Engineering Design 2009-2

Engineering Design
2009-02
Responsible
innovation
now*
* Innovazione responsabile ora
DuPont offre la più ampia gamma di
tecnopolimeri ad alte prestazioni derivati
da fonti rinnovabili del settore
Continua a pag. 2
Innovazione responsabile ora
Di Marsha Craig, Global Business Manager – Renewable Sourced Materials e
Karin Weining, Global Marketing Director – DuPont Engineering Polymers
Marsha Craig
Oltre alle difficoltà legate alla
crisi, siamo oggi di fronte a
sfide globali senza precedenti. L’aumento generalizzato dei costi energetici, il
potenziale esaurimento delle
riserve petrolifere e l’auKarin Weining
mento delle emissioni di gas
serra non sono che alcuni dei problemi ai quali DuPont e i suoi clienti
devono trovare soluzioni sostenibili,
in linea con la mutata realtà economica, e in grado di creare nuove
opportunità di crescita per entrambi.
Al grido di “Innovazione responsabile
ora”, DuPont riconosce l’urgenza di
individuare soluzioni affidabili e
all’avanguardia nella scienza dei
materiali in collaborazione con i propri clienti e con i clienti dei propri
clienti.
In quest’ottica si inserisce il progetto di realizzare materiali plastici
dalle prestazioni innovative, riducendo l’impronta ambientale del
gruppo e dei suoi clienti. A tal fine,
DuPont investe nella bioeconomia,
impegnandosi in particolare nella
ricerca, sviluppo e commercializzazione di polimeri ricavati da fonti rinnovabili. Grazie a tale impegno,
DuPont offre oggi la più ampia
gamma di tecnopolimeri ad alte prestazioni derivati da fonti rinnovabili,
caratterizzati da una funzionalità
equivalente – se non superiore – a
quella dei materiali ottenuti integralmente dal petrolio, nonché da un
minor impatto ambientale. Oltre a
ridurre la dipendenza dai carburanti
fossili, tali prodotti consentono
spesso di contenere la generazione di
gas serra ed il consumo di energia nei
processi produttivi rispetto ai tradizionali prodotti derivati dal petrolio.
Con le tecnologie oggi disponibili,
tutto ciò si può ottenere senza pregiudicare le prestazioni del prodotto.
2
Resine termoplastiche DuPont™
Sorona® EP
I tecnopolimeri DuPont ricavati da fonti rinnovabili rappresentano una nuova classe
di polimeri termoplastici il
cui contenuto di sostanze
rinnovabili, espresso in
percentuale del peso
complessivo, punta a raggiungere almeno il 20%. I
polimeri termoplastici
DuPont™ Sorona® EP
contengono dal 20 al
37% di materiali ricavati da fonti rinnovabili,
in particolare il prodotto
intermedio DuPont Tate &
Lyle Susterra™, a base di propandiolo
derivato dal mais. Sorona® EP offre
prestazioni e caratteristiche di stampaggio analoghe a quelle del PBT (polibutilene tereftalato) ad alte prestazioni. Oltre a un buon grado di resistenza e rigidità, i primi test indicano
migliori proprietà di finitura, ridotta
deformazione allo stampaggio e buona
stabilità dimensionale, fattori che
fanno di DuPont™ Sorona® EP la soluzione ideale per componenti auto,
sistemi elettrici ed elettronici, prodotti
industriali e di consumo.
Elastomeri termoplastici DuPont™
Hytrel® RS
Gli elastomeri termoplastici Hytrel® RS,
con un contenuto di materiali ricavati da
fonti rinnovabili del 35-65%, sono a base
di poliolo ottenuto da materie prime vegetali. Le prestazioni sono le stesse delle
resine Hytrel® originali : uno straordinario
mix di resistenza, robustezza e flessibilità
nel tempo essenziale per applicazioni
complesse quali tubi estrusi rigidi e flessibili per l’industria e il settore auto, cuffie a
soffietto per giunti omocinetici, componenti stampati a iniezione come sportelli
air bag e assorbitori di energia.
Il collo dei nuovi
scarponi Salomon
‘Ghost’ Freeride è
una delle prime
applicazioni
commerciali
dell’elastomero
termoplastico Hytrel®
RS a livello
mondiale
Fra le prime applicazioni di Hytrel®
RS, gli scarponi da sci ‘Ghost’ Freeride
di Salomon, produttore di articoli per
gli sport invernali. Grazie alle proprietà
del materiale (resistenza all’urto a
basse temperature, durabilità e flessibilità), gli scarponi sono più comodi e
favoriscono la trasmissione del movimento agli sci – il tutto con un migliore
impatto ambientale (LCA). In futuro è
previsto lo sviluppo di nuovi tipi di
Hytrel® RS, come quelli da estrusione
per guaine cavi e tubi auto e quelli
stampabili a iniezione per mobili da
ufficio e beni di consumo.
