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Misurazione della tensione residua Lo stampaggio ad iniezione di materiali termoplastici introduce negli articoli stampati tensioni residue. Al contrario delle tensioni indotte nei componenti in materiale plastico da carichi meccanici e sollecitazioni termiche che possono essere calcolate secondo i metodi tradizionali, non esiste un modo affidabile per predire i livelli di tensione residua. Molte prestazioni sono influenzate dal livello di tensione residua del componente. Poiché i valori di queste tensioni non possono essere calcolati, è importante disporre di un metodo per la loro misurazione. È stato messo a punto un metodo per misurare il livello di tensione residua di componenti stampati da resina RADEL non caricata. Il metodo implica l’esposizione dei componenti finiti a reagenti chimici che generano cricche o criccature nel materiale a livelli di tensione residua specifici. L’esposizione dei componenti a questi reagenti in condizioni di carico nullo consente la quantificazione dei livelli di tensione residua. Nella seguente tabella sono elencati i reagenti impiegati per questo test e i livelli noti di sforzo corrispondenti alla formazione di cricche nel materiale. Queste informazioni sono state generate a temperatura ambiente, a concentrazioni di reagente pari al 100% con un minuto d’esposizione. Il tempo d’esposizione ai reagenti richiesto per la formazione di cricche ai livelli di sforzo noti è pari ad un minuto. Questo tempo d’esposizione è stato impiegato per consentire un test rapido e limitare la possibilità di errori dovuti ad un’esposizione eccessiva o insufficiente. Un’esposizione a periodi di tempo maggiori produce cricche a livelli di sforzo inferiori a quelli specificati. Per determinare il livello di tensione residua di un componente stampato RADEL, consultare la lista per il grado RADEL in tabella 44 e seguire la procedura indicata, cominciando dal primo reagente nella lista. Tabella 44 Parametri per il test di tensione residua Reagenti Livello di sforzo minimo per causare la rottura, MPa Polietersulfone RADEL A 2-Etossietanolo (Cellosolve) 15 Acetato d’etile (EA) 8 50% * MEK / 50% * EA 6 Metiletilchetone (MEK) 3 Polifenilsulfone RADEL R Acetato di etile (EA) 12 Metiletilchetone (MEK) 8 5% * N-metilpirrolidone / 95 % * MEK 6 * % in volume Procedura per la misurazione della tensione residua 1. Lasciare raffreddare i componenti a temperatura ambiente quindi risciacquare con alcol isopropilico. 2. Esporre il componente al reagente per un minuto, quindi risciacquare con acqua. 3. Verificare l’eventuale presenza di cricche o screpolature nel componente sotto luce intensa. Le fratture superficiali possono essere scarsamente visibili. 4. Se il componente non presenta cricche né screpolature, il livello di tensione residua inferiore al livello di tensione riportato in tabella 44 per quel reagente. Procedere con il reagente successivo ripetendo le fasi 2 e 3. Il livello di sforzo nel componente è compreso tra il livello di sforzo indicato per il reagente che induce una criccatura e quello immediatamente superiore in tabella 44. La determinazione dei livelli di sforzo esponendo il pezzo a reagenti è una misura approssimata. Piccole differenze nelle condizioni del test (temperatura ambiente, tempo d’esposizione, concentrazione del reagente e così via) possono causare lievi variazioni nei risultati. Essi devono cadere entro il 20% del livello di sforzo reale. I livelli di tensione residua dipendono da numerosi parametri che possono essere soggetti a cambiamenti al momento dello stampaggio. Per questo motivo, i singoli campioni possono presentare variazioni nei livelli di sforzo. Si raccomanda pertanto di sottoporre più pezzi a test. Il livello di tensione accettabile per un singolo componente deve essere determinato dall’applicazione finale, in particolar modo l’ambiente chimico a cui il componente sarà esposto. Le resine RADEL sono materiali termoplastici amorfi con buona resistenza agli agenti chimici. I componenti con livelli di tensione residua inferiori a 5 MPa possono generalmente essere considerati ben stampati. Informazioni relative a sanità e sicurezza Consultare la scheda di sicurezza prodotto (Material Safety Data Sheet, MSDS) rilasciata dal fornitore prima di usare i reagenti specifici scelti per la prova e seguire le istruzioni della casa produttrice relative alle precauzioni d’uso. Le prove vanno eseguite in laboratorio sotto cappa ventilata, oppure in un’area ben ventilata. I reagenti sono agenti chimici organici infiammabili e vanno conservati in contenitori chiusi lontano da fiamme, scintille o luoghi soggetti ad alte temperature. Smaltire i materiali in conformità con le normative federali, statali o locali vigenti. Solvay Advanced Polymers, L.L.C. – 48 –
