Compound termoplastici rinforzati con carbonio

Alta rigidità grazie al modulo elastico elevato

Materiali - martedì, 30 settembre 2014

Stampare rapidamente ed economicamente un manufatto con la rigidezza del metallo: è stata questa la sfida che Lati ha raccolto sviluppando la famiglia di compound termoplastici HM con un contenuto fino al 45% di fibre di carbonio ad alto modulo. Tali compound hanno trovato rapido impiego soprattutto grazie a un elevato modulo elastico, superiore ai 40 GPa e, quindi, decisamente più alto dei gradi standard rinforzati presenti sul mercato per lo stampaggio a iniezione. La possibilità di stampare a iniezione un manufatto tanto rigido ha aperto una nuova finestra di possibilità in ambito industriale, per esempio proprio nel settore delle macchine tessili e dell'automazione.

Leggerezza, robustezza e rigidità sono caratteristiche fondamentali per qualsiasi cinematismo, soprattutto se inserito in un dispositivo che operi a velocità molto elevata e al quale venga richiesta elevata precisione di funzionamento. Se poi questo meccanismo è sottoposto a funzionamento ciclico, ecco che diviene imprescindibile anche la resistenza alla fatica, causa prima di cedimento provocato da sollecitazioni ripetute nel tempo. Nell'ambito industriale moderno si ritrovano molteplici applicazioni con queste esigenze, come per esempio nelle macchine e nei robot dell'automazione industriale o nei telai per le produzioni tessili. Gli elementi strutturali operanti in questi apparati sono normalmente realizzati in materiali metallici, acciaio e leghe di alluminio o magnesio, oppure in compositi a matrice termoindurente, rinforzati con fibra di vetro o di carbonio. Queste soluzioni tradizionali soffrono però di pesanti svantaggi legati soprattutto all'impossibilità di realizzare geometrie complesse mediante cicli produttivi semplici, rapidi e competitivi dal punto di vista dei costi. Le lavorazioni dal pieno e le fusioni tipiche dei metalli, la sinterizzazione o altre tecnologie delle polveri, richiedono, infatti, processi relativamente lenti e costosi. Con i materiali compositi, alle difficoltà di processo si unisce inoltre l’impossibilità di ottenere manufatti con forme elaborate in cui, per esempio, si integrino più funzioni.

I compound HM consentono la messa in opera di elementi plastici capaci di deformazioni sotto carico estremamente contenute e paragonabili a quelle dei metalli, grazie appunto al modulo di Young più che doppio rispetto a un analogo rinforzato tradizionale. Dando luogo a giochi e flessioni trascurabili, leveraggi ed elementi cinematici guadagnano in precisione di funzionamento, garantendo alle macchine di cui fanno parte, come intuibile, un balzo avanti in termini prestazionali. Il peso contenuto dell'elemento in polimero riduce inoltre l'inerzia nel movimento, fattore che permette non solo l'adozione di frequenze di lavoro più alte ma anche la riduzione dell'assorbimento di potenza richiesta per l'azionamento. Anche gli attriti e l'usura vengono limitati; il che permette di rivedere la necessità di lubrificazioni esterne, sempre fonte di problemi, e di boccole in materiali più duri antiusura. La riduzione di pesi e forze d'inerzia comporta poi la diminuzione delle reazioni vincolari e delle azioni interne che causano la formazione e la propagazione della cricca all'origine del cedimento per fatica.

I nuovi compound di Lati sono realizzati partendo da resine termoplastiche a elevate prestazioni chimiche e termiche, come per esempio PPA, PPS e PEEK. Con questa scelta l’azienda propone materiali in grado di resistere ai carichi imposti anche in ambienti difficili, per elevate temperature d’uso in continuo e attacco ambientale, come avviene per esempio nel caso di robot operanti in impianti di verniciatura e forni, oppure di telai e di altre macchine tessili. La consistente presenza di fibre di carbonio conferisce infine un'ottima antistaticità, che evita l'accumulo di polveri, particolato e sporcizia in generale.


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