Proprietà di creep nel lungo periodo - Solvay Plastics

Introduzione
Solvay Advanced Polymers, L.L.C. produce una gamma completa
di tecnopolimeri che offrono valore e prestazioni eccezionali. Fra i
polimeri sulfonici amorfi di nostra produzione vi sono il
polifenilsulfone RADEL ® R, il polietersulfone RADEL ® A, il
polisulfone UDEL ® , i blend polifenilsulfonici ACUDEL TM e i
polisulfoni modificati MINDEL ® . Fra i polimeri semicristallini di
nostra produzione vi sono la poliftalammide AMODEL ® ,la
poliarilammide IXEF ® , il polifenilensolfuro PRIMEF ® e il polimero a
cristalli liquidi XYDAR ® .
Offriamo anche due resine aventi prestazioni eccezionali in aree
specifiche. Questi polimeri a prestazione ultraelevata sono il
polichetone KADEL ® e la poliammide-immide TORLON ® .
Le resine polisulfoniche UDEL offrono una combinazione superiore
di proprietà e comprendono:
eccellente stabilità termica;
elevate tenacità e resistenza;
buona resistenza allo stress cracking ambientale;
elevata temperatura d’inflessione sotto carico, 174 °C;
resistenza alla combustione;
trasparenza;
approvazione per il contatto con gli alimenti e l’acqua
potabile;
limitato creep.
Il presente manuale è stato preparato allo scopo di fornire ai
progettisti le informazioni necessarie per usare il polisulfone UDEL
nel modo più efficace possibile. Il manuale presenta le proprietà
meccaniche, termiche e chimiche di questi materiali e le
raccomandazioni per la lavorazione e la progettazione dei
componenti.
La sede principale di Solvay Advanced Polymers si trova ad Alpharetta, in Georgia, nella periferia di Atlanta, Stati Uniti. Solvay Advanced Polymers e
le società affiliate hanno uffici anche in Europa, in Sud America e in Asia.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® –1–

Sommario
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Proprietà chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Struttura chimica – Relazione tra le proprietà . . . . . . . . . . . . . 6
Informazioni sul prodotto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Scelta del materiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Imballo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Conformità agli standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Acqua potabile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Contatto con gli alimenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Ambito medico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
NSF International. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Underwriters’ Laboratories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Elenchi di gradi speciali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Proprietà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Proprietà meccaniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Tabelle delle proprietà tipiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Proprietà tensili. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Curve sforzi-deformazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Proprietà flessionali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Proprietà di compressione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Proprietà di resistenza al taglio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Proprietà di resistenza all’urto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Izod con intaglio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Sensibilità dell’intaglio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Charpy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Impatto a trazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Impatto a caduta di dardo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Rapporto di Poisson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Proprietà di creep nel lungo periodo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Scorrimento a trazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Scorrimento a trazione in acqua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Modulo di scorrimento o apparente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Proprietà termiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Temperatura di transizione vetrosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Variazioni delle proprietà meccaniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Classificazione delle resine termoplastiche. . . . . . . . . . . . . 22
Effetti della temperatura sulle proprietà tensili . . . . . . . . . . 23
Effetti della temperatura sulle proprietà flessionali . . . . . . . 23
Temperatura d’inflessione sotto carico . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Coefficiente di dilatazione termica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Conducibilità termica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Punto di rammollimento Vicat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Calore specifico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Volume specifico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Proprietà relative alla combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Normativa di autoestinguenza UL 94 . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Indice d’ossigeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Temperatura di autoignizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Temperatura d’ignizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Densità dei fumi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Test del filo incandescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Stabilità termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Analisi termogravimetrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Invecchiamento termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Indice termico relativo UL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Proprietà elettriche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Rigidità dielettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Resistività di volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Resistività superficiale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Costante dielettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Fattore di dissipazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Indice termico relativo UL (Underwriters’ Laboratories) . . . . . 32
Proprietà nel breve periodo UL 746A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Resistenza all’arco a secco ad alta tensione e bassa
corrente (D495) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Indice di resistenza alle correnti striscianti (CTI) . . . . . . . . . 33
Velocità di traccia con arco ad alta tensione (HVTR) . . . . . . 33
Accensione a filo incandescente (HWI) . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Accensione con arco ad alto amperaggio (HAI) . . . . . . . . . . 33
Resistenza ambientale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Prove ambientali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Stabilità idrolitica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Esposizione nel lungo periodo ad ad acqua calda . . . . . . . . 35
Acqua clorata calda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Sterilizzazione a vapore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Resistenza alle radiazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Resistenza agli agenti chimici (in assenza di sforzo) . . . . . . . 38
Resistenza allo stress cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Sostanze chimiche organiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Sostanze chimiche inorganiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Fluidi per autoveicoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Alimenti e prodotti affini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Proprietà fisiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Assorbimento d’acqua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Resistenza all’usura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Resistenza all’abrasione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Permeabilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Durezza Rockwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Proprietà ottiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Informazioni sulla progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Progettazione meccanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Valori di tensione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Calcolo dei valori sforzi-deformazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Sforzo di flessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Sforzo di trazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Progettazione per la rigidità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Aumento dello spessore della sezione . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Aggiunta di nervature mantenere la rigidità . . . . . . . . . . . . 51
Progettazione per carichi prolungati nel tempo . . . . . . . . . . . 52
Calcolo della deformazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Limiti di progettazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Concentrazioni di sforzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Filettature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Calettamento con interferenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Calcolo dell’interferenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Progettazione per lo stampaggio ad iniezione. . . . . . . . . . . . . . 56
Spessore di parete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Variazioni di spessore di parete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Angolo di spoglia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Nervature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Inserti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Aggetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Fissaggi a scatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Solvay Advanced Polymers – 2 –

Produzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Essiccazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Reologia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Stampaggio ad iniezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Apparecchiature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Geometria della vite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Puntali e anelli antiritorno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Ugelli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Stampi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Spoglia ed estrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Punti d’iniezione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Sfoghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Controllo della temperatura dello stampo . . . . . . . . . . . . . . 61
Impostazioni della pressa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Temperatura d’iniezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Temperature dello stampo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Temperature del cilindro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Tempo di residenza nel cilindro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Processo di stampaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Caratteristiche d’alimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Contropressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Velocità della vite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Velocità d’iniezione e sfoghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Estrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Distaccanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Ritiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Guida alla risoluzione dei problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Rimacinatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Misurazione della tensione residua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Estrusione-soffiaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Essiccazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Apparecchiature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Condizioni di lavorazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Estrusione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Pre-essiccazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Temperatura d’estrusione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Geometria della vite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Geometria della matrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Tipi di prodotti estrusi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Filo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Laminati. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Tubi e condotte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Avvio, arresto e spurgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Procedura d’avvio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Procedura d’arresto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Spurgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Termoformatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Stampaggio a compressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Operazioni secondarie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Pulizia e sgrassaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Ricottura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Processo per ottenere una bassa tensione residua . . . . . . . . 70
Ricottura in aria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Ricottura rapida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Lavorazioni meccaniche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Refrigeranti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Foratura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Filettatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Taglio alla sega. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Tornitura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Fresatura e contornitura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Finitura e decorazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Verniciatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Elettroplaccatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Stampa a caldo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Stampa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Metallizzazione sotto vuoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Assemblaggio e accoppiamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Saldatura ad ultrasuoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Saldatura a lama calda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Saldatura a solvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Saldatura rotazionale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Incollaggio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Dispositivi di fissaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Filettature ricavate per stampaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Inserti filettati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Viti autofilettanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Inserti per ultrasuoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Note. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Note. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
– 3 – Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ®

