.
Esempi
Di seguito vengono elencati alcuni polimeri termoindurenti:
Poliuretano. I polimeri uretanici sono largamente impiegati nella produzione
di una grande varietà di materiali
Resina epossidica. Le resine epossidiche sono vetrose a temperatura
ambiente e vengono quindi miscelate con diluenti per abbassare la viscosità a
livelli adeguati per l'impregnazione delle fibre
Polifenolo. I polifenoli costituiscono una famiglia di circa 5000 molecole
organiche largamente presenti nel regno vegetale. Sono caratterizzati, come
indica il nome, dalla presenza di molteplici gruppi fenolici associati in strutture
più o meno complesse generalmente di alto peso molecolare. Questi composti
sono il prodotto del metabolismo secondario delle piante
Polidiciclopentadiene.
Poliammide. La poliammide (PI) è un polimero. Fa parte del tipo "materia
plastiche ad alta prestazione" in quanto offre elevate prestazioni in termini di
resistenza alle alte temperature, all'usura e basso attrito. È utilizzata per
produrre boccole, anelli di tenuta e rondelle reggispinta, utilizzati nell'industria
automobilistica, aerospaziale, dei semiconduttori e in altri comparti industriali.
I POLIMERI TERMOPLASTICI
I polimeri termoplastici sono polimeri formati da catene lineari o poco ramificate,
non legata l’una con l’altra (ovvero non reticolate); è sufficiente quindi aumentare la
temperatura per portarli ad uno stato viscoso e poterli quindi formare.
Ogni volta che si ripete l’operazione di riscaldamento e formatura il materiale perde
un po’ delle sue caratteristiche.
Cristallinità
I polimeri termoplastici possono essere amorfi o semicristallini: i primi sono
trasparenti, gli altri sono invece opachi. I polimeri al di sotto della temperatura di
fusione hanno catene intrecciate e attorcigliate. Presentano una certa resistenza ed
elasticità e se non sono caricati mantengono la loro forma.
I polimeri semicristallini sono invece costituiti da zone cristalline (in cui le catene
polimeriche sono disposte in maniera ordinata, seguendo tutte la stessa orientazione)
intervallate da zone amorfe.
Il comportamento dei polimeri amorfi è fortemente influenzato dalla temperatura: alla
temperatura di transizione vetrosa ( Tg) i movimenti delle catene si riducono a tal
punto che il materiale diviene compatto e rigido, e vi è una variazione di circa tre
ordini di grandezza del modulo elastico. La temperatura di transizione vetrosa non è
costante, ma dipende dal peso medio ponderale e dalla velocità di raffreddamento del
polimero.
Diagramma sfrozo-deformazione
I polimeri termoplastici hanno comportamento elastico se sottoposti a piccole
deformazioni (ovvero seguono la legge di Hooke), per cui se lo sforzo cessa vengono
ripristinate le dimensioni che il provino aveva prima dell’applicazione dello sforzo,
quindi la deformazione è reversibile.
Se vengono invece sottoposti a deformazioni più marcate, hanno comportamento
plastico, per cui una volta che lo sforzo è cessato il provino non ritorna alle
dimensioni iniziali, bensì permane una certa aliquota di deformazione. Ciò è spiegato
dal fatto che le molecole di polimero possono muoversi l’una rispetto all’altra e i
legami che intercorrono tra le macromolecole sono legami di attrazione
intermolecolare (ad esempio forze di van der Waals o legami a idrogeno), più deboli
dei legami chimici che possono esserci ad esempio nel caso di polimeri reticolati
(elastomeri), i quali invece riassumono sempre le loro dimensioni iniziali.
Inoltre all’aumentare della temperatura e a parità di deformazione ottenuta è
necessario applicare uno sforzo minore per deformare un polimero termoplastico (da
cui il nome “termo-plastico”).
Procedimento di solidificazione
L e proprietà di un materiale termoplastico dipendono dalle condizioni di
solidificazione, che sono:
Temperatura di stampaggio o reticolazione
Tempo richiesto per tale processo.