Estrusione Estrusione ll polietersulfone RADEL A e il polifenilsulfone RADEL R possono essere facilmente estrusi con le apparecchiature per estrusione convenzionali. Pre-essiccazione Le resine RADEL devono essere ben essiccate prima dell’estrusione, per evitare la formazione di bolle nel materiale estruso. La resina dev’essere essiccata sino a ridurre il contenuto d’umidità al di sotto di 100 ppm. Le temperature e i tempi d’essiccazione appropriati sono riportati nelle figure 55 e 56 a pagina 40. L’essiccazione in tramoggia richiede isolamento sufficiente e minime perdite del sistema. La temperatura d’ingresso dell’aria deve essere sufficientemente elevata e il suo contenuto d’umidità sufficientemente basso per mantenere i granuli di polimero al di sopra di 150 °C in aria con un punto di rugiada di -40 °C. Questa condizione deve essere mantenuta finché il contenuto d’umidità del polimero non scende al di sotto di 100 ppm. Temperature d’estrusione A seconda delle specifiche operazioni d’estrusione, la temperatura del fuso deve essere compresa nell’intervallo fra 340 e 400 °C. Per la maggior parte delle operazioni, si raccomanda d’impostare la temperatura del cilindro fra 330 e 370 °C all’estremità d’alimentazione e fra 330 e 370 °C in testa. Queste impostazioni della temperatura del cilindro consentono di ottenere la corretta temperatura del pezzo estruso, se mantenuta uniforme nell’intervallo compreso fra 340 e 400 °C. Se si utilizza una vite con sezione di trasferimento ridotto, potrà essere necessario aumentare la temperatura del cilindro per ottimizzare il controllo dell’estrusione, entro le limitazioni di potenza e di pressione dell’apparecchiatura. Raccomandazioni per la geometria della vite In generale, si raccomanda l’uso di viti con un rapporto lunghezza/diametro compreso fra 20:1 e 24:1. Rapporti di compressione compresi fra 2:1 e 2,5:1 hanno dato risultati accettabili. Il passo della vite deve essere pari al suo diametro e la transizione dalla sezione d’alimentazione a quella di trasferimento deve essere graduale. Le sezioni di transizione e di trasferimento devono essere più lunghe della sezione d’alimentazione. La sezione di transizione deve essere la più lunga per dare alla resina il tempo ed il calore per ammorbidirsi prima di essere espulsa. Una configurazione iniziale è: lunghezza della zona d’alimentazione, quattro diametri, lunghezza della zona di transizione 14 diametri e sei diametri di lunghezza per zona di trasferimento. Se si desidera una compattazione ottimale del fuso, si possono anche impiegare estrusori con viti a due stadi per consentire il degassaggio. Nel progettare una vite a due stadi bisogna includere una sezione di decompressione per effettuare il degassaggio dopo la prima sezione di trasferimento. La sezione di decompressione viene seguita da un’altra zona di transizione e da un’altra zona di trasferimento, secondo i principi di progettazione descritti per una vite a fase singola. In genere, la geometria della vite idonea per le poliolefine non offre risultati accettabili con le resine RADEL. Pre-essiccazione Geometria della matrice Le resistenze della matrice devono essere in grado di raggiungere e mantenere la temperatura di 430 °C. Dal momento che la viscosità delle resine RADEL dipende dalla temperatura, la temperatura della matrice deve essere strettamente controllata per ottenere un estruso uniforme. Utilizzare sempre matrici affusolate. Linearizzando il canale di flusso ed incorporando piastre di sfiato (ovvero valvole di sfiato) alle estremità, si elimina la tendenza del materiale a bloccarsi nella matrice, con conseguente stagnazione. Le matrici devono poter operare in modo continuo a pressioni sino a 240 bar. I canali di flusso, i labbri della matrice ed i calibratori devono essere ben lucidati e cromati per ottimizzare l’aspetto dell’estruso. Tipi di prodotti estrusi Filo Le resine RADEL possono essere estruse in filo usando una matrice con testa a croce a tubo o a semitubo. La temperatura d’ingresso del filo deve essere all’incirca pari a quella del fuso del polimero. Con le resine RADEL, si può ottenere un’elevata contrazione della guaina. Si raccomanda vivamente di depressurizzare la matrice per migliorare l’adesione della guaina polimerica al filo. Il filo non deve essere raffreddato violentemente bensì lentamente, usando un sistema di raffreddamento "mister" o un bagno ad acqua. Film Le resine RADEL hanno eccellenti proprietà di contrazione per la produzione di film sottile, grazie all’elevata resistenza del fuso. Il film "slot-cast" possiede un modulo elevato, una buona resistenza all’urto e buone proprietà elettriche in un ampio intervallo di temperatura. Il film è sigillabile a caldo e può essere impresso senza trattamenti. Le condizioni tipiche per l’estrusione di film per un estrusore di 64 mm sono le seguenti: Matrice: Matrici standard per film a gruccia e a barra diritta "manifold-choker" sono soddisfacenti. Per uno spessore del film compreso fra 0,6 e 1,5 mm, utilizzare un’apertura dei labbri della matrice compresa fra 0,03 e 0,25 mm. Le matrici devono essere in grado di operare in modo continuo a 240 bar. Piastre di rottura/filtri: Le piastre di rottura, responsabili delle cosiddette "linee di matrice", non sono necessarie. Tuttavia, se utilizzate con un filtro, si può ottenere un prodotto estruso di qualità riproducibile ed esente da difetti. Alternativamente, si può utilizzare un manicotto che consenta al raccordo della matrice di aderire all’estrusore. Rullo: È necessario un rullo di diametro di 215 mm a 180 °C per evitare la formazione di grinze nel film. – 49 – Guida alla progettazione delle resine RADEL
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