Elenco delle tabelle
Limiti di temperatura di alcuni tecnopolimeri. . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Proprietà tipiche* delle resine polisulfoniche UDEL (unità
statunitensi). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Proprietà tipiche* delle resine polisulfoniche UDEL (unità SI) . . . . 11
Proprietà di compressione del polisulfone UDEL . . . . . . . . . . . . . 15
Resistenza al taglio del polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Rapporto di Poisson per il polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Coefficiente di dilatazione termica lineare . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Conducibilità termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Punto di rammollimento Vicat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Volume specifico (cm 3 /g) di PSU in funzione della
temperatura e della pressione in fase liquida. . . . . . . . . . . . . . 27
Criteri UL di classificazione dei materiali V-0, V-1 o V-2. . . . . . . . 28
Valutazioni UL 94 per il polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Indici d’ossigeno della resina UDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Densità dei fumi del polisulfone UDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Risultati del test del filo incandescente per il polisulfone
caricato con fibra di vetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Valutazioni RTI UL per il polisulfone UDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Resistenza all’arco a secco ad alta tensione e bassa
corrente – Categorie di livello di prestazione (PLC). . . . . . . . . . 32
Indice di resistenza alle correnti striscianti –
Categorie di livello di prestazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Velocità di traccia con arco ad alta tensione –
Categorie di livello di prestazione ...................33
Accensione a filo incandescente –
Categorie di livello di prestazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Accensione con arco ad alto amperaggio –
Categorie di livello di prestazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Proprietà elettriche nel breve periodo per UL 746A . . . . . . . . . . . 34
Variazione di massa in acqua clorata statica . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Variazione di massa in acqua clorata corrente. . . . . . . . . . . . . . . 37
Ritenzione delle proprietà in seguito ad esposizione in
autoclave a vapore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Resistenza alle radiazioni gamma del polisulfone UDEL. . . . . . . . 38
Indicazioni generali sulla resistenza agli agenti chimici
dei polisulfoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Resistenza agli agenti chimici della resina UDEL P-1700 in
seguito ad immersione per sette giorni a temperatura
ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Deformazioni calcolate per barre di test sotto sforzo ESCR . . . . . 40
Legenda per le tabelle sullo stress cracking ambientale . . . . . . . 40
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad
esposizione ad agenti chimici organici per 24 ore . . . . . . . . . . 41
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad
esposizione ad agenti chimici inorganici per 24 ore . . . . . . . . . 42
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad
esposizione a fluidi per autoveicoli per 24 ore . . . . . . . . . . . . . 43
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad
esposizione a prodotti alimentari e affini per 24 ore. . . . . . . . . 44
Permeabilità del polisulfone UDEL a vari gas . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Proprietà dipendenti dalla lunghezza d’onda per
UDEL P-1700 NT11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Proprietà ottiche del polisulfone UDEL P-1700 NT11 . . . . . . . . . 47
Equazioni di massimo sforzo e di deformazione. . . . . . . . . . . . . . 49
Aree e momenti d’inerzia per alcune sezioni . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Sforzi ammissibili nella progettazione per un carico
intermittente, MPa (psi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Sforzi ammissibili nella progettazione per un carico
costante, MPa (psi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Deformazioni massime ammissibili nella progettazione di
fissaggi a scatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Condizioni iniziali di stampaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Proprietà di UDEL P-1700 dopo quattro stampaggi . . . . . . . . . . . 65
Reagenti per il test di tensione residua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Tempo di ricottura in glicerina a 166 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Solvay Advanced Polymers – 4 –

Elenco delle figure
Tipica curva sforzi-deformazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Curva sforzi-deformazioni
(modulo tangente e modulo secante) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
La fibra di vetro aumenta la resistenza alla trazione . . . . . . . . . . 13
La fibra di vetro aumenta la rigidità del polisulfone UDEL . . . . . . 13
Curva sforzi-deformazioni a trazione per le resine UDEL . . . . . . . 14
La fibra di vetro aumenta la resistenza alla flessione. . . . . . . . . . 14
La fibra di vetro aumenta il modulo a flessione . . . . . . . . . . . . . . 14
Apparecchiatura di test di proprietà flessionali . . . . . . . . . . . . . . 14
Resistenza alla compressione delle resine UDEL . . . . . . . . . . . . . 15
Modulo di compressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Strumento per il test di resistenza all’urto Izod . . . . . . . . . . . . . . 16
Resistenza all’urto Izod del polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . 16
Resistenza all’urto Izod del polisulfone UDEL P-1700
a vari raggi d’intaglio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Prova di resilienza Charpy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Resilienza Charpy del polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Impatto a trazione del polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Dettaglio di impatto Gardner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in aria a 99 °C . . . . . . . . . . 20
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in aria a 149 °C . . . . . . . . . 20
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in acqua a 23 °C. . . . . . . . . 21
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in acqua a 60 °C. . . . . . . . . 21
Modulo di scorrimento per polisulfone UDEL non caricato . . . . . . 21
Variazione tipica del modulo in funzione della temperatura . . . . . 22
Resistenza alla trazione in funzione della temperatura. . . . . . . . . 23
Modulo a trazione in funzione della temperatura . . . . . . . . . . . . . 23
Resistenza alla flessione in funzione della temperatura . . . . . . . . 23
Modulo a flessione in funzione della temperatura . . . . . . . . . . . . 23
Temperatura d’inflessione sotto carico delle resine UDEL . . . . . . 24
CLTE in funzione della temperatura per UDEL P-1700 . . . . . . . . . 25
CLTE in funzione della temperatura per UDEL GF-110 . . . . . . . . . 25
CLTE in funzione della temperatura per UDEL GF-120 . . . . . . . . . 25
CLTE in funzione della temperatura per UDEL GF-130 . . . . . . . . . 25
Calore specifico del polisulfone UDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Volume specifico del polisulfone UDEL in funzione della
temperatura e della pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Analisi termogravimetrica in azoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Analisi termogravimetrica in aria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Resistenza alla trazione di UDEL P-1700 in seguito ad
invecchiamento termico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Resistenza alla trazione di UDEL GF-130 in seguito ad
invecchiamento termico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Resistenza alla trazione in seguito ad esposizione ad
acqua a 90 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Allungamento a trazione in seguito ad esposizione ad
acqua a 90 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Resistenza delle linee di saldatura in seguito ad esposizione
ad acqua a 90°C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Modulo a trazione in seguito ad esposizione ad acqua a 90 °C . . 36
Resistenza all’urto Izod con intaglio in seguito ad esposizione
ad acqua a 90 °C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Assorbimento d’acqua del polisulfone UDEL . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Durezza Rockwell, scala M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Trasmittanza della luce di UDEL P-1700 NT11 a varie
lunghezze d’onda e vari spessori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Variazione dell’indice di rifrazione in funzione della
lunghezza d’onda per UDEL P-1700 NT11 . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Aggiunta di nervature per ottenere rigidità. . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Esempio di trave utilizzata per un carico prolungato . . . . . . . . . . 52
Fattore di concentrazione di sforzi per spigoli interni . . . . . . . . . . 54
Progettazione degli spigoli per minimizzare le tensioni . . . . . . . . 54
Progettazione corretta di una filettatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Esempio di accoppiamento per pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Distanza di flusso in funzione dello spessore per
UDEL P-1700 PSU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Transizione dello spessore di parete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Impiego di spoglia per facilitare il distacco dallo stampo . . . . . . . 56
Geometria raccomandata per le nervature. . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Linee guida generali per la progettazione di aggetti. . . . . . . . . . . 57
Progettazione di fissaggi a scatto utilizzando una trave diritta . . . 58
Progettazione di fissaggi a scatto utilizzando una trave
rastremata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Costante di proporzionalità (K) per una trave rastremata . . . . . . . 58
Essiccazione del polisulfone UDEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Reologia della resina UDEL P-3500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Reologia della resina UDEL P-1700 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Geometria della vite per lo stampaggio ad iniezione . . . . . . . . . . 61
Geometria del concentratore d’energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Progettazioni del giunto per l’incollaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Progettazione dei dispositivi di fissaggio meccanici. . . . . . . . . . . 75
Progettazione di aggetti per viti autofilettanti. . . . . . . . . . . . . . . . 75
Progettazione di aggetti per inserti ultrasonici . . . . . . . . . . . . . . . 76
– 5 – Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ®