Resine poliammidiche a catena lunga
DuPont™ Zytel® RS
Completano la gamma di tecnopolimeri
DuPont ottenuti da fonti rinnovabili i
polimeri a base di acido sebacico,
estratto dalla pianta di ricino. Al
gruppo appartengono due resine
poliammidiche a catena lunga: la 1010
DuPont™ Zytel® RS, ricavata al 98% da
fonti rinnovabili, e la 610 Zytel® RS
(oltre il 58% in peso da fonti rinnovabili). Rispetto alle poliammidi 6 e 66, i
biomonomeri a catena lunga migliorano la resistenza chimica e all’idrolisi,
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La poliammide 610 Zytel® RS è stata usata per la
prima volta sul mercato europeo per
l’impugnatura, la punta, il cappuccio e la
chiusura dei bastoncini da Nordic Walking
‘Exel NW ECO Trainer’ di EB Sports GmbH, Germania
in particolare se esposti agli idrocarburi polari. Inoltre, se soggetta
all’azione di sostanze aggressive come
La poliammide 610 Zytel® RS fa il suo
esordio nel nuovo serbatoio del radiatore auto di DENSO Corporation: per la
prima volta la tecnoplastica DuPont da
fonti rinnovabili è usata nei componenti
meccanici del vano motore, esposti al
calore e all’aggressione chimica
acqua ad alta temperatura o cloruro di
calcio, la poliammide 610 GF evidenzia
una buona o ottima resistenza in confronto alla PA 66 GF 30. Sia la poliammide 610 che la 1010 dimostrano una
buona resistenza all'invecchiamento
termico, che può essere ulteriormente
migliorata con opportuni stabilizzanti.
Le poliammidi 610 Zytel® RS
LC3060 e 1010 Zytel® RS LC1000, non
rinforzate e ad alta viscosità, sono già
disponibili per
applicazioni
estruse come
tubi flessibili.
Modificate con
cariche e rinforzanti, le
resine a catena
lunga Zytel®
RS presentano
proprietà meccaniche ancor
più soddisfacenti, che ne
facilitano l’uso
nei compo-
nenti strutturali.
Nel settore auto, le
prime applicazioni riguardano le aree che richiedono
elevata resistenza chimica – come la
circolazione dell’acqua – o buona stabilità dimensionale. Fra i primi usi commerciali, il serbatoio del radiatore sviluppato da DENSO Corporation, che
offre maggiore resistenza al cloruro di
calcio e buona resistenza all’acqua bollente. Il tipo di poliammide Zytel® RS
utilizzato contiene il 33% di fibre di
vetro, ma ben il 40% del peso è costituito da materiali provenienti da fonti
rinnovabili.
Grazie all’innovazione DuPont,
oggi è possibile ottenere gli ingredienti chiave delle tre famiglie di
resine da fonti rinnovabili, riducendo
significativamente l’impatto ambientale rispetto ai tradizionali prodotti
derivati dal petrolio, ma senza compromettere le prestazioni. I materiali
DuPont da fonti rinnovabili sono
un’idea finalmente divenuta realtà.
In breve
Pagina 4
Pagina 8
Cornici dei fari in Crastin® economiche e di
grande effetto
Le cornici dei fari dell’Audi A4 si basano sulla soluzione “Design-Materials-Processing” di DuPont.
Pagina 6
Migliori prestazioni per le catene di trasporto
Nuove ricerche per migliorare la gamma di
applicazioni delle catene di trasporto in materiali
polimerici.
Pagina 10
I polimeri DuPont accrescono la mobilità
Estendere i limiti di durabilità
DuPont™ Hytrel® festeggia il 25° anniversario di
utilizzo nelle cuffie CVJ (constant-velocity joint).
Pagina 7
La leva di comando compatta e leggera per sedie a
rotelle manuali è costituita per oltre tre quarti da
materie plastiche prodotte da DuPont.
Pagina 11
News La resina poliammidica DuPont™ Zytel® RS
DuPont™ Delrin® per una ventata di aria fresca
stampata a iniezione e derivata da fonti rinnovabili
è impiegata per la prima volta in Europa. / Prototipi
di tasselli in Zytel® RS.
Delrin® è usato per il meccanismo interno del
deodorante per ambienti automatico prodotto da
Sara Lee.
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Cornici dei fari in Crastin®
economiche e di grande effetto
Di Michal Siler, Segment Manager Automotive Lighting,
DuPont Engineering Polymers
I fari delle automobili, elementi distintivi di ogni modello, possono ora essere
prodotti a costi inferiori grazie alla soluzione “Design-Materials-Processing”
(progettazione-materiali-lavorazione) di DuPont. Automotive Lighting di Reutlingen
(Germania), fornitore di primo livello di elementi di illuminazione esterna, ha optato
per questa soluzione integrata di DuPont nello sviluppo delle cornici dei fari della
nuova Audi A4.