I procedimenti sono due:
Cristallizzazione
Vetrificazione
Nello studio è utile il diagramma (analogo alle curve si Bain per gli acciai) nel quale
presenti le curve di fine e inizio trasformazione (che rappresentano la fine e l’inizio di
cristallizzazione), con scala dei tempi logaritmica.
Al punto di fine cristallizzazione però non abbiamo il materiale 100% cristallino, ma
abbiamo raggiunto il massimo grado di cristallinità del materiale. Poi abbiamo anche
la curva di transizione vetrosa, che incide sull’addensamento delle macromolecole e
sul volume libero del polimero (cioè lo spazio che rimane tra le macromolecole).
I tipi di raffreddamento possibili sono:
Raffreddamento rapido: si ottiene un materiale vetrificato in circa 10 secondi.
Per altri materiali non è possibile fare ciò, perché servirebbe una velocità di
raffreddamento elevatissima (esempio polietilene).
Solidificazione isoterma: ottenuta ad alte temperature;si ottengono strutture
cristalline; la temperatura va mantenuta per tempi lunghi.
Raffreddamento continuo: con velocità tale da realizzare il materiale in un
tempo utile; è quella più comune.
ELASTOMERI
Un elastomero è un polimero con la proprietà di viscoelasticità(colloquialmente
"elasticità"), generalmente avendo in particolare a basso modulo di young e ad alta
tensione di rendimento rispetto ad altri materiali. Il termine, che deriva dal polimero
elastico, è spesso usato in modo intercambiabile con il termine di gomma , anche se
quest'ultimo è preferito quando si parla di vulcanizzati . Ciascuno dei monomeri che
collegano per formare il polimero è generalmente costituito da carbonio , idrogeno ,
ossigeno e / o silicio . Elastomeri sono amorfi polimeri esistenti sopra la loro
temperatura di transizione vetrosa , in modo che un notevole movimento segmentale
è possibile. A temperatura ambiente , le gomme sono quindi relativamente morbido (
E ~ 3MPa) e deformabile. I loro usi primari sono per le guarnizioni , adesivi e pezzi
stampati flessibili.
(A) è un polimero atone; (B) è il polimero stesso sotto stress. Quando lo stress viene
rimosso, ritorna alla A di configurazione. (I punti rappresentano legami incrociati)
Elastomeri sono generalmente materiali termoindurenti (che richiede
vulcanizzazione ), ma può anche essere termoplastici. Le lunghe catene di polimeri
cross-link durante la polimerizzazione, cioè, vulcanizzazione.
La struttura
molecolare degli elastomeri può essere immaginato come un 'spaghetti e polpette' la
struttura, con le polpette significa cross-link. L'elasticità è derivata dalla capacità
delle lunghe catene di riconfigurarsi per distribuire uno stress applicato. Il crosslegami covalenti in modo che l'elastomero tornerà alla sua configurazione originale
quando lo stress è rimosso. Come risultato di questa estrema flessibilità, elastomeri
possono reversibilmente estendere 5-700%, a seconda del materiale specifico. Senza
la croce, o con collegamenti brevi, catene riconfigurato disagio, lo stress applicato
porterebbe ad una deformazione permanente.
Effetti della temperatura sono presenti anche l'elasticità dimostrata di un polimero.
Elastomeri che si sono raffreddati ad una fase vetrosa o cristallina avrà catene meno
mobile, e l'elasticità di conseguenza meno, rispetto a quelli manipolati a temperature
superiori alla temperatura di transizione vetrosa del polimero.
E 'anche possibile che un polimero di esporre elasticità che non è dovuto alla
covalente cross-link, ma per ragioni termodinamiche .
Si può vedere anche il sito internet: http://pslc.ws/italian/index.htm
VEDERE LIBRO DI TESTO E CD ALLEGATO
PER I VARI TIPI DI MATERIE PLASTICHE E IL LORO
USO NELLE COSTRUZIONI