Proprietà chimiche
Struttura chimica – Relazione tra le proprietà
Il polisulfone UDEL è un materiale termoplastico amorfo ad elevate
prestazioni, rigido e resistente, che può essere stampato, estruso e
termoformato in un’ampia tipologia di forme.
Il polisulfone UDEL ha la seguente struttura ripetitiva, o unità di
base:
CH 3 O
O S
O
CH 3
Questa unità strutturale è composta da unità fenilene legate da tre
diversi gruppi chimici, isopropilidene, etere e sulfone, ciascuno dei
quali apporta specifiche proprietà al polimero. La complessa
struttura ripetitiva conferisce al polimero intrinseche proprietà che,
tradizionalmente, vengono ottenute soltanto tramite l’aggiunta di
stabilizzanti o di altri modificatori.
La caratteristica più significativa della catena principale è la
presenza del gruppo difenilen sulfone:
O
N=50-80
Per sfruttare al meglio i contributi potenziali della struttura del
difenilen sulfone in una resina termoplastica, queste unità devono
essere legate ad altri gruppi, termicamente ed idroliticamente
stabili, che conferiranno le desiderate proprietà per la lavorazione
e per l’utilizzo finale.
Un certo grado di flessibilità nella catena principale del polimero
risulta necessario per conferire tenacità. Tale caratteristica è
fornita mediante il legame etere e moderatamente aumentata dal
legame isopropilidenico. I legami etere contribuiscono inoltre alla
stabilità termica. In modo analogo, sia il legame etere sia il legame
isopropilidenico apportano una certa flessibilità alla catena,
rendendo il materiale più facilmente lavorabile a basse
temperature.
La struttura chimica del polisulfone è quindi direttamente
responsabile dell’eccellente combinazione di proprietà intrinseche
alla resina, anche senza l’aggiunta di modificatori. Il polisulfone è
rigido, resistente e tenace. Nella sua forma naturale è trasparente
e mantiene le proprietà fisiche ed elettriche in un ampio intervallo
di temperature. La stabilità allo stato fuso ne consente la
produzione mediante i processi di lavorazione dei materiali
termoplastici e le tecniche di fabbricazione convenzionali.
È resistente all’ossidazione e stabile termicamente, pertanto può
tollerare alte temperature d’utilizzo per lunghi periodi.
O
S
O
difenilen sulfone
L’influenza di questo gruppo sulle proprietà delle resine è stata
oggetto di approfondite ricerche a partire dai primi anni ’60. I
contributi di questo gruppo sono risultati evidenti in seguito
all’analisi delle sue caratteristiche elettroniche. L’atomo di zolfo (in
ogni gruppo) si trova nello stato d’ossidazione più elevato. Inoltre, il
gruppo sulfone tende ad attirare gli elettroni degli anelli benzenici
adiacenti, impoverendoli di elettroni. La struttura ad elevata
risonanza del gruppo difenilen sulfone conferisce anche stabilità
termica, conferendo una notevole forza ai legami chimici.
Le sostanze stabili all’ossidazione resistono vigorosamente alla
tendenza a donare elettroni ad un ossidante. Ne consegue, quindi,
che l’intero gruppo difenilen sulfone è intrinsecamente resistente
all’ossidazione.
Pertanto, una notevole quantità d’energia incidente sotto forma di
calore o radiazione ionizzante può essere dissipata senza
provocare scissione di catena o reticolazione. I polimeri con catena
principale non aromatica non dispongono di analoghe
caratteristiche di risonanza, non sono in grado di assorbire energia
mediante questo meccanismo e risultano di conseguenza meno
stabili.
Il gruppo difenilen sulfone conferisce dunque all’intera molecola
polimerica alcune caratteristiche intrinseche, quali stabilità
termica, resistenza all’ossidazione e rigidità, anche a temperature
elevate.
Proprietà chimiche – 6 – Solvay Advanced Polymers

Informazioni sul prodotto
Scelta del materiale
Le resine UDEL sono polimeri sulfonici amorfi e presentano
numerose caratteristiche interessanti, quali resistenza all’idrolisi,
stabilità termica, ritenzione delle proprietà meccaniche a
temperature elevate, chiarezza e trasparenza.
Questo materiale è disponibile sia in gradi non caricati sia in gradi
rinforzati con fibra di vetro. I gradi non caricati sono disponibili in
una gamma di valori di viscosità.
Il polisulfone UDEL è indicato in tutti i casi in cui si richiedono
elevate prestazioni termiche, resistenza intrinseca alle fiamme,
migliore resistenza agli agenti chimici e buone proprietà
meccaniche. I valori consigliati per la temperatura massima
d’utilizzo sono riportati in tabella 1 e possono essere d’aiuto per
paragonare il polisulfone agli altri tecnopolimeri.
Tabella 1
Limiti di temperatura di alcuni tecnopolimeri
Tecnopolimero
Temperatura massima di utilizzo
°F °C
Fenolico – uso generale 300-350 149-177
Polisulfone 284-320 140-160
Policarbonato 250 121
Lega di zinco pressofuso 250 121
Ossido di polifenilene modificato 200-220 93-104
Polipropilene 225 107
Poliammidi 170-240 77-116
Poliacetale 185-220 85-104
Nomenclatura
Il sistema di nomenclatura per le resine UDEL utilizza il prefisso
P per identificare i gradi non rinforzati. I gradi rinforzati con fibra di
vetro vengono identificati con il prefisso GF. La sequenza numerica
dopo la lettera P è un’indicazione della viscosità del fuso (peso
molecolare): P-3500 è il grado a più alta viscosità disponibile in
commercio. P-3500 risulta molto adatto per l’estrusione e le
membrane microporose. P-1700 è un materiale a viscosità media
progettato soprattutto per le applicazioni di stampaggio ad
iniezione.
Nella nomenclatura delle resine rinforzate con fibra di vetro, le
ultime due cifre della sequenza numerica dopo il prefisso GF
indicano la proporzione in peso del rinforzo in fibra di vetro nel
prodotto. Ad esempio, UDEL GF-120 identifica una resina di
polisulfone rinforzata con fibra di vetro al 20%.
Sono disponibili numerose resine UDEL colorate, standard o
prodotte su ordinazione. I colori sono identificati con un suffisso YY
XXX in cui YY è l’indicatore del colore e XXX è una sequenza
numerica che indica un colore specifico. Ad esempio, BK 937
indica una resina di colore nero, mentre 937 indica una
formulazione specifica.
Imballo
Il polisulfone UDEL è disponibile sotto forma di granuli in sacchi da
25 kg o in scatole rivestite da 500 kg.
Grazie alle proprietà termiche, meccaniche e di resistenza agli
agenti chimici superiori rispetto alle resine più convenzionali, il
polisulfone UDEL rappresenta la migliore soluzione in numerose
applicazioni quali: apparecchiature medicali, componenti
elettronici, apparecchiature elettriche, elettrodomestici, sistemi
idraulici e apparecchiature di tipo generale. Per ulteriori esempi di
applicazioni del polisulfone UDEL, visitare il sito Web all’indirizzo
http://www.solvayadvancedpolymers.com.
I gradi rinforzati con fibra di vetro offrono una migliore rigidità e
stabilità dimensionale, con conseguenti vantaggi in termini di
resistenza al creep, resistenza agli agenti chimici e minore
dilatazione termica.
Il polisulfone UDEL può essere prodotto in una vasta gamma di
colori, sia trasparenti che opachi.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 7 – Scelta del materiale

