Sostituzione del Metallo - LATI Industria Termoplastici SpA

SOSTITUZIONE DEL METALLO
COMPOUND STRUTTURALI
SOSTITUZIONE DEL METALLO
MATERIALI E STRUTTURE
L’impiego dei metalli nel campo degli
elementi strutturali accompagna da
sempre lo sviluppo tecnologico dell’uomo.
La resistenza, la rigidità e la durezza di
questi materiali e delle loro leghe ha
infatti reso possibile la realizzazione
di manufatti in grado di sopportare
carichi e sollecitazioni gravose, come
per esempio è richiesto all’interno
di edifici, veicoli e macchinari.
Le esigenze sempre più estreme che
caratterizzano la moderna attività di
progettazione attira oggi l’attenzione
dei tecnici anche su materiali sintetici
realizzati partendo dai polimeri
termoplastici o termoindurenti.
Compound e compositi vengono
attualmente adottati con successo in
operazioni di sostituzione di quelle parti in
cui le prestazioni meccaniche necessarie
non sono seconde a quelle dei metalli.
I polimeri offrono tuttavia ulteriori vantaggi:
peso ridotto grazie alle densità
inferiori, resistenza chimica, facilità di
trasformazione e gestione degli scarti,
possibilità di realizzare forme complicate
senza lavorazioni e assemblaggi costosi.
In un’ottica di contenimento costi, questi
vantaggi si traducono immediatamente
in riduzione delle voci di spesa, in
tempistiche sempre più rapide di
sviluppo ed introduzione sul mercato
delle nuove idee, in maggior rispetto
delle risorse e dell’ambiente.
LATI, azienda leader nel settore dei
compound tecnici, mette a disposizione
oggi una gamma ampia e completa di
compound dedicati alla sostituzione
del metallo formulati sulla base delle
più disparate matrici termoplastiche,
dal polipropilene al polietereterchetone
passando per le tradizionali poliammidi
e senza trascurare matrici ad alte
prestazioni come polifenilensolfuro
e poliammidi aromatiche.
Con i suoi compound LATI mette a
disposizione dei Clienti anche servizi
di supporto avanzati: assistenza
tecnica alla trasformazione e alla
progettazione, ricerca e sviluppo,
formulazione su misura.
Tutto consolidato dai molti decenni di
esperienza che solo un protagonista
nella storia dei compound può offrire.
1
SOSTITUZIONE DEL METALLO
SUPPORTO E SERVIZIO
L’introduzione di tecnopolimeri strutturali in
progetti di sostituzione del metallo richiede
prudenza ed esperienza.
Soluzioni troppo precipitose o inadeguate possono
portare a manufatti sotto o sovradimensionati,
con danni e perdita di tempo e denaro in entrambi
i casi. Esitare davanti alla possibilità d’introdurre
compound nel proprio progetto, per timore o per
mancanza di conoscenza, può generare perdite
altrettanto consistenti.
LATI è consapevole di queste difficoltà e per questa
ragione mette a disposizione dei suoi Clienti una
serie di risorse dedicate proprio ad agevolare il
delicato ingresso nel mondo dei compound tecnici.
Servizio co-design: offre supporto alla
progettazione mediante calcolo strutturale e
fluidodinamico agli elementi finiti.
L’esito delle simulazioni fornisce una prima
indicazione di fattibilità o una risposta a problemi
concreti di resistenza, aspettativa di vita,
deformazione, riempimento.
Importante sottolineare che il servizio di codesign
LATI prende in considerazione anche aspetti
peculiari dei polimeri spesso trascurati in fase di
progettazione da chi non è completamente inserito
nel tema:
•
•
•
•
•
Sicuramente difficile è altresì ottenere il massimo
dal materiale che si è adottato.
Per conseguire questo scopo LATI mette a
disposizione tecnici di stampaggio con esperienza
trentennale nel campo dell’iniezione, delle presse e
degli stampi.
Servizio di ricerca e sviluppo: offrire una
risposta che sia tagliata su misura sulle esigenze
del Cliente è una missione per LATI.
Ogni compound speciale può infatti essere
riformulato ed ottimizzato fino a fornire la risposta
più accurata ad ogni esigenza del progetto in
essere, anche discostandosi sensibilmente dai
materiali di catalogo.
Per poter riuscire in tutto ciò LATI dispone di un
centro R&D avanzato, sempre attento alla domanda
e all’offerta del mercato, già più volte capace di
proposte e soluzioni rivelatesi poi pionieristiche
anche a livello mondiale.
non linearità della relazione fra sforzo e
deformazione;
effetto della temperatura;
effetto delle condizioni ambientali;
creep e fatica;
presenza di inserti e post-lavorazioni.
Trascurare anche solo uno di questi fattori può
portare a conclusioni errate e conseguenti problemi
pratici.
Le simulazioni vengono eseguite da tecnici attivi nel
settore da quasi 20 anni, operando direttamente
sulle geometrie fornite dal Cliente e utilizzando
caratterizzazioni meccaniche e reologiche ottenute
rispettando le condizioni d’impiego.
Servizio di assistenza allo stampaggio:
trasformare un compound molto rinforzato e
sofisticato può non essere semplice.