Il faro è uno degli elementi più caratterizzanti dell’auto, e la cornice –
cioè l’anello di finitura tra i riflettori e
l’alloggiamento del faro – ha un ruolo
di spicco nel suo design. Estetica e
finitura perfetta, quindi, sono ormai
caratteristiche peculiari di questo
componente stampato a iniezione,
oltre naturalmente a requisiti tecnici
come resistenza alle alte temperature, agli agenti atmosferici e all’umidità, facilità di metallizzazione, stabilità dimensionale e lavorabilità.
Sebbene per le cornici dei fari si
sia spesso fatto ricorso al policarbonato ad elevata resistenza termica o al
PBT, ora molti produttori optano per la
soluzione su misura di DuPont che unisce alle eccezionali proprietà di
DuPont™ Crastin® PBT tecniche di produzione, progettazione e sviluppo
innovative che permettono di realizzare parti più efficienti, economiche
ed estetiche. Ne è un esempio Automotive Lighting, leader mondiale dell’illuminazione esterna per auto, fondata nel 1999 dalla joint venture tra
Magneti Marelli e Robert Bosch GmbH.
Al momento della scelta del materiale per le cornici dei fanali (sia allo
xeno che alogeni) delle nuove Audi A4
e Audi TT, Automotive Lighting si è
affidata dunque a Crastin®. “Il materiale di DuPont è molto più resistente
alle alte temperature rispetto al policarbonato standard, costa molto
meno rispetto al policarbonato ad alta
4
resistenza termica e offre una maggiore resistenza termica (fino a
170 °C) con minore degassaggio
rispetto ai pbt standard”, afferma
Alexander Müller, development team
leader di Automotive Lighting
Reutlingen GmbH. Grazie all’ottimizzazione delle cornici in Crastin® che
offrono altissima stabilità e ridotta
degradazione termica in fase di stampaggio, Automotive Lighting ha
ridotto al minimo gli scarti di produzione. Inoltre, i tecnici di DuPont in
Germania hanno collaborato alla progettazione dei componenti, degli
stampi e dei macchinari per minimizzare i costi e massimizzare la produttività. “Durante il collaudo e l’avvio
della produzione delle cornici della
Audi A4, Crastin® ha dimostrato di
offrire una maggiore produttività
rispetto agli altri PBT, soprattutto grazie alla qualità del materiale e all’eccellenza dell’assistenza tecnica
locale”, conferma Alexander Müller.
Contattare
Automotive Lighting
Reutlingen GmbH
Tübinger Str. 123
72762 Reutlingen/Germania
Tel. +49 7121 35-6000
Fax +49 7121 35-6065
[email protected]
www.al-lighting.com
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“Siamo stati molto soddisfatti delle
prestazioni e del buon rapporto qualità prezzo del materiale in un’applicazione così complessa e di forte
impatto visivo. La qualità e l’estetica
delle cornici dei fanali realizzate per
la Audi A4 sono state molto apprezzate anche dalla stessa casa produttrice”.
Oltre a capacità di flusso e stabilità
ottimali alle alte temperature, le cornici in Crastin® offrono una finitura di
qualità superiore e di classe A subito
Nuovi tipi di resine
DuPont™ Zytel®
HTN “E&E friendly”
Tre nuovi tipi di resine DuPont™ Zytel®
HTN PPA “Electrical/Electronics Friendly (EF)”, di nuova formulazione, eliminano sostanze che possono causare la
corrosione di sottili cavi magnetici in
rame o di contatti elettrici sensibili, in
componenti utilizzati in ambienti caldi,
umidi e/o bagnati nei settori automobilistico e industriale. Rispetto ai tipi di
Zytel® HTN standard, le resine EF mantengono meglio la resistività di volume
in ambienti esposti all’umidità. Collaudati presso i Centri Tecnici di DuPont, i
nuovi tipi di Zytel® EF hanno superato i
test CTI anche in condizioni estreme.
Rispetto ad altre resine PPA, Zytel®
HTN51G35EF mantiene meglio le proprietà anche in caso di lunga esposizione all’umidità, agli agenti chimici e
alle alte temperature. Zytel®
HTN52G35EF offre invece maggiore
fluidità per lo stampaggio di componenti con sezioni di pareti sottili come
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dopo lo
stampaggio, senza
opacità o altri difetti. Sebbene
non sia il caso delle cornici sviluppate
da Automotive Lighting per Audi A4,
Crastin® può essere usato per la metallizzazione diretta, che offre ai designer
maggiore flessibilità e libertà d’azione,
nonché una notevole riduzione dei
costi complessivi e di produzione.
DuPont è impegnata ad aumentare
ancora la
resistenza termica, la stabilità e l’uso di materiali ricavati da
fonti rinnovabili, al fine di migliorare
ulteriormente le prestazioni della
gamma di resine Crastin® per cornici.
