Il punto di fusione delle materie plastiche si riferisce all'intervallo di temperatura in cui le materie plastiche passano dallo stato solido a quello liquido scorrevole. A questo punto, le materie plastiche si ammorbidiscono e diventano malleabili, rendendole adatte a vari processi di stampaggio e modellatura.
Termoplastici e termoindurenti
Le materie plastiche possono essere classificate in due tipi principali: termoplastici e termosettici.
<Le termoplastiche si ammorbidiscono con il riscaldamento e si induriscono con il raffreddamento, un processo reversibile che consente di ripetere il riscaldamento e il raffreddamento senza alterare le proprietà del materiale.
<I termoindurenti, invece, subiscono una reazione chimica al momento del riscaldamento iniziale, dando vita a una struttura a rete permanente che non si scioglie. Anche in caso di riscaldamento successivo, non si ammorbidiscono.
Pertanto, nelle nostre successive discussioni sui punti di fusione, le materie plastiche citate saranno tutte termoplastiche.
Importante per lo stampaggio a iniezione, l'estrusione e la formatura
Il processo di ammorbidimento e fusione della plastica è fondamentale nella lavorazione della plastica.
- Durante stampaggio a iniezione, Il controllo preciso della temperatura di fusione assicura che la plastica occupi completamente lo stampo e raggiunga la forma desiderata.
- Il estrusione Il processo sfrutta la fluidità delle materie plastiche riscaldate per produrre tubi e profili utilizzando stampi specifici.
- Il formazione di pellicole o fogli dipende anche dalla capacità della plastica di deformarsi plasticamente alle temperature appropriate.
Pertanto, per i progettisti e i trasformatori, la comprensione della temperatura di lavoro e della temperatura di lavorazione ottimale delle materie plastiche è fondamentale per controllare la qualità del prodotto e soddisfare i requisiti applicativi.
Caratteristiche di fusione delle materie plastiche
Materiali cristallini e amorfi
I materiali in natura si dividono in cristallini e amorfi.
I materiali cristallini hanno molecole o atomi disposti in modo ordinato e possiedono punti di fusione fissi. Per esempio, l'acqua fonde a 0°C, il sale (NaCl) a 801°C e lo stagno a 231,9°C.
D'altra parte, i materiali amorfi, tra cui vetro, gomma, plastica, asfalto, colofonia e paraffina, hanno molecole o atomi disposti in modo disordinato e non hanno un punto di fusione fisso. Quando vengono riscaldati, in genere si ammorbidiscono (stato gommoso) prima di liquefarsi (stato di flusso viscoso), coprendo un certo intervallo di temperatura invece di fondere in un punto specifico.
Tipi di plastica: Amorfe e cristalline
Plastiche amorfe:
In condizioni di lavorazione tipiche, queste plastiche non presentano regioni cristalline e sono completamente amorfe. Ne sono un esempio il policarbonato, l'ABS, il PMMA, l'ASA, il PPSU, ecc. Il loro comportamento di fusione è in linea con quello dei tipici materiali amorfi.
Plastiche cristalline:
Molte materie plastiche tendono a cristallizzare quando si raffreddano e si solidificano, come il polietilene (PE), il polipropilene (PP), il poliossimetilene (POM), la poliammide (PA6 e PA66), il PET e il PBT.
Tuttavia, cristallizzano solo in alcune regioni: i materiali con una cristallinità superiore a 80% sono classificati come plastiche cristalline e il resto come semicristalline.
Il grado di cristallinità è fortemente influenzato dal processo di raffreddamento; un raffreddamento lento all'interno dell'intervallo di temperatura di cristallizzazione può aumentare la cristallinità, mentre un raffreddamento rapido ha l'effetto opposto.
Pertanto, il processo di fusione di queste plastiche cristalline assomiglia parzialmente a quello dei materiali cristallini, ma incorpora anche caratteristiche dei materiali amorfi.
I tre stati e le quattro temperature chiave delle materie plastiche durante il riscaldamento
Esploriamo i tre stati che le materie plastiche attraversano durante il riscaldamento: lo stato vetroso, lo stato altamente elastico (gommoso) e lo stato di flusso viscoso, nonché le quattro temperature chiave ad essi associate: la temperatura di transizione vetrosa, la temperatura di fusione, la temperatura di scorrimento e la temperatura di decomposizione.
Lo Stato di vetro
Il primo stato è lo stato vetroso, in cui la plastica si trova a temperatura ambiente o bassa. In questo stato, il movimento delle molecole di plastica è fortemente limitato, rendendo il materiale rigido e fragile. Ciò avviene perché la temperatura è inferiore alla temperatura di transizione vetrosa (Tg), dove le forze intermolecolari sono maggiori dell'energia termica, impedendo il libero movimento molecolare.
Temperatura di transizione vetrosa (Tg) e stato altamente elastico (gommoso)
Un cambiamento fisico significativo si verifica quando la plastica viene riscaldata alla temperatura di transizione del vetro. La Tg segna l'inizio della transizione da uno stato duro e fragile a uno stato morbido; la temperatura esatta dipende dal tipo di plastica e dalla sua struttura molecolare.
Ad esempio, il poliossimetilene (POM) ha una Tg di circa 85°C, mentre il policarbonato (PC) ha una Tg più alta, di solito intorno ai 145°C.