Conformità agli standard
In tutto il mondo sono stati costituiti numerosi enti e definiti molti
standard per garantire che i materiali utilizzati a diretto contatto
con l’acqua potabile e con gli alimenti non abbiano effetti dannosi
sulla salute. Molti di questi enti tutelano la conformità dei prodotti
classificati ai requisiti specifici dei relativi standard, attraverso
ispezioni e altri mezzi d’indagine. Tali standard sono relativi a:
Acqua potabile
ANSI/NSF Standard 61 – Drinking Water System
Component – Health Effects.
Water Regulations Advisory Scheme – Items Which Have
Passed Full Test of Effect on Water Quality – BS6920.
Kunststoff Trinkwasser Empfehlungen (KTW) – Ente Federale
tedesco per la Sanità.
DVGW Arbeitsblatt W 270 December 1990 – Micro Organism
Growth in Drinking Water.
Contatto con gli alimenti
United States Food and Drug Administration (FDA) –
è conforme alle specifiche della FDA 21CFR177.1655 per
l’uso ripetuto e l’uso occasionale (selezionato) a contatto con
alimenti nelle condizioni d’utilizzo specificate nel riferimento.
3A Sanitary Standards – Plastic Materials Used in Dairy
Equipment.
NSF Standard 51 – Plastic Materials and Components Used
in Food Equipment.
Direttiva 90/128/ CEE della Commissione Europea – Direttiva
della Commissione relativa ai materiali plastici e agli oggetti
di materia plastica destinati a venire a contatto con i prodotti
alimentari.
Ambito medico
United States Pharmacopeia (U.S.P.) – In conformità con
criteri di U.S.P. per materiali plastici di classe VI.
NSF International
I prodotti approvati per l’uso in conformità agli standard NSF sono
elencati nel sito Web NSF all’indirizzo: http://www.NSF.org.
Underwriters’ Laboratories
Underwriters’ Laboratories Inc. (UL) è un ente indipendente a scopo
non lucrativo per i test e la certificazione sulla sicurezza dei
prodotti. Numerosi gradi di polisulfone UDEL sono riportati negli
elenchi di Underwriters’ Laboratories. Un elenco dettagliato è
disponibile nel sito Web all’indirizzo
http://data.ul.com/iqlink/index.asp.
Elenchi di gradi speciali
Numerosi gradi di polisulfone UDEL rientrano in ognuno di questi
standard. Informazioni specifiche sugli elenchi esistenti sono
disponibili presso i rappresentanti di zona Solvay Advanced
Polymers.
Raccordi
Vanguard Piping Systems ha scelto il polisulfone UDEL per la sua linea
di raccordi da utilizzare con tubi di polietilene reticolato. Il polisulfone
UDEL, scelto grazie alla sua capacità di tollerare esposizioni di lunga
durata a contatto con acqua calda clorata sotto pressione, è
classificato da NSF International fra i prodotti adatti all’uso a contatto
con acqua calda potabile. A partire dal 1989 sono stati installati in
abitazioni milioni di raccordi prodotti in conformità al codice HUD.
Conformità agli standard – 8 – Solvay Advanced Polymers

Proprietà
Le proprietà meccaniche di un materiale sono di fondamentale
importanza nella progettazione di componenti. Il progettista deve
fare corrispondere i requisiti dell’applicazione alle proprietà
meccaniche del materiale per ottenere un progetto ottimale del
pezzo.
Le proprietà meccaniche dei materiali polimerici, rispetto a quelle
dei metalli, dipendono in misura maggiore dal tempo e dalla
temperatura. Esse possono anche essere maggiormente
influenzate da fattori ambientali. Per progettare correttamente con
i materiali polimerici, il progettista deve considerare non soltanto le
proprietà meccaniche nel breve periodo, ma anche i requisiti in
termini di tempo, temperatura e ambiente di ogni applicazione.
Proprietà meccaniche
Le proprietà meccaniche che vengono generalmente elencate nella
scheda tecnica del fornitore sono proprietà nel breve periodo. In
alcuni casi, questi valori possono essere considerati come
un’indicazione delle caratteristiche massime assolute di un
materiale.
I valori delle proprietà sono ottenuti preparando speciali provini e
sottoponendoli a un carico crescente fino a quando non si verifica
un collasso, generalmente una rottura. Questi provini sono
progettati specificamente per ottenere risultati riproducibili quando
i test vengono eseguiti in condizioni ideali. Poiché i test vengono
eseguiti in tempi brevi, gli effetti relativi al tempo vengono ridotti al
minimo.
I fattori ambientali vengono eliminati eseguendo i test in un
ambiente controllato ed evitando, di conseguenza, qualsiasi
riduzione delle proprietà derivante da un’esposizione chimica.
Le proprietà meccaniche nel breve periodo generalmente
comprendono:
resistenza e modulo a trazione,
resistenza e modulo a flessione,
resistenza all’urto Izod con e senza intaglio,
resistenza alla compressione,
resistenza al taglio e,
durezza superficiale.
Cartuccia per rubinetto
Moen ha scelto il polisulfone UDEL per i componenti della cartuccia
PureTouch. I requisiti per il materiale includono la resistenza
all’acqua depurata e l’approvazione per l’uso a contatto con l’acqua
potabile. Un’altra considerazione importante è la capacità di stampare
componenti molto complessi in modo molto accurato e di mantenere
tolleranze strette.
Tabelle delle proprietà tipiche
Le proprietà tipiche nel breve periodo delle resine polisulfoniche
UDEL sono riportate nelle tabelle 2 (unità statunitensi) e 3 (unità SI).
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 9 – Proprietà meccaniche

US Tabella 2
Proprietà tipiche* delle resine polisulfoniche UDEL (unità statunitensi)
Proprietà
Meccaniche
Norma
ASTM Unità di misura P-1700 P-1720 P-3500 GF-110 GF-120 GF-130
Resistenza alla trazione D 638 kpsi 10,2 10,2 10,2 11,3 14,0 15,6
Modulo a trazione D 638 kpsi 360 360 360 530 750 1.070
Allungamento alla rottura a trazione D 638 % 50-100 50-100 50-100 4 3 2
Resistenza alla flessione D 790 kpsi 15,4 15,4 15,4 18,5 21,5 22,4
Modulo a flessione D 790 kpsi 390 390 390 550 800 1.100
Resistenza all’urto Izod D 256 piedi-libbre/pollici
– con intaglio 1,3 1,3 1,3 0,9 1,0 1,3
– senza intaglio NR** NR** NR** 9
Impatto a trazione D 1822 piedi-libbre/pollici 2 200 160 200 48 52 54
Resistenza alla compressione D 695 kpsi 13,9 13,9 17,8 22,0 25,6
Modulo di compressione D 695 kpsi 374 374 590 840 1.160
Durezza Rockwell D 785 M69 M69 M69 M80 M83 M86
Termiche
Temperatura d’inflessione sotto carico D 648 °F
a 264 psi 345 345 345 354 356 358
Coefficiente di dilatazione termica E 831 ppm/°F
– direzione di flusso 31 31 31 22 13 10
– direzione trasversale 31 31 31 27 27 27
Conducibilità termica C 177
BTU-pollici/
piedi² ore °F
1,8 1,8 1,8
Indice d’ossigeno D 2863 % 26 32 30 31 31 32
Classificazione di autoestinguenza
UL94 (0,059 pollici)
Elettriche
UL94 HB V-0 HB HB V-1
Rigidità dielettrica D 149 V/mil 425 425 475 475 475
Resistività di volume D 257 ohm-cm 3x10 16 3x10 16 3x10 16 2x10 16 2x10 16
Resistività di superficie D 257 ohm 4x10 15 4x10 15 4x10 15 4x10 15 6x10 15
Costante dielettrica D 150
– a 60 Hz 3,3 3,3 3,5 3,3 3,6
– a 1 kHz 2,9 2,9 2,9 3,0 3,0
– a 1 MHz 4,1 4,1 4,4 4,6 4,7
Fattore di dissipazione
– a 60 Hz 0,0007 0,0007 0,0007 0,0008 0,0007
– a 1 kHz 0,0010 0,0010 0,0011 0,0014 0,0014
– a 1 MHz 0,0060 0,0060 0,0060 0,0060 0,0050
Generali
Gravità specifica D 792 1,24 1,24 1,24 1,32 1,39 1,48
Assorbimento d’acqua*** D 570 %
– 24 ore 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1
– 30 giorni 0,5 0,5 0,5 0,3 0,3 0,2
MFI a 650 °F, 2,16 kg D 1238 g/10 min 7,0 7,0 4,0 6,5 6,5 6,5
Ritiro allo stampaggio D 955 % 0,7 0,7 0,7 0,4 0,3 0,2
*Le proprietà dei singoli lotti possono variare entro i limiti delle specifiche. **NR= nessuna rottura. ***Misurato da “essiccato dopo stampaggio”.
Proprietà meccaniche – 10 – Solvay Advanced Polymers