HTN51G35EF
HTN52G35EF
HTN54G35EF
Resistenza
chimica
Elevata fluidità
per componenti
con pareti sottili
Resistenza ai
cicli termici
Resistenza alle
alte temperature
Termoregolazione
stampi ad acqua
Mantenimento
delle proprietà
in ambienti umidi.
Superiore
resistenza agli urti
Termoregolazione
stampi ad acqua
I prodotti DuPont™ Zytel® HTN “EF” sono disponibili per le tre serie di resine rinforzate in fibra di vetro: HTN51G, HTN52G e HTN54G e offrono una valida soluzione per
ambienti caldi e umidi ove siano necessari minore corrosione e maggiore mantenimento delle proprietà elettriche.
i connettori. Zytel® HTN54G35EF presenta superiore resistenza agli urti ed
eccezionali prestazioni quando sottoposta a cicli termici, un deciso vantaggio nelle applicazioni di incapsulamento. Con entrambi i tipi di Zytel®
HTN52G35EF e HTN54G35EF è inoltre
possibile utilizzare la termoregolazione ad acqua degli stampi. Tutte e
tre le resine sono rinforzate in fibra di
vetro al 35%.
Potenziali applicazioni in campo
automobilistico includono sensori
incapsulati per monitorare la velocità
delle ruote, la pressione dell’aria o
idraulica e la trasmissione, nonché
connettori di cavi ad elevato voltaggio
per veicoli elettrici ed ibridi. Altri utilizzi comprendono componenti elettrici
esposti all’umidità in cui sia necessario il mantenimento delle proprietà
elettriche.
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Estendere i limiti di durabilità
Di Eric Randa, DuPont Automotive Chassis Segment Manager
L’elastomero termoplastico
DuPont™ Hytrel® festeggia il
25° anniversario di utilizzo nelle
cuffie CVJ (constant-velocity
joint – giunti omocinetici), raggiungendo il traguardo di oltre
1 miliardo di cuffie in uso senza
alcun cedimento del materiale.
Le cuffie CVJ sono guarnizioni flessibili
che proteggono l’asse di rotazione del
veicolo da contaminazioni esterne, mantenendo i lubrificanti all’interno. L’accento è posto sul termine “costante”, in
quanto il componente garantisce una
percorrenza complessiva media di
150.000 miglia anche se sottoposto a
continue flessioni, scosse e cicli termici.
Alla fine degli anni ’70, quando i produttori di auto hanno iniziato a realizzare
veicoli a trazione anteriore per ridurre il
consumo di carburante, le cuffie erano
generalmente in gomma e offrivano
scarsa resistenza alla flessione e agli oli.
La successiva introduzione degli elastomeri termoplastici, quali Hytrel® di
DuPont, ha rappresentato un enorme
salto di qualità nelle prestazioni di questo componente: la durabilità si è infatti
più che raddoppiata. Pertanto le case
automobilistiche dovevano preoccuparsi
meno della vita utile di queste cuffie, i
consumatori non avevano più problemi di
manutenzione e sostituzione dei giunti, e
6
i tecnici potevano progettare cuffie più
piccole, compatte ed economiche.
La cuffia CVJ originale di General
Motors-Saginaw Steering, prodotta
dalla canadese ABC Group Inc., è nella
rosa dei candidati per il Society of Plastics Engineers Hall of Fame Award, che
ogni anno premia le applicazioni in uso
da più di 10 anni che abbiano fornito un
contributo significativo e duraturo
all’utilizzo delle tecnoplastiche nel settore automobilistico.
Oggi i veicoli sono dotati di 4 o più
cuffie CVJ, all’interno o all’esterno, che
proteggono i semiassi e la trasmissione
della trazione alle ruote posteriori; la
maggior parte di esse sono realizzate
in Hytrel® o altri elastomeri termoplastici. L’elastomero etilen-acrilico
DuPont™ Vamac® Ultra è sovente utilizzato per la protezione del giunto lato
motore, per la sua economicità, nonché
resistenza a un ampio range di temperature, ai grassi e alla perforazione.
DuPont vanta un portafoglio pro-
dotti Hytrel® che offre prestazioni elevate a costi contenuti e costituisce il
riferimento del settore per l’eccellente
combinazione di resistenza ai grassi,
durabilità alle temperature elevate,
flessibilità alle basse temperature e
collaudata efficacia. Rispetto alla
gomma, Hytrel® permette la realizzazione di un design e di un packaging
più compatto, migliorando notevolmente le prestazioni e la durata dei
componenti. Paragonato invece al copoliestere, Hytrel® offre una combinazione ottimale di flessibilità e rigidità,
evitando così costose riparazioni.