I valori riportati sono basati su prove eseguite su campioni di laboratorio stampati a iniezione, condizionati
secondo norma, e rappresentano dati che rientrano all’interno degli intervalli caratteristici delle proprietà dei
materiali non colorati, se non diversamente indicato. Poiché essi sono suscettibili di variazioni, questi valori
non rappresentano una base sufficiente per progettare qualsiasi tipologia di manufatti e non sono da utilizzarsi
per stabilire qualsivoglia valore di specifica. Le proprietà dei manufatti stampati possono essere influenzate da
un grande numero di fattori come ad esempio, ma non limitatamente a, presenza di coloranti, tipo di progetto,
condizioni di trasformazione, post-trattamento, condizioni ambientali ed impiego di materiale rimacinato in fase
di stampaggio. Qualora i dati siano esplicitamente indicati come provvisori, gli intervalli delle proprietà sono da
considerarsi più ampi. Queste informazioni e l’assistenza tecnica sono fornite al solo scopo informativo e sono
soggette a cambiamento senza preavviso. Il cliente deve sempre assicurarsi di disporre della versione più
aggiornata delle indicazioni tecniche. Lati S.p.A. non offre alcuna garanzia riguardo alla accuratezza, idoneità,
affidabilità, completezza ed adeguatezza delle informazioni date e non si assume alcuna responsabilità
riguardo alle conseguenze del loro uso o di errori di stampa. Lati S.p.A. non fornisce alcuna assicurazione
sull’idoneità all’immissione sul mercato di qualsiasi uso si faccia del prodotto. É esclusiva responsabilità del
cliente verificare e testare i nostri prodotti al fine di determinare oltre ogni ragionevole dubbio se sono adatti
agli usi e applicazioni che intende farne, eventualmente anche in combinazione con materiali di parti terze.
Questa analisi in funzione delle applicazioni deve perlomeno includere prove preliminari atte a determinare
l’idoneità per la particolare applicazione del cliente da un punto di vista tecnico nonché della salute, della
sicurezza e ambientale. Ne consegue che tali verifiche potrebbero non essere state necessariamente
condotte da noi in quanto le modalità e gli scopi di utilizzo sono al di fuori del nostro controllo. Lati S.p.A.
non accetta e declina ogni responsabilità derivante da qualsiasi danno comunque cagionato dall’uso delle
informazioni fornite o dall’aver fatto affidamento alle stesse. Nessuno è autorizzato a rilasciare qualsivoglia
garanzia, indennità o assumere qualsiasi responsabilità a nome di Lati S.p.A. tranne che per mezzo di un
documento scritto firmato per esteso da un legale rappresentante appositamente autorizzato. Salvo diversi
accordi scritti, il massimo risarcimento per qualsiasi reclamo è la sostituzione del quantitativo di prodotto non
conforme o la restituzione del prezzo d’acquisto a discrezione di Lati S.p.A. ma in nessun caso Lati S.p.A.
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contenuta può essere considerata come un suggerimento all’uso di qualsiasi prodotto in conflitto con diritti di
proprietà intellettuale. Lati S.p.A. declina ogni responsabilità derivante da infrazioni brevettuali o presunte tali.
Salvo specificatamente dichiarato per iscritto, i prodotti citati in questo documento non sono idonei al contatto
con alimenti o al trasporto di acqua potabile né tanto meno idonei in applicazioni nei settori farmaceutico,
medicale o dentale. Per qualsiasi altro aspetto si applicano le Condizioni di Vendita di Lati S.p.A. Copyright ©
LATI S.p.A. 2014. LATI non garantisce che i dati contenuti in questa lista sono attuali, completi e privi di errori.
Per verificare i valori si raccomanda vivamente agli utenti di contattare l’Assistenza Tecnica Clienti o la rete
commerciale LATI. LATI Industria Termoplastici S.p.A. declina ogni responsabilità insorgente dall’uso delle
informazioni descritte in questo documento.
2
SOSTITUZIONE DEL METALLO
COME SCEGLIERE?
La selezione del compound più adatto alle esigenze
del progetto è il primo mattone su cui si costruisce
l’approccio vincente a un’idea.
L’accurata progettazione e lo studio dei costi
completano l’iter di uno sviluppo che basa
rigorosamente le sue fondamenta proprio sulla
scelta del materiale corretto.
Per sapersi orientare nell’innumerevole offerta
del mercato e portare a termine con successo un
progetto è necessario rispondere ad una serie di
domande.
1. Che prestazioni meccaniche sono
necessarie? La presenza esclusiva di carichi
statici richiede soluzioni diverse da quei
casi in cui sono invece da prevedere anche
sollecitazioni impulsive, es. impatti e vibrazioni.
rimediare ad una scelta sbagliata possono essere
davvero consistenti, specialmente se si è costretti
ad intervenire sullo stampo, a modificare la catena
produttiva o, peggio, a ritirare i prodotti finiti dal
mercato.
La presente guida desidera essere uno strumento
per aiutare a trovare proprio una risposta a queste
domande.
I compound strutturali LATI vengono qui introdotti
fornendo una panoramica parziale di quanto oggi è
disponibile.
Tuttavia saper identificare vantaggi e svantaggi
dei principali prodotti è lo strumento principale
per sapersi orientare in un mercato molto (spesso
troppo) ricco di offerte.
2. In che ambiente lavorerà il manufatto? Fattori
come l’attacco chimico, l’esposizione ai raggi
solari e alle intemperie o l’umidità atmosferica
giocano un importante ruolo nella resistenza
dei polimeri.
3. Che temperature sono in gioco? Il calore
provoca notevoli variazioni nelle prestazioni
meccaniche dei polimeri, una valutazione delle
temperature massime e minime previste dal
progetto è fondamentale.
4. Che aspettativa di vita viene richiesta? I
compound sono soggetti a fenomeni fisici
di invecchiamento, creep e rilassamento
che modificano anche drasticamente il
comportamento meccanico del materiale nel
tempo. Non tenerne conto può essere un errore
grave.
5. Che fattore di sicurezza si deve adottare?
Metalli e polimeri hanno caratteristiche molto
differenti e ciò impone cautela e prudenza in
fase di progettazione.
6. Che altre caratteristiche sono necessarie al
mio prodotto? Spesso un compound strutturale
deve assolvere anche ad altri compiti, es.
essere autoestinguente, compatibile al contatto
con alimenti, autolubrificante, semiconduttivo…
Far combaciare tutte le esigenze può non
essere una soluzione banale.