Tabella 3
Proprietà tipiche* delle resine polisulfoniche UDEL (unità SI)
Proprietà
Meccaniche
Norma
ASTM
Unità di
misura P-1700 P-1720 P-3500 GF-110 GF-120 GF-130
Resistenza alla trazione D 638 MPa 70,3 70,3 70,3 77,9 96,5 107,6
Modulo a trazione D 638 GPa 2,48 2,48 2,48 3,65 5,17 7,38
Allungamento alla rottura a trazione D 638 % 50-100 50-100 50-100 4 3 2
Resistenza alla flessione D 790 MPa 106 106 106 128 148 154
Modulo a flessione D 790 GPa 2,69 2,69 2,69 3,79 5,52 7,58
Resistenza all’urto Izod D 256 J/m
– con intaglio 69 69 69 48 53 69
– senza intaglio NR** NR** NR** 477
Impatto a trazione D 1822 kJ/m 2 420 337 420 100 110 109
Resistenza alla compressione D 695 MPa 96 96 123 152 176
Modulo di compressione D 695 GPa 2,58 2,58 4,07 5,79 8,00
Durezza Rockwell D 785 M69 M69 M69 M80 M83 M86
Termiche
Temperatura d’inflessione sotto carico D 648 °C
a 1,8 MPa 174 174 174 179 180 181
Coefficiente di dilatazione termica E 831 ppm/°C
– direzione di flusso 57 57 57 40 23 19
– direzione trasversale 57 57 57 49 49 49
Conducibilità termica C 177 W/mK 0,26 0,26 0,26
Indice d’ossigeno D 2863 % 26 32 30 31 31 32
Classificazione di autoestinguenza
UL94 (1,5 mm)
UL94 HB V-0 HB HB V-1
Elettriche
Rigidità dielettrica D 149 kV/mm 17 17 19 19 19
Resistività di volume D 257 ohm-cm 3x10 16 3x10 16 3x10 16 2x10 16 2x10 16
Resistività di superficie D 257 ohm 4x10 15 4x10 15 4x10 15 4x10 15 6x10 15
Costante dielettrica D 150
– a 60 Hz 3,3 3,3 3,5 3,3 3,6
– a 1 kHz 2,9 2,9 2,9 3,0 3,0
– a 1 MHz 4,1 4,1 4,4 4,6 4,7
Fattore di dissipazione
– a 60 Hz 0,0007 0,0007 0,0007 0,0008 0,0007
– a 1 kHz 0,0010 0,0010 0,0011 0,0014 0,0014
– a 1 MHz 0,0060 0,0060 0,0060 0,0060 0,0050
Generali
Gravità specifica D 792 1,24 1,24 1,24 1,33 1,40 1,49
Assorbimento d’acqua*** D 570 %
– 24 ore 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1
– 30 giorni 0,5 0,5 0,5 0,3 0,3 0,2
MFI a 343 °C, 2,16 kg D 1238 g/10 min 7 7 4,0 6,5 6,5 6,5
Ritiro allo stampaggio D 955 % 0,7 0,7 0,7 0,4 0,3 0,2
*Le proprietà dei singoli lotti possono variare entro i limiti delle specifiche. **NR= nessuna rottura. ***Misurato da “essiccato dopo stampaggio”.
SI
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 11 – Proprietà meccaniche

Proprietà tensili
Le proprietà tensili vengono determinate fissando ciascuna
estremità di un provino alle ganasce di una macchina di test.
La macchina applica una forza unidirezionale assiale al provino
con una velocità specificata in conformità alla norma ASTM D 638.
Si definisce sforzo di trazione il valore della forza richiesta per
separare le ganasce diviso per l’area della minima sezione
trasversale. Il provino si allunga come conseguenza della forza
applicata e il valore dell’allungamento diviso per la lunghezza
originale del provino rappresenta la deformazione.
Se si riporta su un grafico lo sforzo applicato e la deformazione
risultante, si ottiene una curva simile a quella della figura 1 per
polimeri duttili quali i polisulfoni.
La parte iniziale della curva sforzi-deformazioni, come mostrato in
figura 2, è particolarmente interessante, poiché la pendenza
nell’area in cui la deformazione è direttamente proporzionale allo
sforzo definisce il modulo elastico. La misurazione precisa della
pendenza di una linea curva risulta difficile. Sono state sviluppate
alcune convenzioni per standardizzare la misurazione e limitare la
variabilità nei risultati dei test. Un metodo utilizza la pendenza di
una retta tangente alla curva, mentre un altro utilizza la pendenza
di una secante tracciata a partire dall’origine ed un livello di
deformazione arbitrariamente predefinito. Per i dati del modulo a
trazione riportati in questa pubblicazione è stato utilizzato il
metodo della tangente.
I polimeri duttili subiscono uno snervamento prima della rottura.
All’inizio dell’allontanamento delle ganasce, lo sforzo richiesto per
allungare il provino è direttamente proporzionale all’allungamento
o alla deformazione. Con il procedere del test, i provini evidenziano
maggiori valori di deformazione permanente fino al momento in
cui non si raggiunge un ulteriore allungamento con l’applicazione
di una forza inferiore al valore proporzionale. Questo punto viene
chiamato snervamento e il valore dello sforzo viene spesso
chiamato resistenza a trazione allo snervamento. L’allungamento
viene chiamato allungamento allo snervamento o deformazione
allo snervamento. Con il procedere del test, il provino viene
allungato fino a quando non si verifica la rottura. Il valore della
forza corrispondente viene chiamato resistenza alla rottura a
trazione o resistenza alla trazione limite. La norma per determinare
le proprietà relative alla trazione, ASTM D 638, definisce la
resistenza alla trazione come il valore maggiore tra la
sollecitazione allo snervamento o la sollecitazione a rottura.
Figura 1
Tipica curva sforzi-deformazioni
Sforzo
Snervamento
Vedi
inserto
Deformazione, %
Figura 2
Curva sforzi-deformazioni
(modulo tangente e modulo secante)
Sforzo
Deformazione, %
Tangente
Secante
Proprietà meccaniche – 12 – Solvay Advanced Polymers

Le figure 3 e 4 riportano la resistenza e il modulo a trazione del
polisulfone UDEL non caricato e rinforzato con fibra di vetro. Come
prevedibile, l’aggiunta di fibra di vetro migliora sia la resistenza sia
la rigidità.
Figura 3
La fibra di vetro aumenta la resistenza alla trazione
Resistenza alla trazione, kpsi
Resistenza alla trazione, MPa
Contenuto di fibra di vetro, %
Figura 4
La fibra di vetro aumenta la rigidità del polisulfone UDEL
Componenti per macchine del caffé
Modulo a trazione, kpsi
Modulo a trazione, GPa
Keurig Premium Coffee Systems
utilizza il polisulfone UDEL P-1700 per
la produzione delle sue caffettiere a
pressione brevettate. I componenti
interni in resina UDEL (copriserbatoio
riscaldante, dosatazze, coperchio,
imbuto e porta tazze “K-Cup”) sono in
grado di sopportare esposizioni
prolungate ad alte temperature e
resistono ai residui di acidi minerali e
soluzioni alcaline e saline, contaminanti
comunemente presenti nelle reti di distribuzione idrica.
Contenuto di fibra di vetro, %
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 13 – Proprietà meccaniche