Con l’introduzione l’anno prossimo
di diversi nuovi tipi di Hytrel® a costi
inferiori e migliore processabilità, nonché il potenziamento dei tipi esistenti
in termini di maggiore resistenza alle
alte temperature, all’abrasione e alla
flessione, Hytrel® sembra proprio
destinato a offrire prestazioni superiori
per altri 25 anni e oltre.
www.automotive.dupont.com
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Nordic Walking: uno sport in
sintonia con la natura
La resina poliammidica DuPont™
Zytel® RS derivata da fonti rinnovabili è impiegata per la prima
volta in Europa per l’impugnatura, il puntale, il tappo e gli elementi di collegamento stampati a
iniezione del nuovo bastone da
Nordic Walking ‘Exel NW ECO Trainer’, della tedesca EXEL Sports
Brands (ESB) di Stephanskirchen. La resina poliammidica 610
non rinforzata viene prodotta dall’acido sebacico estratto dalle piante di
ricino da cui si ricava il celebre olio. Il
contenuto di questo ingrediente da
risorsa rinnovabile nello Zytel® RS non
rinforzato e’ pari al 58% in peso. Ciò si
è rivelato cruciale per la decisione del
produttore di attrezzature sportive non
solo di fabbricare i pezzi in Europa, ma
anche di lanciare la propria competenza nell’impiego di questo materiale.
“Tutti i componenti sono privi di
solventi e tossine. Pertanto siamo certi
di offrire ai nostri clienti prodotti ecocompatibili dalle eccezionali prestazioni e conformi agli standard di qualità europei”, dichiara Richard Holzner,
product manager di ESB per i bastoni
da walking Exel, a proposito delle
ragioni che hanno portato la società a
optare per Zytel® RS.
Oltre all’eccellente finitura, la
resina poliammidica 610 a catena
lunga offre elevata resistenza chimica,
basso assorbimento dell’umidità e resi-
stenza a temperature comprese tra 40 e 50 °C. I componenti sono stati
progettati e realizzati da Metall und
Plastikwaren Putz GmbH (MPP) di Abtenau in Austria. “La lavorabilità di Zytel®
RS non rinforzata è simile a quella della
poliammide 66”, spiega Georg Putz,
managing director di MPP. “Zytel® RS è
anche facile da colorare, e rispetto alla
poliammide 66 presenta un punto di
fusione inferiore di circa 40 °C e lievi
differenze nelle proprietà di ritiro”.
Prototipi di tasselli in Zytel® RS
Il Gruppo Fischer di Waldachtal, Germania, famoso in tutto il mondo per i
sistemi di fissaggio, ha recentemente
presentato una versione ‘bio’ del tassello universale UX a base di resina
poliammidica DuPont™ Zytel® RS
derivata da fonti rinnovabili. Inizialmente disponibile come prototipo,
tanto per sondare il mercato, il tassello
‘bio’ è stato presentato a un pubblico
più vasto alla fiera Fakuma di Friedrichshafen (Germania) in ottobre.
Il tassello UX a base di
materiali rinnovabili ha
una perfetta tenuta in
qualsiasi tipo di muro
Foto:
© fischerwerke,
Waldachtal
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Il tipo di Zytel® RS usato per il
nuovo tassello ha un contenuto di
materiale ricavato da fonti rinnovabili
pari al 58% del suo peso. “I nuovi tasselli UX, sottoposti a numerosi test e
prove di durata, hanno fornito gli stessi
risultati dei tasselli a base di poliammidi convenzionali”, afferma Rainer
Fischer, responsabile dello sviluppo
prodotti sintetici di Fischer. In tutti i
test, il tassello ‘bio’ ha ottenuto valori
di tenuta analoghi a quelli dei tradizionali tasselli UX dimostrando anche la
stessa resistenza alle alte temperature.
Il tassello universale UX di Fischer
a base di normale resina poliammidica, affidabile e sicuro, è sul mercato
ormai da anni. Ad ogni giro di vite, si
serra sempre di più, fino a espandersi
all’interno del foro, ancorarsi nelle
cavità o annodarsi dietro a un pannello. Vero e proprio tuttofare, questo
tassello offre una tenuta perfetta in
qualsiasi tipo di parete, dal cartongesso ai mattoni pieni, dal cemento ai
mattoni forati.
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Migliori prestazioni per le catene di
trasporto in materiali polimerici
Di Karsten Faust, DuPont Engineering Polymers, Germania
Le catene di trasporto in
materiali polimerici stanno
via sostituendo quelle in
metallo grazie alla maggiore
leggerezza e minore potenza
necessaria al loro funzionamento. Inoltre, se realizzate
con i corretti materiali, sono
molto più silenziose, non
necessitano di lubrificanti e
richiedono una ridotta
manutenzione. DuPont, Iwis
Antriebssysteme GmbH &
Co. KG (Monaco, Germania)
e l’Università Tecnica di
Chemnitz (Germania) collaborano al perfezionamento
del design e del materiale
per migliorarne ulteriormente
le prestazioni e ampliarne la
gamma di applicazioni.