CARICO A ROTTURA
LARPEEK 50 K/30
LARPEEK 10 G/40
LARAMID G/60
LARTON K/30
LARTON G/40
LATER 4 G/50
LATIGLOSS 57 G/60
LATIGLOSS 66 H2 K/30
LATIGLOSS 66 H2 G/60
LATIGLOSS 66 H2 G/50
LATAMID 6 H2 G/65
LATAMID 66 H2 K/30
LATAMID 66 H2 G/50
LATAMID 66 H2 G/30
0
50
100
150
200
250
300
E [MPa]
Per ultima, anche se quasi sempre non è così,
andrebbe posta la questione:
MODULO ELASTICO
LARPEEK 50 K/30
7. Quanto si può spendere?
LARPEEK 10 G/40
LARAMID G/60
Un’idea vincente è veicolata al mercato anche da
un prezzo adeguato e competitivo.
LARTON K/30
LARTON G/40
LATER 4 G/50
LATIGLOSS 57 G/60
LATIGLOSS 66 H2 K/30
Questo fattore finisce spesso per far trascurare o
sottovalutare aspetti legati alle reali prestazioni del
manufatto.
LATIGLOSS 66 H2 G/60
LATIGLOSS 66 H2 G/50
LATAMID 6 H2 G/65
LATAMID 66 H2 K/30
LATAMID 66 H2 G/50
Operare senza problemi con i polimeri richiede la
consapevolezza che i costi da sostenere per
3
LATAMID 66 H2 G/30
0
5000
10000
15000
E [MPa]
20000
25000
SOSTITUZIONE DEL METALLO
LATAMID: PA6 E 66
LATAMID 66 H2 K/30
Fra le resine termoplastiche più popolari, le
poliammidi 6 e 66 si prestano alla realizzazione di
compound strutturali dotati di eccezionale rapporto
prezzo/prestazioni.
23°C
200
60°C
Sforzo [MPa]
I vantaggi delle poliammidi tradizionali sono
molteplici e vengono accompagnati da una spiccata
facilità di trasformazione, processo che non
richiede né particolari attrezzature né accorgimenti
o esperienze specifiche.
É possibile inoltre realizzare le formulazioni
più sofisticate in modo da fornire simultanea
soddisfazione ai requisiti di progetto più disparati:
dall’autolubrificazione all’autoestinguenza,
dall’antistaticità all’alta estetica.
Curve sforzo-deformazione in temperatura
250
150
90°C
120°C
100
150°C
50
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Deformazione [%]
Fig. 2 LATAMID 66 H2 K/30: curve sforzo-deformazione
in temperatura.
Caratterizzati da una buona resistenza,
soprattutto agli aggressivi organici, possono essere
impiegati in applicazioni a diretto contatto con
idrocarburi, solventi e oli.
Con le debite precauzioni sono anche adottabili
in presenza di acqua o soluzioni acquose in
temperatura, come es. nei circuiti di riscaldamento/
raffreddamento.
LATAMID 66 H2 G/50
Curve sforzo-deformazione in temperatura
250.00
23°C
60°C
Sforzo [MPa]
É nel campo strutturale che però si riescono ad
ottenere i risultati più entusiasmanti, ricorrendo
ai gradi rinforzati con fibra di vetro fino al 60% o
carbonio fino al 50%.
I dati meccanici confermano come i compound su
base PA possano superare i 2000 kg/cm2 di carico a
rottura, con moduli elastici variabili fra i 15000 ed i
28000 MPa.
200.00
150.00
120°C
100.00
0.00
0.00
Curve sforzo-deformazione in temperatura
250
23°C
2.00
3.00
4.00
5.00
7.00
6.00
Fig. 3 LATAMID 66 H2 G/50: nonostante la temperatura,
la rigidezza del materiale è sempre interessante.
LATAMID 66 H2 G/50
Resistenza a fatica
100.0
90.0
80.0
10 Hz -­‐ Trazione Compressione 70.0
60.0
50.0
30 Hz - flessione
40.0
30.0
200
Sforzo [MPa]
1.00
Deformazione [%]
Sforzo [MPa]
LATAMID 6 H2 G/65
150°C
50.00
Anche la resistenza in temperatura è ottima,
con possibilità di uso in continuo anche sopra i
120°C.
Interessanti prestazioni a creep e fatica completano
un quadro di caratteristiche estremamente
interessanti per il progettista.
Primo gradino nel metal replacement
propriamente detto, i compound su base PA66
e PA6 rappresentano un’alternativa ai materiali
metallici tradizionali di basso profilo, come la zama
o le leghe d’alluminio da pressofusione, dei quali
raggiungono le prestazioni meccaniche ma con pesi
specifici decisamente inferiori.
90°C
20.0
10.0
60°C
150
0.0
1.E+04
90°C
1.E+05
1.E+06
1.E+07
Numero di cicli
120°C
150°C
100
Fig. 4 LATAMID 66 H2 G/50: resistenza a fatica.
50
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Deformazione [%]
Fig. 1 LATAMID 6 H2 G/65: curve sforzo-deformazione in
temperatura.
4
SOSTITUZIONE DEL METALLO
I limiti di questi compound sono legati quasi
esclusivamente alle loro prestazioni in temperatura:
superati i 130°C devono cedere il passo a polimeri
più performanti e costosi.
STABILITÀ DIMENSIONALE
3.5
PA 66
2
1.5
PA 6/12
1
0
PA 11
PA 12
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Umidità relativa [%]
Fig. 5 Nelle poliammidi le variazioni dimensionali dovute
all’assorbimento dell’umidità ambientale sono tanto
minori quanto più basso è il contenuto di acqua
assorbita.
STABILITÀ DIMENSIONALE
LATAMID 66 H3 G/30
1.4
1.2
Variazione dimensionale [%]
Fra i compound strutturali che riscuotono maggior
consenso si trovano le PA rinforzate al 30, 50 e
60% con fibra di vetro, forti non solo delle loro
caratteristiche ma anche di una grande flessibilità
d’impiego e di un prezzo molto interessante.
2.5
0.5
Inoltre costituisce spesso un limite anche la
tendenza ad assorbire umidità della resina
di base, peculiarità che, se da una parte rende i
compound più tenaci, dall’altra porta a perdite di
modulo elastico e a variazione delle dimensioni.
