Processi Tecnologic

In questo paragrafo vengono presentate le principali tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici termoplastici. Va peraltro considerato che nella pratica, data la grandissima varietà di materiali polimerici disponibili e di requisiti strutturali, funzionali, estetici richiesti, esistono numerose varianti e lavorazioni specifiche. Inoltre, per ottenere lo stesso oggetto, a volte possono essere impiegate diverse tecniche alternative, anche se

considerazioni di prestazioni, numerosità produttiva, costi restringono solitamente la scelta ad un’unica o a poche possibilità.

Di seguito verrà riportato un elenco, con breve descrizione delle principali metodologie di lavorazione dei materiali polimerici; un’analisi approfondita verrà invece condotta per lo stampaggio ad iniezione, lavorazione adottata per la produzione dei nuovi dispositivi Luer Lock.

Capitolo 2 Materiali e Metodi

2.3.1 Estrusione

L’estrusione delle materie plastiche consiste nel portare il materiale allo stato di fluido viscoso (ci si riferisce comunemente a "fusione" anche se nel caso di polimeri amorfi il termine non si riferisce ad un passaggio di stato termodinamico) e farlo fluire in pressione attraverso una filiera opportunamente sagomata; l'alta viscosità e il raffreddamento del fuso a valle della filiera (in inglese "die") consentono di ottenere un profilato di lunghezza virtualmente infinita. L'estrusione è pertanto un processo continuo che consente di ottenere oggetti di sezione costante, eventualmente anche di geometria complessa, e di elevata lunghezza. Tubazioni, conduttori isolati, guarnizioni, profilati, lastre, film, fili sono tipici prodotti di estrusione.

2.3.2 Stampaggio per Soffiatura

Lo stampaggio per soffiatura viene impiegato nella produzione di oggetti cavi, solitamente di piccolo spessore, quali bottiglie, serbatoi, contenitori, giocattoli, piccole imbarcazioni, ecc. La soffiatura è una tecnica secondaria in quanto opera su un manufatto preformato ottenuto per estrusione (extrusion blow molding) o per stampaggio ad iniezione (injection blow molding). Consiste nell’insufflare aria in bassa pressione all’interno di una preforma Figura 2.14 Schema generale di una linea di estrusione. Si notino il sistema di raffreddamento e quello di traino.

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cava, mantenuta a temperatura sufficientemente elevata; questa, espandendosi in uno stampo femmina raffreddato, assume la forma della cavità dello stampo stesso.

2.3.3 Stampaggio Rotazionale

Lo stampaggio rotazionale o Rotomolding è impiegato nella produzione di manufatti cavi di medie e grandi dimensioni, quali serbatoi e vasche, elementi strutturali, imbarcazioni, grandi contenitori. Il processo avviene in diverse fasi che comprendono: alimentazione del materiale predosato, solitamente in polvere o sospensione liquida, in uno stampo femmina; messa in rotazione dello stampo secondo due o più assi e contemporaneo riscaldamento che porta a fusione il polimero; successivo raffreddamento con solidificazione del polimero sulla parete interna dello stampo;

Figura 2.15 schema di funzionamento dello stampaggio per soffiatura

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2.3.4 Stampaggio a Iniezione

Lo stampaggio ad iniezione è la principale tecnica per ottenere componenti di dimensioni finite in materia plastica. Il principio alla base del processo è di iniettare il polimero fuso all’interno di uno stampo chiuso, raffreddato, in cui avviene la solidificazione. L’impianto è costituito da tre unità principali: il sistema di iniezione, il sistema di chiusura, lo stampo.