Curve sforzi-deformazioni
Le curve sforzi-deformazioni a trazione per il polisulfone UDEL
naturale e rinforzato con fibra di vetro sono riportate in figura 5.
Figura 7
La fibra di vetro aumenta la resistenza alla flessione
Figura 5
Curva sforzi-deformazioni a trazione per le resine UDEL
16
14
12
80
60
Resistenza alla flessione, kpsi
Resistenza alla flessione, MPa
Sforzo, kpsi
10
8
6
40
Sforzo, MPa
Contenuto di fibra di vetro, %
4
2
P-1700
GF-110
GF-120
GF-130
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Deformazione, %
20
0
Figura 8
La fibra di vetro aumenta il modulo a flessione
Proprietà flessionali
Le proprietà flessionali vengono determinate in base alla norma
ASTM D 790 utilizzando il metodo di carico a tre punti evidenziato
in figura 6. Con questa metodologia, il provino delle dimensioni di
127 x 13 x 3,2 mm è appoggiato su due punti mentre il carico
viene applicato sulla mezzeria. Il provino viene fatto flettere fino a
rottura o fino a quando la deformazione della fibra esterna non
raggiunge il 5%.
Il test a flessione fornisce informazioni sul comportamento del
materiale alla piegatura. In questo test, la barretta viene sottoposta
contemporaneamente a trazione e a compressione.
Figura 6
Apparecchiatura di test di proprietà flessionali
Modulo a flessione, kpsi
Contenuto di fibra di vetro, %
Modulo a flessione, GPa
Carico applicato
Proprietà meccaniche – 14 – Solvay Advanced Polymers

Proprietà di compressione
La resistenza alla compressione e il modulo di compressione sono
stati misurati in conformità alla norma ASTM D 695. In questo test,
il provino viene posizionato tra due piastre parallele. Le piastre
vengono avvicinate e vengono misurate la forza necessaria per
spingere le piastre l’una verso l’altra e la loro distanza. La forza
massima sopportata dal provino (che sarà generalmente il carico a
rottura) rappresenta la resistenza alla compressione, mentre la
pendenza della curva sforzi-deformazioni rappresenta il modulo di
compressione.
Tabella 4
Proprietà di compressione del polisulfone UDEL
Resistenza
Modulo
Grado
kpsi MPa kpsi GPa
P-1700/P-3500 13,9 96 374 2,58
GF-110 17,8 123 590 4,07
GF-120 22,0 152 840 5,79
GF-130 25,6 176 1160 8,00
Figura 9
Resistenza alla compressione delle resine UDEL
Resistenza alla compressione, kpsi
Contenuto di fibra di vetro, %
Resistenza alla compressione, MPa
Proprietà di resistenza al taglio
La resistenza al taglio viene determinata in base alla norma ASTM
D 732. In questo test, una placca viene posizionata su una piastra
con un foro sotto il provino. Un punzone di diametro leggermente
inferiore rispetto al foro viene spinto nel materiale, facendo
fuoriuscire un disco circolare. La forza massima viene definita
resistenza al taglio.
Tabella 5
Resistenza al taglio del polisulfone UDEL
Grado UDEL
kpsi
Resistenza al taglio
MPa
P-1700 allo snervamento 6,0 41
P-1700 alla rottura 9,0 62
GF-110 alla rottura 8,1 56
GF-120 alla rottura 8,4 58
GF-130 alla rottura 8,6 59
Figura 10
Modulo di compressione
Modulo di compressione, kpsi
Modulo di compressione, GPa
Contenuto di fibra di vetro, %
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 15 – Proprietà meccaniche

Proprietà di resistenza all’urto
Poiché i polimeri sono viscoelastici, le relative proprietà dipendono
dalla velocità con cui viene applicato il carico. Quando tale velocità
è elevata, il pezzo viene sottoposto a sollecitazione impulsiva.
Un esempio di una comune sollecitazione impulsiva è un test
d’impatto in cui il pezzo di plastica viene fatto cadere da un’altezza
nota su una superficie dura e non flessibile, quale un pavimento in
cemento. Affinché un oggetto di plastica non subisca danni causati
dalla collisione, deve essere in grado di assorbire l’energia
rapidamente trasferita al pezzo dall’urto. La capacità di un oggetto
di plastica di assorbire energia dipende dalla sua forma, dalle
dimensioni, dallo spessore e dalla natura del materiale plastico.
I metodi per il test della resistenza agli urti attualmente in uso non
forniscono al progettista informazioni che possano essere utilizzate
in modo analitico. I test risultano utili soltanto per determinare la
resistenza agli urti e per confrontare la relativa sensibilità
all’intaglio dei materiali.
Izod con intaglio
Il test Izod con intaglio (ASTM D 256) è uno dei metodi più
diffusamente utilizzati per confrontare i materiali polimerici. In
questo test viene preparato un provino con un intaglio di geometria
predefinita. Il provino intagliato viene poi percosso da un pendolo
oscillante, come illustrato in figura 11.
Figura 11
Strumento per il test di resistenza all’urto Izod
Urto
Dopo l’urto il pendolo continua ad oscillare, ma con energia minore
a causa della collisione. La quantità d’energia persa viene definita
resistenza all’urto Izod in unità Joule/metro (piede-libbra/pollice) di
spessore della trave.
La rottura da impatto di un materiale richiede che si formi una
criccatura, la quale successivamente si propaga nel provino. Nel
test Izod con intaglio, l’intaglio stesso funge da cricca e il test
misura in primo luogo la resistenza alla propagazione della cricca.
Quando il test viene effettuato senza intaglio, è necessario che si
formi dapprima una criccatura e quindi che essa si propaghi.
I risultati del test di resistenza all’urto Izod con intaglio sono
riportati in figura 12.
Figura 12
Resistenza all’urto Izod del polisulfone UDEL
Resistenza all’urto Izod, piedi-libbre/pollici
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Contenuto di fibra di vetro, %
Resistenza all’urto Izod, J/m
Raggio
dell'intaglio
Morsa
Proprietà meccaniche – 16 – Solvay Advanced Polymers

Sensibilità dell’intaglio
Il raggio standard dell’intaglio per il test di resistenza all’urto Izod è
di 0,254 mm. Per valutare l’effetto dell’acutezza dell’intaglio sulla
resistenza all’urto del polisulfone UDEL, sono stati preparati provini
con diversi raggi dell’intaglio. Questi provini sono stati testati in
base alla norma ASTM D 256. I risultati in figura 13 evidenziano
con chiarezza che raggi dell’intaglio inferiori a 0,76 mm provocano
rotture fragili, mente raggi superiori a 0,76 mm provocano un
comportamento duttile e buona tenacità.
In generale, quando possibile tutti i raggi degli spigoli dovrebbero
essere maggiori di 0,76 mm per evitare rotture fragili causate da
un’elevata concentrazione di sforzi.
Figura 13
Resistenza all’urto Izod del polisulfone UDEL P-1700
a vari raggi d’intaglio
Figura 14
Prova di resilienza Charpy
Blocchi di sostegno
Provino
Urto
Raggio dell’intaglio, mm
Resistenza all’urto Izod, piedi-libbre/pollici
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
30
25
20
15
10
5
Raggio standard dell'intaglio
0
0
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035
Raggio dell’intaglio, pollici
1600
1400
1200
1000
Charpy
La prova di resilienza Charpy viene effettuata in conformità alla
norma ISO 179. Questa prova è simile al test Izod con intaglio, in
quanto nel provino viene effettuato un intaglio. La principale
differenza consiste nel fatto che, nella prova Charpy, la barretta
viene appoggiata alle due estremità e percossa al centro, mentre
nel test di Izod con intaglio la barretta è appoggiata a un’estremità
e viene percossa all’altra estremità. Le situazioni dei due test sono
evidenziate nelle figure 11 e 14. Un’altra differenza risiede nel
tipo di calcolo. Nel test Izod, il valore dell’energia viene diviso per
lo spessore del campione e i risultati sono espressi in unità
Joule/metro (piede-libbra/pollice). Nella prova Charpy, il valore
dell’energia viene diviso per l’area della sezione del campione e i
risultati sono espressi in unità Joule/metro quadrato o
piede-libbra/pollice quadrato.
800
600
400
200
Resistenza all’urto Izod, J/m
Figura 15
Resilienza Charpy del polisulfone UDEL
Resilienza all’urto Charpy, J/m 2
Contenuto di fibra di vetro, %
Resilienza all’urto Charpy, piedi-libbre/pollici 2
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 17 – Proprietà meccaniche