Impossibile identificare un numero di campi
applicativi limitato: gli impieghi strutturali
dei compound su base PA6 e 66 attraversa
orizzontalmente praticamente tutti i settori
industriali escludendo, in sostanza, solo quelli
in cui è prevista temperatura molto elevata ed
esposizione prolungata all’acqua calda o ad acidi/
alcali forti.
PA 6
3
Variazione dimensionale [%]
Inoltre, a differenza dei metalli indicati, la
trasformazione delle PA richiede molta meno
energia e permette di arrivare al manufatto
completo senza ulteriori passaggi di pulitura,
rimozione di bave e sfridi ecc. garantendo quindi
sensibili risparmi in termini di tempo, denaro e
risorse.
1
0.8
Trasversalmente alle fibre
0.6
In direzione delle fibre
0.4
0.2
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Umidità relativa [%]
Fig. 6 LATAMID 66 H2 G/30: l’umidità ambientale provoca una
variazione nelle dimensioni del manufatto tanto minore
quanto più elevato è il contenuto di fibre di rinforzo.
Fig. 7 Applicazioni realizzate come alternativa ai materiali metallici tradizionali di basso profilo.
5
SOSTITUZIONE DEL METALLO
LATIGLOSS: STRUTTURA ED ESTETICA
Sostituire completamente il metallo significa
doverne spesso imitare anche l’aspetto estetico:
lucido, uniforme, privo di difetti.
LATIGLOSS 57 G/50
Curve sforzo-deformazione in temperatura
300
250
Difficile conseguire questo scopo ricorrendo a
compound strutturali tradizionali, tipicamente
afflitti da un mediocre aspetto superficiale –
soprattutto sui grossi spessori – generato dal
naturale affioramento delle fibre di rinforzo.
23°C
Sforzo [MPa]
60°C
200
90°C
150
120°C
100
Per offrire una soluzione a questo problema, e
mettere a disposizione un gruppo di compound
strutturali ad alta resa estetica, LATI ha realizzato i
compound della famiglia LATIGLOSS.
150°C
50
0
0
1
2
3
4
5
6
Deformazione [%]
Fig. 8 LATIGLOSS 57 G/50: curve sforzo-deformazione in
temperatura.
Formulati su base PA6, 66 o PPA, i LATIGLOSS sono
prodotti in cui un elevato contenuto di fibre di
vetro o carbonio selezionate viene disperso in una
matrice appositamente realizzata.
LATIGLOSS 57
Effetto dell'assorbimento di umidità
350
Il risultato è un compound prettamente strutturale
che va a costituire superfici sostanzialmente prive
di difetti, lisce ed omogenee.
Sforzo [MPa]
L’aspetto del manufatto appare subito convincente
senza bisogno di ulteriori verniciature o finiture
speciali dello stampo (goffrature, elettroerosioni
ecc.).
300
200
150
LATIGLOSS 57 G/60
LATIGLOSS 57 G/60-Sat
100
LATIGLOSS 57 G/50
LATIGLOSS 57 G/50-Sat
Inoltre i LATIGLOSS possono essere sottoposti a
trattamenti di metallizzazione senza il timore
di ottenere superfici scadenti in cui la lucentezza
risulti compromessa dai difetti del substrato.
50
LATIGLOSS 57 G/40
LATIGLOSS 57 G/40-Sat
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Deformazione [%]
Fig. 9 Effetto dell’assorbimento di umidità per i
LATIGLOSS 57: trazioni su materiale saturo e
condizionato secondo (ISO 527).
Pur essendo delle poliammidi rinforzate, i
LATIGLOSS sono caratterizzati anche da una serie
di ulteriori vantaggi legati proprio alla formulazione
e alla qualità della superficie:
LATIGLOSS 66 H2 G/50
Curve sforzo-deformazione in temperatura
250.00
autolubrificazione;
migliore resistenza alla fatica;
stabilità dimensionale più elevata rispetto
all’analogo grado con formulazione standard.
23°C
200.00
60°C
Sforzo [MPa]
•
•
•
250
150.00
90°C
100.00
120°C 150°C 50.00
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Deformazione [%]
Fig. 10 LATIGLOSS 66 H2 G/50 : curve sforzodeformazione in temperatura.
MATERIALE
DENSITÁ g/cc
CARICO A ROTTURA [MPa]
LATIGLOSS 66 H2 G/50
1,57
220
LATIGLOSS 57 G/60
1,78
280
ZAMAK 3
6,7
208
DURALLUMINIO
2,7
400
ACCIAIO C40
7,8
650
Fig. 11 Sostituzione del metallo: a confronto densità e prestazioni meccaniche per metalli e compound strutturali.
6
SOSTITUZIONE DEL METALLO
I gradi LATIGLOSS sono stati messi a punto ed
introdotti sul mercato per offrire un’opportunità
concreta di sostituzione tanto del metallo quanto di
quei compound strutturali più costosi e performanti
(es. PAA, PA6T ecc.) sovente adottati in virtù
proprio della qualità estetica piuttosto che per le
loro elevate prestazioni termiche.
Si suggerisce pertanto di considerare il
compound LATIGLOSS laddove si sia già deciso
di impiegare una PA66 ma si desidera un’estetica
migliore, oppure dove sia in uso una poliammide
semiaromatica e non se ne sfruttino le superiori
prestazioni termiche e chimiche.
La proposta LATIGLOSS si completa con l’offerta
di gradi idonei al contatto con acqua potabile
dedicati es. alle applicazioni in campo sanitario e
alimentare.
Fig. 13 Il LATIGLOSS ha sostituito completamente la zama
in questa cerniera per pensili high end (cortesia
Effegibrevetti).
Fig. 14 Sostituzione dell’alluminio mediante LATIGLOSS
66 H2 G/50, stampato su geometrie con elevati
spessori e successivamente cromato.
Fig. 12 Pompa effetto Venturi realizzata in LATIGLOSS
66 H2 G/50 F2, (PA66, 50% fibra vetro ad aspetto
estetico migliorato).