Le catene in materiali polimerici ad
alta resistenza chimica offrono una
serie di importanti vantaggi rispetto a
quelle in metallo. Sono infatti più leggere del 40% permettendo quindi di
risparmiare sui consumi. Lo stampaggio a iniezione delle singole parti consente inoltre di integrare diverse funzioni in un unico processo produttivo,
riducendo così i costi di assemblaggio.
Un ulteriore vantaggio rispetto alle
catene in metallo è la riduzione della
rumorosità fino all’80%. Le catene di
trasporto in materiali polimerici
offrono enormi vantaggi in svariati settori industriali. Vengono impiegate ad
esempio nel settore alimentare, delle
bevande e del packaging, ove l’as-
8
Figura 1. Il nuovo elemento di trazione (destra) riduce la sollecitazione meccanica
rispetto a un elemento standard (sinistra)
senza di lubrificanti e la minore abrasione costituiscono dei plus importanti.
Requisiti complessi che esigono
soluzioni innovative
Le catene in polimeri attualmente in
uso presentano tuttavia limiti meccanici e tribologici riconducibili ai requisiti sempre più complessi cui sono soggette, quali forze di trazione, velocità e
temperature di esercizio più elevate, e
maggiori distanze tra gli assi. Fra i
limiti delle termoplastiche, rigidità e
resistenza insufficienti e possibile
deformazione (allungamento irreversibile nella direzione del carico) se esposte a carichi statici elevati e costanti.
Per poter impiegare le catene in
polimeri anche nelle applicazioni più
complesse, la collaborazione tra Iwis
Antriebssysteme, DuPont e la divisione di tecnologia di trasporto dell’Università di Chemnitz punta allo
sviluppo di catene in polimeri con
flessibilità tridimensionale, proprietà
meccaniche decisamente migliori e
caratteristiche di scorrimento analoghe o superiori.
Un approccio progettuale individuale
È stata quindi sviluppata congiuntamente ed è in attesa di brevetto una
catena con una nuova geometria nella
quale gli elementi di trazione si alternano nelle maglie interne ed esterne e
le piastre di trasporto sono costituite
da elementi separati. I denti degli elementi di trazione sono orientati in direzione del carico, mentre lo spessore
delle pareti è stato dimensionato in
modo da adattarsi all’effettiva forza
meccanica esercitata in loco, riducendo
così il consumo di materiale. Viene
mantenuto e rinforzato il giunto cardanico, formato da bullone e perno. La
forza di propulsione, esercitata su
entrambi i lati attraverso i bulloni, assicura una trasmissione uniforme della
potenza e consente il funzionamento
anche in senso inverso.
Le simulazioni di carico eseguite
mediante l’analisi a elementi finiti
mostrano che gli elementi di trazione
di nuova progettazione – a parità di
forza di trazione – riducono notevolmente la sollecitazione effettiva
rispetto a quelli delle catene a geometria standard (sezioni rosse e arancio
in Figura 1). Pertanto, le nuove catene
richiedono una minore quantità di
materiale per lo stesso carico nominale, o, con la stessa quantità di
materiale, trasmettono carichi di trazione più elevati. I test sui prototipi
stampati a iniezione ne hanno confermato la funzionalità e la migliore resistenza e rigidità.
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Test di trazione statica, catena di trasporto, 3 maglie (L=100,5 mm)
9.000
polimeri rinforzati
in vetro a
fibre lunghe
8.000
7.000
resistenza
Risultati incoraggianti con compound a
fibre lunghe
Per quanto riguarda il materiale, esistono
due obiettivi paralleli da raggiungere:
aumentare la capacità di carico e ottimizzare le proprietà tribologiche. Per aumentare la capacità di carico, si utilizzano
polimeri rinforzati con fibre, che conferiscono maggiore resistenza e rigidità al
prodotto. Per migliorare le proprietà di
scorrimento, invece, si fa ricorso a modificanti, fra cui additivi come il PTFE (ad es.
DuPont™ Teflon®) o il silicone, che riducono il coefficiente di attrito tra la catena
e la rotaia della guida.
La vera sfida è migliorare tutte le
proprietà contemporaneamente. Nella
prima fase della ricerca, sono state
stampate a iniezione con il medesimo
stampo le maglie di catene standard in
poliossimetilene (POM, Delrin® 511P),
polibutilene tereftalato (PBT, Crastin®
600LF (basso attrito)) e in una poliam-
Forza di trazione (N)
6.000
5.000
stato attuale
4.000
3.000
rigidità
1.000
0
0
2
4
6
deformazione (%)
simulata la forza di trazione pulsante
che agisce sulla catena durante il suo
movimento continuo. I risultati confermano che i vantaggi del materiale rinforzato con fibre lunghe vengono essenzialmente mantenuti anche sotto carichi
dinamici. Con tali polimeri, è possibile
dunque aumentare significativamente il
carico consentito o estendere notevolmente la vita utile delle catene di trasporto rispetto a quelle a base di polimeri standard attualmente in uso.
bullone – perno
elemento di trazione – perno
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8
10
12
Figura 2. Con termoplastiche ottimizzate per migliorare la capacità di carico degli
elementi di trazione (risultati delle prove iniziali senza ottimizzazione del processo)
elemento di trazione della catena –
elemento di trazione della catena
mide semiaromatica rinforzata con
fibre di vetro lunghe (Zytel® HTN LG50
HSL). I risultati dei test di trazione
hanno mostrato un evidente aumento
della capacità di carico (Figura 2).