Impatto a trazione
Il test d’impatto a trazione è simile al test di resistenza all’urto
Izod, in quanto viene utilizzato un pendolo. Tuttavia, invece di
sostenere il provino con intaglio con una trave a sbalzo e
percuotere l’estremità libera, ottenendo una flessione ad alta
velocità o test flessionale, il provino viene sottoposto a un carico di
trazione ad alta velocità. Questo test misura l’intrinseca resistenza
all’impatto di un materiale plastico. Nel provino non è presente
alcun intaglio o altra caratteristica che consenta la formazione di
una cricca.
Il metodo è descritto nella norma ASTM D 1822 e i risultati sono
riportati in figura 16.
Figura 16
Impatto a trazione del polisulfone UDEL
In questo test, il provino viene posizionato su una piastra di
supporto ed il percussore è posizionato sopra il provino. Un peso
viene quindi lasciato cadere sul percussore da diverse altezze e
viene registrato l’effetto sul provino. La rottura viene definita come
una criccatura visibile nel provino. L’energia media di rottura è
definita come l’energia richiesta per provocare rotture nel 50% dei
provini ed è uguale al prodotto della massa costante per il valore
medio dell’altezza di caduta.
Lo spessore del provino utilizzato è pari a 3,2 mm. Tra le
geometrie opzionali elencate nel metodo, è stata utilizzata la GC.
La figura 17 riporta i dettagli della geometria GC.
La resistenza all’impatto del polisulfone UDEL P-1700 in base a
questo test è maggiore di 20 J.
Figura 17
Dettaglio di impatto Gardner
Impatto a trazione, piedi-libbre/pollici 2
Impatto a trazione, kJ/m 2
Diametro di
percussore
15,86 mm
Provino
Diametro del foro
della piastra
di supporto
16,26 mm
Contenuto di fibra di vetro, %
Impatto a caduta di dardo
Un altro metodo per determinare la resistenza a un impatto
prevede la caduta di un oggetto su un provino, annotando quindi
se la collisione ha causato o meno un danno al provino stesso.
Sono stati sviluppati numerosi metodi di test utilizzanti diversi
provini, supporti per il provino, dimensioni e forme degli oggetti da
lasciare cadere. La norma utilizzata è ASTM D 5420, denominata
Impact Resistance of Flat, Rigid Plastic Specimen by Means of a
Striker Impacted by a Falling Weight (Gardner Impact).
Proprietà meccaniche – 18 – Solvay Advanced Polymers

Rapporto di Poisson
Il rapporto di Poisson è il rapporto della deformazione laterale
rispetto alla deformazione longitudinale nell’intervallo di
proporzionalità. Per illustrare questo concetto, si consideri una
barra cilindrica soggetta a una forza di trazione. La lunghezza (L)
aumenta e contemporaneamente il suo diametro (D) diminuisce.
Il rapporto di Poisson () verrebbe calcolato come:
D
D
L
L
Il valore del rapporto di Poisson è stato misurato in base alla
norma ASTM E 132.
Tabella 6
Rapporto di Poisson per il polisulfone UDEL
Grado UDEL
Rapporto di Poisson
P-1700 0,37
GF-110 0,43
GF-120 0,42
GF-130 0,41
Cartuccia per stampante
Le cartucce per stampante a getto di inchiostro sono realizzate con la
resina UDEL ® per trarre vantaggio dalle sue molteplici prestazioni.
L’eccellente resistenza agli agenti chimici permette il contatto con
l’inchiostro mentre la saldabilità ad ultrasuoni e la resistenza alle alte
temperature sono criteri chiave che consentono l’uso di tecniche di
produzione poco delicate. Inoltre, l’eccellente stabilità dimensionale
della resina UDEL garantisce tolleranze strette per produrre questi
componenti di precisione.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 19 – Proprietà meccaniche

Proprietà di creep nel lungo periodo
La risposta dei materiali a un carico meccanico viene influenzata
dalla velocità di applicazione della forza e dalla modalità di
applicazione del carico. I materiali polimerici evidenziano una
risposta meno lineare rispetto alla maggior parte dei metalli.
I progettisti devono essere consapevoli che uno sforzo costante
genera una deformazione maggiore di quella che ci si potrebbe
aspettare dal modulo di breve periodo.
Quando una barra costruita con un materiale polimerico viene
continuamente sottoposta a una forza, le sue dimensioni variano
come conseguenza di tale forza. L’immediata variazione nelle
dimensioni che si verifica al momento dell’applicazione del carico
può essere stimata dal modulo elastico. Se la forza continua ad
essere applicata, le dimensioni continuano a variare. La continua
risposta alla forza viene generalmente chiamata creep ed è
generalmente monitorata misurando la deformazione in funzione
del tempo.
Sottoposta a trazione, la barra si allungherà in funzione del tempo
di applicazione della forza. Il termine deformazione viene utilizzato
per identificare il valore di aumento della lunghezza, o
allungamento, rispetto alla lunghezza iniziale.
Il creep può anche essere osservato e misurato in flessione e
compressione. In flessione, la deformazione è rappresentata dal
valore di aumento della superficie sul lato esterno della piegatura.
In compressione, la barra di test si accorcerà e la deformazione è
rappresentata dal valore di tale accorciamento.
Quando si deve progettare un componente, le proprietà nel breve
periodo, quali la resistenza, la rigidità e la resistenza agli urti sono
parametri da tenere sempre in considerazione. Generalmente,
viene calcolata anche la massima deformazione, poiché la
deformazione influisce sulla funzionalità del componente. Quando
il componente è sottoposto a una forza costante o di lungo periodo,
le deformazioni saranno maggiori rispetto a quelle previste dalle
proprietà nel breve periodo.
Per prevedere con maggiore precisione le deformazioni, risulta
utile il modulo di scorrimento o apparente. Il modulo apparente
viene calcolato dividendo lo sforzo applicato per la deformazione
misurata successivamente all’esposizione di un carico per un
determinato tempo. Utilizzando il modulo apparente si ottiene una
previsione più precisa dei valori di deformazione successivamente
all’applicazione di una forza per un lungo periodo.
Figura 18
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in aria a 99 °C
Deformazione, %
,
,
,
,
,
,
Figura 19
Tempo, ore
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in aria a 149 °C
Deformazione, %
,
,
,
,
,
,
Tempo, ore
,
,
,
Scorrimento a trazione
La figura 18 riporta lo scorrimento a trazione di un polimero di
polisulfone a 99 °C misurato in aria.
La figura 19 riporta questa proprietà a 149 °C.
Proprietà di creep nel lungo periodo – 20 – Solvay Advanced Polymers