MATERIALI
NSF Std. 51
NSF Std.61
ACS
WRAS
W270
KTW
þ
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 66 H2 G/50 NERO:3352F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 66 H2 G/50 BLU:7393F2
-
-
-
þ
-
-
LATIGLOSS 57 G/60 NERO:3302F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 57 G/60 NAT.:0138F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 57 G/50 NERO:3302F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 57 G/50 NAT.:0138F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 57 G/40 NERO:3302F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 57 G/40 NAT.:0138F2
-
þ
þ
þ
þ
þ
LATIGLOSS 66 H2 G/50 NAT.:0003F2
* Normative internazionali che testano e quantificano l’attività batterica e l’azione dei microrganismi sulle superfici.
7
SOSTITUZIONE DEL METALLO
LARTON: PPS
È infatti relativamente fragile; il suo scarso
allungamento a rottura non lo rende adatto
a sopportare deformazioni imposte anche
apparentemente contenute – come nel caso di
clip, inserimenti forzati, calettamento con piccole
interferenze ecc.
Il polifenilensolfuro è una resina adatta alla
realizzazione di compound strutturali che, oltre
a fornire eccellenti prestazioni meccaniche,
permettono anche l’impiego dei manufatti a
temperature elevate nell’ordine dei 200°C.
La natura chimica e la struttura molecolare del
PPS rendono infatti il materiale particolarmente
resistente tanto all’azione della temperatura
quanto agli effetti tipicamente correlabili, in
particolare il creep.
Inoltre il PPS è difficilmente lavorabile all’utensile
quindi mal si presta a postlavorazioni di qualunque
genere, riprese, fissaggio con autofilettanti e
autoformanti.
Esigue anche le prestazioni elettriche del materiale,
con una resistenza alle correnti striscianti di
soli 125V.
Il PPS offre una straordinaria resistenza
chimica che lo rende tranquillamente impiegabile
in ambienti aggressivi in cui si verifichi esposizione
– anche continua – ad oli, solventi anche clorurati,
idrocarburi ma anche moltissimi acidi ed alcali
inorganici.
Nell’ambito della sostituzione del metallo il PPS,
es. nelle sue versioni rinforzate al 40% con fibra di
vetro o 30% fibra di carbonio, è quindi consigliato
per realizzare parti:
Totalmente anigroscopico, il PPS non assorbe
umidità ambientale e quindi, a differenza es.
delle poliammidi, non è soggetto a variazioni
dimensionali o prestazionali a seconda delle
condizioni climatiche.
•
•
molto rigide, dimensionalmente stabili e
conformi alle tolleranze di progetto;
da impiegare in presenza di ambiente chimico
ostile;
destinate a sopportare temperature elevate,
fino a 200°C;
cui venga richiesta affidabilità nel tempo e
quindi resistenti a creep, rilassamento e fatica;
I manufatti in PPS presentano tipicamente
un’ottima stabilità dimensionale e sono
realizzabili per stampaggio a iniezione senza
particolari problemi.
•
Dal punto di vista meccanico, il PPS è proposto con
rinforzo di fibra di vetro e carbonio in percentuale
elevata.
Settori applicativi tipici: automotive, industria
chimica, meccanica di precisione, idraulica, energie
alternative.
•
I compound così formulati offrono un’alta rigidità,
buoni carichi a rottura a trazione e flessione ma
soprattutto grande affidabilità nel tempo, in termini
di resistenza a rilassamento e creep così come alla
fatica.
LARTON G/40
Curve sforzo-deformazione in temperatura
200.00
23°C
180.00
60°C
160.00
Nonostante i gradi rinforzati vetro offrano già
un’elevatissima stabilità dimensionale, sono
disponibili anche compound contenenti con un
misto di cariche minerali capaci di ridurre al minimo
le deformazioni da stampaggio.
Da non dimenticare infine l’intrinseca
autoestinguenza dei compound su base PPS
che rende molte formulazioni, es. il compound
rinforzato al 40% con fibra vetro, autoestinguente
UL94-V0 a diversi spessori.
90°C
140.00
Sforzo[MPa]
Importante sottolineare che le prestazioni a
creep indicano nel PPS uno dei migliori candidati
per la realizzazione di particolari ai quali viene
richiesto di mantenere forme, carichi e tenute nel
tempo, anche a distanza di anni, senza doversi
preoccupare di cedimenti improvvisi o di graduale
perdita di funzionalità.
120.00
100.00
120°C
80.00
150°C
60.00
40.00
20.00
0.00
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
Deformazione [%]
Fig. 15 LARTON G/40: le curve sforzo-deformazione a
diverse temperature sottolineano l’elevata rigidità
del PPS.
Il PPS presenta tuttavia dei limiti dai quali è
necessario tutelarsi, soprattutto in fase di
progettazione.
8
4.00
SOSTITUZIONE DEL METALLO
LARTON G/40
LARTON G/40
Fatica tensile-23°C 10 Hz
Creep in trazione
16500
200
23°C-35 MPa
180
23°C-70 MPa
160
Carico a rottura [MPa]
Modulo elastico [MPa]
16000
15500
15000
14500
140
120
100
80
60
40
14000
20
13500
1
10
100
1000
0
10000
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
Numero di cicli
Tempo [h]
Fig. 18 LARTON G/40: resistenza a fatica.
Fig. 16 LARTON G/40: casi di creep in trazione.
L’esperienza di LATI nella trasformazione del PPS si
traduce in un’ampia gamma di compound destinati
all’impiego strutturale.
In particolare, LATI è riuscita a ridurre gli effetti
dell’intrinseca fragilità del polimero mettendo a
punto speciali versioni di PPS che permettono
allungamenti a rottura superiori anche del 50-60%
rispetto ai prodotti tradizionali.
Queste formulazioni, denominate I6 e I9,
consentono la realizzazione di parti soggette a
deformazione senza però perdere le caratteristiche
meccaniche.
