Lavorazione dei materiali plastici: origine, produzione e varietà
Prima di addentrarci nel processo di lavorazione dei materiali plastici, è importante sapere con precisione quali siano questi materiali. Oggi moltissimi oggetti di uso comune sono realizzati con questa tipologia di materiali. Dall’involucro che protegge il tuo smartphone alle tubature che scorrono silenziose sotto casa tua, i materiali plastici sono diventati parte integrante della nostra vita quotidiana. Ma cosa si cela dietro questi composti? Esploriamo insieme l’origine, la produzione e le diverse varietà di dei materiali plastici.
Le materie plastiche derivano da materie prime come petrolio, gas naturale e carbone. Attraverso complessi processi di raffinazione e polimerizzazione, queste materie prime si trasformano quindi in lunghe catene molecolari, i polimeri, che conferiscono alle plastiche le loro caratteristiche uniche: leggerezza, resistenza, flessibilità e versatilità.
Esistono diverse tipologie di materie plastiche, classificate in base alla loro struttura chimica e alle loro proprietà:
- Termoplastici: si ammorbidiscono con il calore e possono essere rimodellati più volte, come ad esempio il polietilene (PE), il polipropilene (PP) o il polivinilcloruro (PVC).
- Termoindurenti: si induriscono irreversibilmente con il calore e non possono essere rimodellati; sono maggiormente usati soprattutto la bachelite, l’epossidica ed il poliestere.
- Elastomeri: possiedono un’elevata elasticità e resistenza alla trazione, come ad esempio la gomma.
Le materie plastiche offrono una combinazione unica di proprietà che le rende adatte a un’ampia gamma di applicazioni:
- Imballaggi: proteggono i prodotti durante il trasporto e la conservazione.
- Edilizia: tubi, infissi, pannelli e altri componenti strutturali.
- Automotive: paraurti, cruscotti, componenti interni ed esterni.
- Elettrodomestici: carcasse, componenti interni e isolanti.
L’industria della plastica è in continua crescita, con una produzione globale che supera i 350 milioni di tonnellate all’anno. Perciò, la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali plastici con caratteristiche avanzate, come la biodegradabilità, sono fattori chiave per un futuro sostenibile di questo settore.
Lavorazioni plastiche: tecniche e macchinari
La lavorazione dei materiali plastici, a differenza di quella dei metalli, offre la possibilità di deformare il materiale, realizzando forme complesse. Le lavorazioni plastiche possono essere classificate in due macrocategorie: lavorazioni per deformazione e lavorazioni per asportazione
Lavorazioni per deformazione
Le lavorazioni dei materiali plastici per deformazione sfruttano la proprietà degli stessi di deformarsi sotto l’azione di una forza, senza rompersi. Questa caratteristica permette di ottenere oggetti dalle forme complesse e precise, con un elevato grado di finitura e un minor spreco di materiale rispetto alle lavorazioni per asportazione di truciolo.
Le principali lavorazioni per deformazione sono:
1. Stampaggio a iniezione:
- Processo: Il materiale plastico fuso viene iniettato ad alta pressione in uno stampo dove si solidifica.
- Vantaggi: Elevata produttività, precisione dimensionale, possibilità di realizzare geometrie complesse.
- Esempi: Bottiglie, contenitori, componenti per auto, giocattoli.
2. Stampaggio a compressione:
- Processo: Il materiale plastico viene compresso in uno stampo mediante un maschio.
- Vantaggi: Semplicità del processo, adatto a geometrie semplici, costi contenuti.
- Esempi: Bottoni, tappi, dischi, componenti elettrici.
3. Estrusione:
- Processo: Il materiale plastico fuso viene fatto fluire attraverso una filiera che ne determina la forma.
- Vantaggi: Produzione continua di profili lunghi e di film plastici.
- Esempi: Tubi, profilati per serramenti, film per imballaggi, guaine per cavi.
4. Termoformatura:
- Processo: Un foglio di materiale plastico viene riscaldato e deformato in uno stampo.
- Vantaggi: Flessibilità del processo, adatto a geometrie complesse, bassi costi di produzione.