Un fattore rilevante per il dimensionamento e l’affidabilità dei sistemi di
trasporto è il comportamento del materiale soggetto a sollecitazione variabile
(pulsante) di lunga durata. Per misurare
la resistenza alla deformazione, viene
POM (Standard)
PBT (Standard)
PPA-LGF50
2.000
Figura 3.
Punti critici nel design
della nuova catena da
un punto di vista
tribologico
Un buon comportamento tribologico
Presso l’Università di Chemnitz sono al
momento in atto test completi volti a
ottimizzare il sistema tribologico formato dalla catena e dalla rotaia di
guida. In questo caso, le aree più critiche sono i punti di contatto tra gli elementi di trazione stessi, tra l’elemento
di trazione e il perno, e tra l’elemento
di trazione e il bullone (Figura 3). In collaborazione con i tecnici di DuPont,
l’Università di Chemnitz sta testando
altri polimeri (oltre ai già citati polimeri
rinforzati con fibre lunghe) con diversi
agenti e additivi di rinforzo. L’obiettivo
di questa collaborazione è individuare
la migliore combinazione di polimeri,
agenti di rinforzo e additivi per ottimizzare, in particolare, le proprietà di scorrimento e la capacità di carico delle
catene di trasporto.
I polimeri rinforzati con fibre lunghe
continueranno a dare ottimi risultati per
due motivi: primo, il numero di fibre
potenzialmente abrasive è assai inferiore rispetto a quello delle fibre corte a
parità di peso; secondo, le fibre di vetro
lunghe tendono ad allinearsi parallelamente alla superficie in fase di lavorazione molto di più delle fibre corte. L’allineamento parallelo alla superficie
delle fibre lunghe contribuisce a ridurre
significativamente il numero di fibre
sporgenti.
Realizzazione pratica: solo una
questione di tempo
I risultati delle prove finora ottenuti
confermano che le migliorie al design e
al materiale possono aumentare notevolmente la resistenza e la rigidità delle
catene di trasporto in materiali polimerici. Una volta concluso l’attuale processo di ottimizzazione dello stampo
per la nuova geometria della catena, i
vantaggi dei polimeri rinforzati con
fibre di vetro lunghe saranno ancora
più evidenti.
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I polimeri di DuPont
accrescono la mobilità
Di Ian Wands, DuPont Engineering Polymers, Regno Unito
Vincitrice nel 2008 del
prestigioso premio britannico Independent Living
Design Awards, NuDrive è
la prima leva di comando
compatta e leggera per
sedie a rotelle manuali
disponibile in commercio.
Quasi l’80% delle materie
plastiche usate per la leva
sono prodotte da DuPont.
NuDrive, prodotta dalla britannica Pure
Global Ltd., è un'innovativa leva di
comando ideata per ridurre del 40% la
forza propulsiva necessaria per far muovere le sedie a rotelle manuali. Invece di
impugnare le ruote con le mani, gli utenti
possono semplicemente far forza sulle
leve per andare avanti, indietro, girare o
frenare. Il dispositivo, che si inserisce in
pochi secondi su pressoché ogni tipo di
sedia a rotelle con ruote a raggi da 24
pollici, migliora in modo significativo la
capacità di percorrere strade in salita o
terreni accidentati, grazie al deciso
aumento della coppia disponibile.
Sebbene il concetto di per sé fosse
semplice, l'effettivo funzionamento del
meccanismo ha posto delle difficoltà
superate brillantemente da London Associates (www.LA-design.co.uk), società di
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consulenza progettuale di Berkhamsted,
in Gran Bretagna, che vanta una lunga
esperienza nel settore dei prodotti medicali e tecnologici. Fondamentale per il
successo di questo progetto di LA è stata
la scelta del materiale, basata su criteri
tecnici quali l’elevato carico strutturale, il
peso ridotto, l’ergonomia e i costi. “In una
certa misura, abbiamo dovuto ritornare ai
principi base, selezionando i materiali in
funzione della nostra esperienza sulla
portata del carico e sull’analisi dei componenti; siamo poi passati alla prototipazione e al perfezionamento del materiale
selezionato insieme al fornitore dei polimeri. Naturalmente abbiamo anche
dovuto superare i normali test di conformità per le sedie a rotelle”, dichiara
Andrew Malloy, tecnico di LA.