Altra importante variante disponibile su PPS è
la versione a migliorata stabilità dimensionale
denominata D6 che consente di disporre delle
eccezionali caratteristiche meccaniche del PPS
rinforzato con fibra vetro ma con ridottissimi ritiri
differenziati e quindi con deformazioni trascurabili
sui pezzi stampati.
2.5
200
2
150
1.5
100
1
[MPa]
250
0.5
50
0
Allungamento a rottura [%]
Fig. 19 LARTON G/40: deformazione del grado standard
rispetto alla versione D6.
LARTON GCE/650
Carico a rottura [MPa]
LARTON G/40
LARTON G/40 i6
Modulo elastico [10^2 MPa]
LARTON G/40 i9
Allungamento a rottura [%]
Fig. 17 LARTON G/40 nelle versioni I6 e I9: alto
allungamento e carico a rottura.
9
0
Fig. 20 Coltello speciale per macchina tessile LARTON
G/40 NERO:3355.
10000000
SOSTITUZIONE DEL METALLO
LARAMID: PPA
e come diretta alternativa al PPS, quindi è
adottata abitualmente nel settore automotive,
nell’arredamento, nella costruzione di elementi per
contenitori in pressione, attuatori, parti di pompe,
motori ecc.
L’introduzione di gruppi aromatici nella
struttura molecolare della poliammide
permette di incrementare notevolmente le già
ottime proprietà di questa famiglia di resine.
Sono soprattutto le proprietà termiche e
chimiche a risultare sensibilmente migliorate
nelle PPA.
Fra le proposte più interessanti della gamma LATI
si trovano sicuramente i compound strutturali ad
elevato contenuto di fibra di vetro, dal 30 al 60%.
La resistenza alla temperatura si innalza
generalmente di oltre 40-50°C rispetto ad una
PA6, consentendo per esempio l’impiego anche
in ambienti molto caldi come il vano motore delle
automobili o l’interno di caldaie, compressori e
dispositivi elettrici.
Per esigenze di metal replacement particolarmente
spinto il prodotto con il maggior contenuto di vetro
può offrire risultati entusiasmanti.
LARAMID G/60
Curve sforzo-deformazione in temperatura
Chimicamente molto resistente a tutti gli
aggressivi organici, la PPA offre una discreta
tenuta anche ad acidi e basi inorganiche ed è
sensibilmente meno igroscopica della PA66.
Rispetto al PPS, resina con cui viene spesso
a confrontarsi, la PPA presenta una maggior
flessibilità agli impieghi in cui sono previste piccole
deformazioni locali, post-lavorazioni, assemblaggi
forzati ma anche inserti metallici sovrastampati,
grossi spessori (mal tollerati dal PPS), impatti e
sollecitazioni assimilabili ad impulsi.
23°C
250
60°C
90°C
Sforzo [MPa]
La PPA accetta elevate quantità di fibre rinforzo
e ciò permette di produrre dei compound con
caratteristiche meccaniche straordinariamente
elevate, soprattutto in termini di carico a rottura,
resistenza all’impatto e modulo elastico.
Nell’ottica della sostituzione del metallo, i
compound su base PPA sono quelli che consentono
il soddisfacimento delle esigenze più elevate,
potendo offrire carichi a rottura prossimi ai 3000
kg/cm2 (300 MPa) e moduli elastici superiori ai
25000 MPa sulle versioni rinforzate al 60% con fibra
di vetro.
300
200
120°C
150
150°C
100
50
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Deformazione [%]
Fig. 21 LARAMID G/60: le curve sforzo-deformazione a
diverse temperature indicano in questo compound
il miglior candidato al metal replacement dove
serva resistenza e carico a rottura.
I limiti della PPA sono soprattutto legati alla
trasformazione: è richiesta un po’ di esperienza per
ottenere manufatti dimensionalmente stabili, con
una buona estetica e che sfruttino completamente
le eccezionali proprietà meccaniche dei compound.
I materiali su base PPA sono indicati per quelle
strutture in cui si cerchi:
•carico e modulo a rottura comparabile
direttamente con alcune leghe
metalliche dell’alluminio o la zama;
•ottima resistenza al calore;
•resilienza e capacità di sopportare
impatti e vibrazioni;
•facilità alle post lavorazioni.
La PPA conosce un impiego molto diffuso grazie
alla possibilità di essere interpretata come una
versione ad alte prestazioni delle poliammidi
Fig. 22 LARAMID G/35 NERO:3302 Y1: corpo pompa.
10
5.5
SOSTITUZIONE DEL METALLO
Ass. umidità
(24h RH50%)
MATERIALI
Ass. umidità
(eq. RH50%)
Ass. umidità
(24h immersione)
Ass. umidità
(eq. immersione)
LATAMID 66 H2 G/30
0.27
1.7
0.65
5.2
LATAMID 66 H2 K/30
0.27
1.75
0.67
5.5
LATAMID 66 H2 G/50
0.25
1.3
0.5
4.5
LATAMID 66 H2 G/60
0.24
1.2
0.45
4.3
LATIGLOSS 66 H2 G/50
0.3
1.35
0.55
4.5
LATIGLOSS 66 H2 G/60
0.29
1.25
0.5
4.4
LARAMID G/60
0.17
0.6
0.3
2.9
LATIGLOSS 57 G/40
0.2
1
0.33
3.3
LATIGLOSS 57 G/50
0.18
0.9
0.31
3.1
LATIGLOSS 57 G/60
0.17
0.65
0.3
3
LARAMID G/60
Curve isocrone-23°C
70
60
Sforzo [MPa]
50
40
100000 h
30
10000 h
20
1000 h
100 h
10
10 h
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Deformazione [%]
Fig. 23 LARAMID G/60: isocrone sforzo-deformazione.
LARPEEK: PEEK
Al vertice della piramide dei termoplastici tecnici
di uso comune si trova il polimero PEEK, materiale
dalle straordinarie caratteristiche sviluppato per
l’impiego in continuo a temperature prossime
ai 260°C.