- Esempi: Vaschette per alimenti, blister per farmaci, packaging per cosmetici.
5. Soffiaggio:
- Processo: Un tubo di materiale plastico viene riscaldato e soffiato in uno stampo.
- Vantaggi: Produzione di oggetti cavi con pareti sottili, elevata resistenza.
- Esempi: Bottiglie, flaconi, fusti, giocattoli.
La scelta della lavorazione per deformazione più adatta dipende da diversi fattori e dal campo di utilizzo del prodotto.
Lavorazioni plastiche per asportazione di truciolo
Le lavorazioni dei materiali plastici per asportazione di truciolo prevedono la rimozione di materiale da un pezzo grezzo di plastica mediante utensili taglienti.
Questo processo offre una maggiore flessibilità rispetto alle lavorazioni per deformazione, in quanto permette di realizzare geometrie complesse e di lavorare su pezzi di dimensioni diverse.
Le principali lavorazioni per asportazione di truciolo sono:
1. Tornitura:
- Processo: Un utensile rotante asporta il materiale in eccesso da un pezzo grezzo di plastica che ruota su un mandrino.
- Vantaggi: Elevata precisione, possibilità di realizzare geometrie complesse, adatto a produzioni di medie e grandi serie.
- Esempi: Componenti per auto, tubi, raccordi, boccole.
2. Fresatura:
- Processo: Un utensile rotante con più lame asporta il materiale in eccesso da un pezzo grezzo di plastica.
- Vantaggi: Flessibilità del processo, adatto a geometrie complesse, possibilità di lavorare su superfici piane e curve.
- Esempi: Stampi per iniezione, componenti per l’industria aerospaziale, prototipi.
3. Foratura:
- Processo: Si realizzano fori di diverse dimensioni su un pezzo di plastica mediante un utensile rotante chiamato trapano.
- Vantaggi: Semplicità del processo, basso costo, adatto a diverse tipologie di plastiche.
- Esempi: Fori per viti, fori per il passaggio di cavi, fori per la ventilazione.
4. Levigatura:
- Processo: Si elimina la rugosità superficiale di un pezzo di plastica mediante abrasivi.
- Vantaggi: Migliora l’aspetto estetico del prodotto, aumenta la resistenza all’usura, facilita la pulizia.
- Esempi: Finitura di componenti per auto, lucidatura di stampi, levigatura di superfici per la verniciatura.
5. Taglio:
- Processo: Si divide un pezzo di plastica in due o più parti mediante utensili taglienti.
- Vantaggi: Semplicità del processo, basso costo, adatto a diverse tipologie di plastiche.
- Esempi: Taglio di tubi, profilati, lastre, film plastici.
Le lavorazioni della plastica per asportazione di truciolo sono quindi utilizzate in combinazione con le lavorazioni per deformazione per ottenere prodotti finiti con caratteristiche specifiche.
Tipologie di materiali plastici e loro caratteristiche
Esistono diverse tipologie di materiali plastici, ognuna con caratteristiche e proprietà specifiche.
I termoplastici, come il polietilene (PE) e il polipropilene (PP), si ammorbidiscono con il calore e possono essere rimodellati più volte. Per questo motivo sono utilizzati per la produzione di oggetti come bottiglie, flaconi e contenitori che possono essere riciclati e trasformati in nuovi prodotti.
I termoindurenti, come la bachelite e l’epossidica, si induriscono irreversibilmente con il calore e non possono essere rimodellati. Sono quindi utilizzati per la realizzazione di componenti elettrici, isolanti e utensili che necessitano di elevata resistenza e durata.
Gli elastomeri, come la gomma, possiedono un’elevata elasticità e resistenza alla trazione. Sono quindi utilizzati per la produzione di pneumatici, tubi flessibili e guarnizioni.
Un’importante innovazione nel campo della lavorazione dei materiali plastici è rappresentata dai materiali plastici biodegradabili, come il Mater-Bi e il PLA. Questi materiali si degradano in natura nel tempo grazie all’azione di microrganismi, rappresentando una valida alternativa per la realizzazione di imballaggi compostabili e stoviglie monouso.