Il sistema di iniezione è costituito da una tramoggia, un cilindro, riscaldato tramite delle resistenze, contenente la vite di iniezione, l’ugello di collegamento con lo stampo e l’unità di movimentazione della vite. La vite, che solitamente ha nocciolo e sezione variabile, viene posta sia in rotazione che in traslazione con un movimento ciclico; durante il moto traslazionale la vite assume la funzione di pistone (vite punzonante). A contatto con l’ugello è posto lo stampo, costituito da due o più semi-stampi (generalmente chiamati parte fissa e parte mobile) raffreddati tramite un sistema di refrigerazione ad acqua. Lo stampo viene movimentato mediante l’unità di chiusura (clamping unit) che provvede all’apertura e chiusura degli stampi, esercitando la necessaria forza di chiusura.

Vantaggi dello stampaggio ad iniezione:

• I componenti finiti sono prodotti in un unico passaggio, non necessitano quindi di lavorazioni successive;

• Si riesce ad ottenere un’ottima precisione dimensionale sul prodotto finito; • Alti volumi di produzione.

Svantaggi:

• Le attrezzature necessarie sono molto costose (pressa, stampo ed attrezzature ausiliarie), quindi richiedono un alto investimento iniziale;

• È necessario uno stampo per ogni parte da realizzare; Figura 2.17 Schema di una pressa ad iniezione

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• La lavorazione di parti con grandi variazioni di spessore o stottosquadri è difficoltosa.

Ciclo di funzionamento

Il ciclo di stampaggio prevede l’ingresso del granulo di polimero dalla tramoggia alla vite rotante; il polimero viene trasportato verso la testa della pressa, riscaldato e portato a fusione, in modo simile a quanto avviene in estrusore. In questa fase (plastificazione) l’ugello è chiuso da una valvola e il fuso si accumula in testa alla vite che nel frattempo trasla all’indietro, lasciando spazio al polimero (Figura 2.6 a). Quando il fuso ha raggiunto la quantità necessaria per riempire lo stampo, viene aperto l’ugello, la vite arresta la sua rotazione e viene spinta in avanti per iniettare il polimero nello stampo ad

alta pressione (iniezione) (Figura 2.6 b). Una valvola di non-ritorno in testa alla vite evita il ritorno del fuso verso la tramoggia. L’unità di chiusura garantisce la forza necessaria ad evitare l’apertura dello stampo per effetto della spinta del polimero. La pressione di iniezione, comunemente di diverse centinaia di bar, può superare in alcune produzioni 2000 bar. Una volta riempito lo stampo, inizia la fase di raffreddamento e solidificazione del polimero. Poiché durante il raffreddamento del fuso il volume di questo si riduce, la pressione viene mantenuta (mantenimento) fino ad inizio solidificazione. Al termine del mantenimento la vite ricomincia un nuovo ciclo di plastificazione (Figura 2.6 c). Nel frattempo continua il raffreddamento dello stampo fino alla temperatura di estrazione; a questo punto viene aperto lo stampo ed estratto il pezzo. La successiva chiusura dello stampo completa il ciclo (Figura 2.6 d).

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Lo stampaggio ad iniezione è un processo ciclico, che ad ogni apertura e chiusura dello stampo produce dei componenti finiti, il ciclo di lavoro è governato principalmente dal tempo di raffreddamento che richiede tempi molto più rispetto alle altre fasi della lavorazione, in figura 2.7 è riportato un grafico che mostra l’influenza di ogni fase sul tempo ciclo totale.

Problematiche di Stampaggio

I principali difetti che possono essere riscontrati nei componenti prodotti per stampaggio ad iniezione sono:

- Linee di giunzione; - Risucchi e vuoti;

- Tensioni residue e deformazioni; - Surriscaldamenti e bruciature.

Il corretto settaggio dei parametri di processo permette di eliminare o minimizzare, a livelli qualitativamente accettabili, questi difetti di stampaggio.

Le linee di giunzione si formano a seguito dell’incontro di flussi di fuso provenienti da diverse direzioni, e costituiscono dei punti di debolezza e possibile rottura del componente a causa della scarsa interdiffusione delle molecole; tali difetti possono essere ridotti o a