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2. Materiali e metodi Nel presente capitolo sono descritti i materiali, i sistemi di lavorazione (per stampaggio ad iniezione e asportazione di truciolo) ed i sistemi di misura che sono stati impiegati nella sperimentazione. 2.1. Materiali 2.1.1. Masse da stampaggio Polietilene (PE) Il polietilene (o polietene) è il più semplice dei polimeri sintetici ed è il più comune fra le materie plastiche. È forse il polimero più utilizzato nella vita quotidiana in quanto molto versatile. Il PE ha una struttura molto semplice, la più semplice di tutti i polimeri commerciali; la molecola di PE è costituita da una lunga catena di atomi di carbonio, con due atomi d’idrogeno attaccati a ciascun atomo di carbonio (Figura 2.1). Esistono diversi processi per ottenere il PE che variano tra di loro soprattutto in rapporto alla pressione; i tipi di PE ottenuti hanno caratteristiche diverse a seconda dei pesi molecolari e del grado di ramificazione: a media, alta e bassa densità. Inoltre, recentemente è stato sviluppato anche un tipo di PE cosiddetto a bassa densità lineare che ha caratteristiche migliori del tradizionale prodotto a bassa densità. Il peso molecolare, la cristallinità, la struttura e, di conseguenza, le proprietà del PE dipendono essenzialmente dal sistema di polimerizzazione. In prima approssimazione, le caratteristiche del PE si possono comunque così riassumere: basso costo, facilità di lavorazione, tenacità e flessibilità anche a basse temperature, mancanza di odore e tossicità, elevata resistenza chimica ed ottimo isolante elettrico. Figura 2.1: Molecola di polietilene. 64
2 Materiali e metodi Analizzando più in dettaglio i vari tipi di polietilene, a seconda del processo di polimerizzazione, si ha[1]: LDPE (Low Density PolyEthylene). Viene prodotto trattando l’etilene (CH2=CH2, Figura 2.2) con un metodo ad alta pressione in autoclavi e reattori tubulari ad una pressione da 1000 a 3000 bar e una temperatura da 150 a 300°C con 0.05 fino a 0.1% di ossigeno o di perossidi come catalizzatore. Ne risulta un PE fortemente ramificato con catene di lunghezza diversa. La cristallinità va dal 40 al 50%, la densità da 0.915 a 0.935 g/cm 3 , il peso molecolare medio raggiunge 600’000 g/mol. Figura 2.2: Monomero di etilene. LLDPE (Linear Low Density PolyEthylene). Viene polimerizzato con catalizzatori ad alta resa a base di complessi metallici seguendo quattro metodi diversi: nel sistema a bassa pressione in fase gassosa, in soluzione o in sospensione, e con un metodo modificato ad alta pressione. I pesi molecolari più elevati di questi prodotti poco ramificati determinano delle proprietà migliori. HDPE (High Density PolyEthylene). Viene prodotto secondo il processo a media (Phillips) o a bassa pressione (Ziegler). Nel metodo Phillips la pressione va da 30 a 40 bar, la temperatura da 85 a 180°C e come catalizzatore viene impiegato l’ossido di cromo. Il valore del peso molecolare è di circa 50’000 g/mol. Nel processo Ziegler la pressione va da 1 a 50 bar, la temperatura da 20 a 150°C e come catalizzatori vengono usati alogenuri di titanio, esteri di titanio e alluminio alchili. Si raggiungono pesi molecolari da 200'000 a 400'000 g/mol. Vengono impiegate polimerizzazioni in sospensione, in soluzione, in fase gassosa e in massa. L’HDPE presenta delle ramificazioni ridotte e, di conseguenza, ha una maggiore cristallinità (60-80%) rispetto al LDPE e densità più elevate (0.942-0.965 g/cm 3 ). HMWPE (High Molecular Weight PolyEthylene). Viene prodotto con il processo Ziegler, Phillips o in fase gassosa e, insieme ad un’elevata densità presenta anche un elevato peso molecolare. 65
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Riferimenti bibliografici [1] Saech
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Riferimenti bibliografici [77] Shen
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