Si potrebbero riassumere le prestazioni di questo
polimero semplicemente indicandolo come uno dei
più performanti sotto tutti i punti di vista (chimico,
tribologico, termico, tossicologico ecc.) tuttavia è
necessario sottolineare che il suo prezzo, piuttosto
elevato, ne suggerisce l’adozione solo in frangenti
specifici in cui non esiste altra alternativa o non si
vogliono correre rischi di sorta.
La proposta strutturale su base PPEK non si
discosta da quella avanzata su altre resine, es. il
PPS: sono disponibili rinforzati con fibra di vetro fino
al 50% e fibra di carbonio fino al 45%.
A parità di rinforzo, le straordinarie proprietà della
matrice non fanno tuttavia dei compound PEEK dei
gradi strutturalmente più performanti di altri, meno
costosi.
Per questa ragione si suggerisce l’adozione dei
LARPEEK solo in presenza di temperature molto
elevate o in condizioni di attacco chimico
particolarmente serio.
11
Fig. 24 Pezzi realizzati in LARPEEK.
SOSTITUZIONE DEL METALLO
MASSIMA RIGIDITÀ: MATERIALI HM
Esistono applicazioni in cui il metallo è adottato in
virtù della sua deformazione minima sotto l’azione
del carico imposto nelle condizioni di lavoro.
Per far fronte a queste necessità LATI ha realizzato
una famiglia di compound dotati di un modulo
elastico particolarmente elevato, più che doppio
rispetto a un tradizionale materiale strutturale.
45000
40000
35000
Modulo elastico [MPa]
In tal caso, anche il compound strutturale più
performante potrebbe garantire la resistenza allo
sforzo ma non la necessaria rigidezza, andando per
esempio a deformarsi più di quanto accettabile.
MODULO ELASTICO
30000
25000
20000
15000
10000
5000
I materiali HM (High Modulus) sono ottenuti
partendo da matrici ad alte prestazioni (PPA, PPS,
PEEK) rinforzate con il 40-45% di fibra di carbonio
ad alto modulo più lunga rispetto al chopped strand
tradizionale.
0
I materiali così ottenuti offrono prestazioni
sostanzialmente identiche a gradi omologhi
tradizionali ma con moduli elastici molto più
elevati, quindi una deformabilità più contenuta a
parità di carico.
Test effettuati hanno inoltre evidenziato un
generale miglioramento nel comportamento
a fatica rispetto, per esempio a un 30% fibra di
carbonio tradizionale.
La formulazione esclusiva dei compound HM
non impone particolari accorgimenti né per la
manipolazione né per la trasformazione, sia come
presse che come stampi.
Per questo motivo è possibile iniettare questi gradi
come qualsiasi altro tecnopolimero rinforzato.
Anche per gli stampi è sufficiente adottare il tipo
di acciaio e di indurimento superficiale che viene
normalmente scelto per compound con elevate
percentuali di fibra vetro o carbonio.
Fig. 25 Trazione secondo ISO 527-1.
Con i compound HM la sfida della sostituzione
del metallo giunge al livello più elevato, offrendo
opportunità in campi applicativi mai aperti ai
materiali polimerici e mantenendo comunque
interessanti aspetti per quanto concerne il costo
finale del manufatto.
Pensati per fornire una risposta molto specifica ad
una domanda di natura prettamente meccanica, i
compound HM possono sostituire il metallo in una
serie di settori dove la precisione operativa durante
il funzionamento è tassativa:
•
•
•
•
robotica e automazione,
industria tessile,
meccanica di precisione,
militare ed aerospaziale.
Fig. 26 Laramid K/40 HM PPA, 40% fibra di carbonio alto
modulo, supporto anteriore gruppo portafili.
12
SOSTITUZIONE DEL METALLO
PROPRIETÀ (valori tipici)
PC
Condizioni
Norme
Unità
(SI)
23°C
ISO 1183
g/cm³
PES
PPH
PA6/PP
LATILON 28D
G/30
LAPEX A
G/30
LATENE
AG7H G/30
LATENE
AG7H2 G/50
LATIBLEND
6252 H2
G/30
1.44
1.60
1.12
1.32
1.24
PBT
LATER 4
G/30
LATER 4
G/50
LATER 4
K/30
1.52
1.74
1.40
Fisiche
Densità
Ritiro lineare* allo stampaggio
(60x60x2mm - 60MPa)
longitudinale flusso
trasversale flusso
ISO 294-4
%
0.15 ÷ 0.35 0.30 ÷ 0.45 0.30 ÷ 0.70 0.25 ÷ 0.50 0.35 ÷ 0.50 0.30 ÷ 0.55 0.25 ÷ 0.40 0.10 ÷ 0.25
0.35 ÷ 0.55 0.60 ÷ 0.75 0.40 ÷ 0.80 0.75 ÷ 1.05 0.80 ÷ 1.10 1.00 ÷ 1.30 0.70 ÷ 0.90 0.80 ÷ 1.20
Meccaniche
Charpy - con intaglio
(provino 80 x 10 x 4 mm)
23°C
ISO 179-1eA
kJ/m2
7.5
6
10
5
10
8
9
6
Charpy - senza intaglio
(provino 80 x 10 x 4 mm)
23°C
ISO 179-1eU
kJ/m2
20
25
65
20
55
55
45
40
8000
7500
7000
6200
9600
9400
9200
9000
8600
130
125
115
100
90
2
2.1
2.3
2.4
2.5
6300
4500
3300
10000
8200
5300
80
55
40
105
65
40
3
3.5
6
2.5
3.4
5.8
9400
6400
4700
3100
2100
125
78
53
40
27
2.7
4.6
6
6.7
7.5
9500
6900
5100
4100
3200
125
85
70
50
45
2.5
3.2
5
5.5
5.5
15500
10000
7700
5500
4500
135
90
70
55
45
1.8
2.5
2.5
3
3
21500
15500
9300
6200
4700
150
110
80
60
45
1
1.3
1.5
1.7
2
220
135
140
170
215
215
225
23°C
60°C
90°C
120°C
150°C
23°C
60°C
90°C
120°C
150°C
23°C
60°C
90°C
120°C
150°C
Modulo di elastico in trazione
Sforzo a rottura
Allungamento a rottura
ISO 527 (1)
ISO 527 (1)
MPa
90
80
70
50
MPa
ISO 527 (1)
%
ISO 306
°C
ISO 75
°C
1.7
1.4
1.5
1.5
Termiche
Vicat - Punto di rammollimento
(velocità di riscaldamento 50°C/h)
49 N - 50°C/h
0.45 MPa
HDT – Temperatura di inflessione sotto
carico
1.82 MPa
Coefficiente di espansione termica lineare
30°C ÷ 100°C
145
ISO 11359-2 ×10E-6 / °C
Autoestinguenza
140
220
155
160
195
220
225
215
135
215
135
140
160
210
215
215
10
4
20
8
8
15
10
3
n
n
n
n
* Valori ottenuti secondo norma ISO alla pressione indicata. I valori di ritiro effettivi possono differire da progetto a progetto.