Al di sopra di Tg, le catene polimeriche acquistano più energia e iniziano a muoversi più liberamente, pur rimanendo in uno stato casualmente disordinato. Quando la temperatura continua a salire, le materie plastiche entrano nello stato alto-elastico, noto anche come stato gommoso. In questo stato, la plastica mostra una significativa elasticità e flessibilità. Il movimento tra le catene polimeriche aumenta, ma c'è ancora un certo grado di interazione intermolecolare. Le plastiche in questo stato possono subire deformazioni significative senza rompersi, ideali per molti prodotti in gomma e articoli in plastica flessibile.
Temperatura di flusso (Tf) e stato di flusso viscoso
Infine, quando la temperatura aumenta ulteriormente fino alla temperatura di flusso (Tf), la plastica entra nello stato di flusso viscoso. In questo stato, la plastica diventa più fluida, simile a un liquido viscoso. Nello stato di flusso viscoso, le materie plastiche possono essere estruse, iniettate o compresse in forme. Questa è la fase chiave della lavorazione della plastica, come lo stampaggio a iniezione, che avviene in questo stato.
Durante il processo di spurgo del barile, è possibile osservare chiaramente lo stato fuso della plastica.
Temperatura di decomposizione (Td)
L'ultima fase significativa del riscaldamento delle materie plastiche è la temperatura di decomposizione (Td). È il punto in cui le materie plastiche iniziano a decomporsi chimicamente, perdendo le loro proprietà fisiche e chimiche originali. Una volta raggiunta o superata la temperatura di decomposizione, le materie plastiche iniziano a scomporsi in molecole più piccole, rilasciando potenzialmente gas e altri prodotti di decomposizione. Pertanto, è essenziale evitare di superare la temperatura di decomposizione durante la lavorazione per evitare danni al materiale e il possibile rilascio di sostanze nocive.
Nota:
- : Regione amorfa
- : Regione semicristallina
Suggerimento: la temperatura di fusione (Tm), nota anche come temperatura di flusso (Tf)
È importante notare che la temperatura di fusione delle materie plastiche non è un punto fisso, ma un intervallo. All'interno di questo intervallo, lo stato fisico della plastica passa dallo stato altamente elastico allo stato di flusso viscoso. Ad esempio, l'intervallo di temperatura di fusione per il Polipropilene (PP) va da 160°C a 175°C, mentre per il Polietilene (PE) va da 125°C a 137°C. L'ampiezza di questo intervallo dipende dal tipo specifico di plastica e dalla complessità della sua struttura molecolare.
Temperature di fusione delle plastiche più comuni
Qui abbiamo elencato le temperature di fusione, di stampaggio a iniezione e di decomposizione di alcuni materiali plastici comuni. È importante notare che la temperatura di stampaggio a iniezione è solitamente superiore alla temperatura di fusione per garantire una buona fluidità della plastica durante la lavorazione.
Poiché esistono molti tipi di plastiche modificate e le loro proprietà sono molto diverse, è impossibile elencare troppi materiali in questa tabella. Ad esempio, le caratteristiche di temperatura del nylon con aggiunta di fibre di vetro differiscono notevolmente da quelle del nylon senza fibre di vetro. In pratica, è facile ottenere la scheda delle proprietà di un materiale quando si acquistano materie plastiche. Pertanto, questa tabella è da intendersi solo come un riferimento completo.
Le temperature di fusione delle plastiche più comuni
| Nome del materiale | Temperatura di fusione (°C) | Temperatura di stampaggio a iniezione (°C) | Temperatura di decomposizione (°C) |
|---|---|---|---|
| ABS | 170-190 | 200-240 | 280 |
| PP (polipropilene) | 160-175 | 190-290 | 320 |
| POM (poliossimetilene) | 165-175 | 190-230 | 280 |
| PC (policarbonato) | 225-250 | 270-320 | 360 |
| PBT | 225-235 | 220-270 | 280 |
| PA6 (Nylon 6) | 215-221 | 260-300 | 320 |
| PA66 (Nylon 66) | 260-265 | 270-310 | 360 |
| PMMA (acrilico) | 160-180 | 220-250 | 270 |
| LDPE (polietilene a bassa densità) | 110-130 | 150-230 | 300 |
| HDPE (polietilene ad alta densità) | 125-137 | 160-280 | 300 |
| PEEK (Polietere Etere Chetone) | 315-353 | 360-400 | 520 |
Questa tabella fornisce una panoramica delle temperature di fusione, stampaggio a iniezione e decomposizione di varie materie plastiche comuni.
Conclusione
In conclusione, la comprensione delle temperature di fusione, stampaggio a iniezione e decomposizione delle materie plastiche è essenziale nel campo della scienza dei materiali e della produzione. Queste temperature non solo guidano la lavorazione e l'applicazione delle materie plastiche, ma garantiscono anche la sicurezza e la qualità dei prodotti finali.
Con l'evoluzione dell'industria con nuovi materiali e tecnologie, la ricerca e la conoscenza continua in questo settore rimangono fondamentali. Sia nelle applicazioni industriali che nell'uso quotidiano, la natura versatile delle materie plastiche continua a plasmare il mondo moderno.