Sebbene le leve strutturali e gli adattatori siano per lo più in alluminio, si è
fatto grande ricorso ai polimeri – forniti
all’80% da DuPont – per i componenti
interni e l’impugnatura del comando. Per
diversi pezzi del dispositivo quali camme,
pignoni e attacchi sono state scelte la
resina poliammidica rinforzata vetro
DuPont™ Zytel® e la resina acetalica
DuPont™ Delrin®, mentre per le parti
stampate in due fasi, come il raccordo
dell'adattatore a contatto con il cerchione
della ruota si è optato per l’elastomero termoplastico DuPont™ Hytrel®. In quest’area,
è stato usato come componente base il
compound PC/ABS per la sua rigidità, e
Hytrel® per le sue proprietà di resistenza
e di ammortizzazione con adesione
diretta alla parte rigida interna.
“In seguito a una analisi dei costi, si
è passati dall’alluminio a Zytel® rinforzato
vetro per l’attacco dell’adattatore, scelta
che ha posto un’interessante sfida progettuale”, ricorda Malloy. “Una volta fuso,
il componente in alluminio deve infatti
essere ulteriormente lavorato, mentre con
lo stampaggio a iniezione il pezzo non
necessita di ulteriori operazioni e risulta
molto più leggero ed economico”. Oltre
alle elevate prestazioni dei tecnopolimeri,
l’assistenza tecnica di DuPont a livello sia
locale che globale si è rivelata determinante per il successo del progetto. “La
prontezza di risposta di DuPont ci ha
subito convinto”, conclude Malloy.
NuDrive è disponibile direttamente
presso Pure Global all’indirizzo www.nudrive.com o attraverso una rete di rivenditori accreditati nel Regno Unito. Il prodotto è attualmente distribuito anche in
Australia, Estonia, Francia e Sud Africa.
Contattare
Pure Global Ltd,
3-5 Rickmansworth Road,
Watford, Hertfordshire,
WD18 0GX, Regno Unito
Tel. +44 8450 542930
[email protected]
www.nu-drive.com
Engineering Design 2009-02
Delrin® per una
ventata di aria fresca
Di Elisenda Falco, DuPont Engineering Polymers, Spagna
Il nuovo Ambi Pur
Renov’Air, della Sara Lee
Household and Bodycare,
è il primo deodorante per
ambienti automatico a
due fasi alternate
ciclicamente per il rinnovo costante dell’aria.
Il meccanismo interno,
i cui componenti sono
stampati in resina
acetalica DuPont™
Delrin®, regola la diffusione della fragranza.
Ambi Pur Renov’Air rinnova l’aria in due
fasi: la prima neutralizza i cattivi
odori presenti nell’ambiente, la
seconda rilascia aria pulita con
una fragranza fresca e
naturale. La frequenza e
l’intensità di diffusione
sono regolate da un
timer a batteria e da
un meccanismo costituito da un pignone, due
ingranaggi cilindrici e un
martelletto tutti stampati in Delrin®
500 P, resina acetalica omopolimero a
media viscosità prodotta da DuPont.
Anche l’alloggiamento intermedio del
deodorante per ambienti è realizzato
nello stesso materiale.
Gli ingranaggi in Delrin®, stampati
con strette tolleranze, si muovono in
modo fluido e silenzioso assicurando pre-
cise
frequenze
e intensità di
diffusione. Grazie alla naturale
lubricità di Delrin® –
che riduce al minimo
l’attrito e i cigolii del meccanismo – e alla sua stabilità
termica, resistenza all’umidità e
al calore, il dispositivo offre un funzionamento affidabile e di lunga durata,
anche in ambienti caldi e umidi. Il livello
di rumorosità è stato ulteriormente
ridotto al di sotto dei 40 decibel tramite
uno speciale design che consente il movimento costante degli ingranaggi, riducendo così le variazioni di velocità e di
coppia che generano vibrazioni e rumore.
“La chiave del successo di questo
prodotto è il suo funzionamento preciso
e affidabile e la possibilità di regolare la
frequenza di diffusione della fragranza”, afferma Cédric Morhain, Material Science Center Supervisor di Zobele
España, la società incaricata della progettazione e dello stampaggio dei componenti in collaborazione con Sara Lee.
“Per gli ingranaggi, prima abbiamo
selezionato le resine acetaliche come
polimeri di riferimento, e quindi Delrin®
quale materiale ottimale”.
Contattare
Zobele España, S.A.,
Argenters 8, Edif. 3. Parc
Tecnològic del Vallès,
08290 Cerdanyola del Vallès,
Barcellona, Spagna.
Tel. +34 93 5942400
[email protected]
www.zobele.com
Engineering Design 2009-02
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EUROPE/MIDDLE
EAST/AFRICA
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B-2800 Mechelen
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D-63263 Neu-Isenburg
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