Oltre ai materiali plastici puri, esistono anche materiali plastici compositi, ottenuti dalla combinazione di un materiale plastico con altri materiali come fibre, cariche o minerali. I materiali plastici compositi offrono una combinazione di proprietà migliorate rispetto ai materiali plastici puri, come maggiore resistenza, leggerezza e durata. Un esempio è la fibra di carbonio rinforzata con plastica (CFRP), utilizzata nell’industria aerospaziale, automobilistica e sportiva.
La scelta del materiale plastico più adatto dipende da diversi fattori, tra cui le proprietà richieste dal prodotto finale, il processo di lavorazione utilizzato, i costi di produzione e l’impatto ambientale.
Applicazioni dei materiali plastici
Una volta terminata la lavorazione dei materiali plastici, questi, grazie alle loro innumerevoli proprietà e caratteristiche, trovano applicazioni in una vastità di settori. Vediamo qualche esempio concreto per comprendere meglio la loro versatilità.
Imballaggio ed edilizia
Immaginiamo di fare la spesa al supermercato. Il polietilene (PE), con la sua resistenza e impermeabilità, ci permette di trasportare la nostra spesa in modo sicuro e igienico grazie a sacchetti e buste. In casa, il polipropilene (PP), leggero e versatile, si manifesta nei tubi che portano l’acqua corrente, nei profilati che donano forma alle nostre stanze e nei componenti che rendono sicuro l’impianto elettrico. Il polivinilcloruro (PVC), resistente agli agenti atmosferici, protegge le nostre case dalle intemperie sotto forma di infissi, tubi e impermeabilizzanti.
Automotive ed elettrodomestici
Nelle nostre automobili, il poliuretano (PU), flessibile e resistente, ci avvolge nei sedili, ci culla nelle schiume fonoassorbenti e ci accompagna silenziosamente nel viaggio grazie a componenti del motore. Il poliammidico (PA), caratterizzato da elevata resistenza meccanica e termica, si nasconde nei motori, negli ingranaggi e nelle fibre tessili che ci vestono. Il policarbonato (PC), trasparente e resistente agli urti, ci protegge dagli incidenti con il parabrezza e illumina la strada con i fari, mentre nelle nostre case alimenta la tecnologia con componenti per l’industria elettrica ed elettronica.
Medicina e tessile
In un ospedale, il silicone, biocompatibile e flessibile, salva vite umane realizzando elementi come protesi mediche, tubi e valvole cardiache. Il polietilene tereftalato (PET), resistente e leggero, ci accompagna nelle nostre giornate sotto forma di fibre tessili, bottiglie per bevande e film per l’imballaggio alimentare. Il polimetilmetacrilato (PMMA), trasparente e resistente alle intemperie, ci aiuta a vedere meglio con lenti oftalmiche, ci regala un sorriso con protesi dentarie e illumina le nostre città con insegne luminose.
Ulteriori settori di applicazione
- L’industria aeronautica: per la produzione di componenti leggeri e resistenti, come lamiere o finistrini.
- L’industria alimentare: per la realizzazione di imballaggi e soprattutto contenitori che preservano la freschezza e la sicurezza dei nostri cibi.
- L’industria del giocattolo: per la produzione di giocattoli, come i famosi Lego.
- L’industria del mobile: per la realizzazione di mobili ed altri complementi d’arredo come tavoli, lampade, ecc.
La scelta del materiale plastico più adatto dipende da una serie di fattori, tra cui le proprietà richieste dal prodotto finale, il processo di lavorazione utilizzato, i costi di produzione e l’impatto ambientale.
L’innovazione nel campo dei materiali plastici è in continua evoluzione, con lo sviluppo di nuovi materiali biodegradabili, riciclabili e con proprietà avanzate. Questo permette di guardare al futuro con ottimismo, immaginando un mondo in cui la lavorazione dei materiali plastici porti alla realizzazione di composti sempre più sostenibili e al servizio del benessere dell’uomo.