Ingegneria caratteristiche materie plastiche

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 cross-legami 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 .