PA66
PROPRIETÀ (valori tipici)
Condizioni
Norme
Unità
(SI)
23°C
ISO 1183
g/cm³
PPA
LATAMID 66 LATAMID 66 LATIGLOSS 66 LATIGLOSS 66 LATIGLOSS 66 LATIGLOSS 66
H2 K/50
E21 K/30
H2 G/50 F2 H2 G/50-V0
H2 G/60
H2 K/30
LARAMID
G/35
LARAMID
G/50
1.46
1.64
Fisiche
Densità
Ritiro lineare* allo stampaggio
(60x60x2mm - 60MPa)
longitudinale flusso
trasversale flusso
ISO 294-4
%
1.37
1.20
1.57
1.83
1.68
1.27
0.10 ÷ 0.30 0.25 ÷ 0.45 0.30 ÷ 0.60 0.25 ÷ 0.45 0.30 ÷ 0.50 0.15 ÷ 0.35 0.30 ÷ 0.55 0.20 ÷ 0.40
0.35 ÷ 0.55 0.65 ÷ 0.95 0.65 ÷ 0.90 0.55 ÷ 0.80 0.60 ÷ 0.85 0.55 ÷ 0.85 0.75 ÷ 1.05 0.45 ÷ 0.70
Meccaniche
Charpy - con intaglio
(provino 80 x 10 x 4 mm)
23°C
ISO 179-1eA
kJ/m2
7
15
15
8.5
10
5
8
12
Charpy - senza intaglio
(provino 80 x 10 x 4 mm)
23°C
ISO 179-1eU
kJ/m2
35
50
85
55
55
35
55
75
29000
27000
17500
12000
9500
210
170
140
125
100
1
1.5
2.4
2.8
2.9
20000
19500
11700
8200
6000
180
140
110
95
75
1.8
3.2
3.2
4.2
4.3
16000
12000
7000
5000
4000
230
175
125
95
70
2.8
3.2
6.7
7.5
8
22000
15500
10000
7800
6000
210
170
135
115
100
1.8
3
3.5
3.8
4
22500
18000
11000
6600
5800
235
180
130
100
75
2.2
2.6
5.7
7
7.5
21000
16000
10000
6100
4900
230
155
110
80
65
1.7
2.6
4.2
4.6
5
13500
12000
10000
8500
4500
225
180
155
130
85
2.5
2.8
3
4.4
8.6
17500
14500
12500
11000
6000
260
205
185
155
95
2.1
2.3
2.4
3.8
6.5
23°C
60°C
90°C
120°C
150°C
23°C
60°C
90°C
120°C
150°C
23°C
60°C
90°C
120°C
150°C
Modulo di elastico in trazione
Sforzo a rottura
Allungamento a rottura
ISO 527 (1)
MPa
ISO 527 (1)
MPa
ISO 527 (1)
%
ISO 306
°C
Termiche
Vicat - Punto di rammollimento
(velocità di riscaldamento 50°C/h)
49 N - 50°C/h
0.45 MPa
HDT – Temperatura di inflessione sotto
carico
1.82 MPa
Coefficiente di espansione termica lineare
30°C ÷ 100°C
ISO 75
°C
ISO 11359-2 ×10E-6 / °C
255
245
250
250
240
245
270
275
260
260
255
255
255
255
285
290
255
250
235
235
235
240
280
280
2
5
7
4
6
2
8
4
Autoestinguenza
Legenda
13
n
qt
Materiale certificato UL
p
Materiale autoestinguente-test LATI
Resina base intrinsecamente autoestinguente
PA12
PA6
LATAMID 12 KELON B H
G/50
CET/30
1.45
1.38
LATAMID 6
H2 G/35
1.41
PA66
SOSTITUZIONE DEL METALLO
LATAMID
LATAMID
LATAMID
LATAMID 6 LATAMID 6 H2 LATAMID 6 H2 LATIGLOSS 62 LATAMID 66 LATAMID 66
LATAMID 66 LATAMID 66 LATAMID 66
66 H2 G/50- 66 H2 G/50- 66 H2 G/50S/30
G/50
G/65
H2 G/50
H2 G/30
H2 G/50
H2 G/60
H2 K/30
H2 K/40
V0KB1
V0HF1
GWHF1
1.34
1.56
1.74
1.55
1.36
1.56
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4
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2
n
n
n
n
n
n
p
n
n
PPA
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G/60
LARAMID
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1.37
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G/50 F2
G/60 F2
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1.63
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G/40
LARTON L
G/40
LARTON
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LARTON
GK/400
LARTON
GCE/650
LARTON
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1.65
1.65
1.59
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G/40
K/30
K/40 HM
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>300
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>300
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basso coefficiente d’attrito e alta
resistenza all’usura
Sostituzione del metallo
Laticonther
Compound Hi-performance ad
elevate proprietà meccaniche
Compound termoplastici
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