Scorrimento a trazione in acqua
La resistenza al creep di un polisulfone immerso in acqua è
riportata nelle figure 20 e 21. A temperatura ambiente e a un
livello di sforzo costante di 13,8 MPa, la deformazione dopo
20.000 ore è risultata pari all’1,17%. Aumentando il livello dello
sforzo a 20,7 MPa, la deformazione dopo 20.000 ore è risultata
pari soltanto all’1,55%.
Questa eccellente resistenza al creep è evidenziata anche a 60 °C,
allorché dopo 10.000 ore ad un sforzo di 10,3 MPa, la deformazione
è risultata pari all’1,19%. La deformazione dopo 10.000 ore a
13,8 MPa a 60 °C è stata soltanto dell’1,7%.
Modulo di scorrimento o apparente
La figura 22 è stata preparata calcolando il modulo dalla
deformazione, sottoponendo il polisulfone a sforzi a diverse
temperature sia in trazione che in flessione.
Figura 22
Modulo di scorrimento per polisulfone UDEL non
caricato
Figura 20
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in acqua a 23 °C
,
Deformazione, %
,
,
,
Modulo apparente, kpsi
,
,
,
,
,
Modulo apparente, Gpa
,
,
,
,
,
Tempo, ore
,
Tempo, ore
Figura 21
Scorrimento a trazione di UDEL PSU in acqua a 60 °C
,
,
Deformazione, %
,
,
,
,
,
,
,
Tempo, ore
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 21 – Proprietà di creep nel lungo periodo

Proprietà termiche
I modi in cui un materiale risponde a variazioni della temperatura
ambiente rappresentano le proprietà termiche del materiale
stesso. Queste comprendono: modifiche in resistenza e rigidità;
modifiche delle dimensioni; modifiche chimiche dovute a degrado
termico oppure a ossidazione; ammorbidimento, fusione o
distorsione; modifiche nella morfologia; semplici modifiche della
temperatura. Le proprietà dei materiali allo stato fuso vengono
descritte nella sezione Costruzione di questa pubblicazione.
Il comportamento di questi materiali durante la combustione viene
descritto nella sezione Combustione.
Temperatura di transizione vetrosa
Generalmente, quando un polimero viene riscaldato diventa
progressivamente meno rigido fino a quando non raggiunge uno
stato gommoso. La temperatura alla quale il materiale passa da
uno stato vetroso a uno stato gommoso viene definita temperatura
di transizione vetrosa (Tg). Questa temperatura è importante
poiché in corrispondenza di questa temperatura si verificano
numerose variazioni fondamentali. Queste comprendono variazioni
del volume libero del polimero, dell’indice di rifrazione,
dell’entalpia e del calore specifico.
La temperatura di transizione vetrosa è stata misurata utilizzando
la calorimetria differenziale a scansione (differential scanning
calorimetry, DSC). Con questo metodo, la temperatura di
transizione vetrosa viene definita come l’inizio della variazione
della capacità termica. Generalmente il valore misurato viene
arrotondato ai 5 °C più prossimi. Con questo metodo, il valore di Tg
per il polisulfone UDEL è pari a 185 °C.
Un altro metodo comune riporta la Tg come il punto medio della
transizione della capacità termica con DSC. Utilizzando questa
convenzione, la Tg sarà di 190 °C.
Variazioni delle proprietà meccaniche
All’aumentare della temperatura ambiente, i materiali termoplastici
diventano sempre più morbidi fino a quando non diventano fluidi.
Prima di questo punto, l’ammorbidimento può essere registrato
riportando il modulo elastico rispetto alla temperatura ambiente.
Classificazione delle resine termoplastiche
Le resine termoplastiche vengono spesso suddivise in due classi:
amorfe e semicristalline. La figura 23 evidenzia in modo generale
la differenza nella risposta alla temperatura di questi due tipi di
resine. Il modulo delle resine amorfe diminuisce lentamente
all’aumentare della temperatura fino a quando non viene raggiunta
la temperatura di transizione vetrosa (Tg). Le resine amorfe non
vengono normalmente utilizzate a temperature di servizio più alte
della temperatura di transizione vetrosa.
Il modulo delle resine semicristalline segue il comportamento delle
resine amorfe fino alla temperatura di transizione vetrosa. Alla Tg,
il modulo presenta una rapida diminuzione a un livello inferiore,
ma rimane al nuovo livello o in prossimità di esso fino a quando
non si raggiunge il punto di fusione Tm. Le resine semicristalline,
generalmente gradi rinforzati, vengono spesso utilizzate a
temperature ambiente superiori alla temperatura di transizione
vetrosa, ma inferiori ai rispettivi punti di fusione.
Figura 23
Variazione tipica del modulo in funzione della
temperatura
Modulo
8
7
6
5
4
3
2
1
Amorfo
Semicristallino
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Tg
Temperatura
Tm
Proprietà termiche – 22 – Solvay Advanced Polymers

Effetti della temperatura sulle proprietà tensili
La figura 24 evidenzia l’effetto dell’aumento della temperatura
ambiente sulla resistenza alla trazione di polisulfoni naturali e
rinforzati con fibra di vetro. La figura 25 evidenzia le stesse
informazioni per il modulo a trazione.
Effetti della temperatura sulle proprietà flessionali
L’effetto della temperatura sulla resistenza alla flessione di
polisulfoni naturali e rinforzati con fibra di vetro è evidenziato in
figura 26. L’effetto della temperatura sul modulo a flessione è
evidenziato in figura 27.
Figura 24
Resistenza alla trazione in funzione della temperatura
Figura 26
Resistenza alla flessione in funzione della temperatura
Temperatura, °F
Temperatura, °F
Resistenza alla trazione, kpsi
Resistenza alla trazione, MPa
Resistenza alla flessione, kpsi
Resistenza alla flessione, MPa
Temperatura, °C
Temperatura, °C
Figura 25
Figura 27
Modulo a trazione in funzione della temperatura
Modulo a flessione in funzione della temperatura
Temperatura, °F
Temperatura, °F
Modulo a trazione, kpsi
Modulo a trazione, GPa
Modulo a flessione, kpsi
Modulo a flessione, GPa
Temperatura, °C
Temperatura, °C
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 23 – Proprietà termiche

Temperatura d’inflessione sotto carico
Una misura delle caratteristiche termiche nel breve periodo è la
temperatura d’inflessione sotto carico descritta nella norma ASTM
D 648. In questo test, una barretta di lunghezza pari a 127 mm
viene posizionata su supporti distanti 102 mm. La barretta viene
caricata con una sollecitazione sulla fibra esterna di 0,45 MPa o di
1,82 MPa. Viene monitorata la deformazione verticale all’aumentare
della temperatura con una velocità di 2 °C/minuto. Quando la
deformazione verticale raggiunge il valore specificato di 0,25 mm,
viene registrata la temperatura come temperatura d’inflessione.
Generalmente, la temperatura d’inflessione viene anche chiamata
temperatura d’inflessione al calore (heat deflection temperature,
HDT).
Questo test misura la temperatura alla quale il modulo a flessione
del materiale sottoposto a test è approssimativamente di 240 MPa
quando la sollecitazione è pari a 0,45 MPa o 965 MPa quando la
sollecitazione è pari a 1,8 MPa.
In figura 28 sono riportate le temperature d’inflessione dei quattro
gradi di polisulfone UDEL a 1,8 MPa.
Figura 28
Temperatura d’inflessione sotto carico delle resine UDEL
I coefficienti di dilatazione termica lineare (CLTE) misurati a
temperatura ambiente per il polisulfone UDEL e per alcuni metalli
comuni sono evidenziati in tabella 7.
Tabella 7
Coefficiente di dilatazione termica lineare
Materiale ppm/°F ppm/°C
UDEL P-1700 DF* 31 56
DT 31 56
UDEL GF-110 DF 22 40
DT 27 49
UDEL GF-120 DF 13 23
DT 27 49
UDEL GF-130 DF 10 19
DT 27 49
Lega di zinco pressofuso 15 27
Lega di alluminio pressofuso 14 25
Acciaio inossidabile 10 18
Acciaio al carbonio 8 14
*DF = direzione di flusso, DT = direzione trasversale
Temperatura d’infless ione sotto carico, ° C
a 1,8 MPa (264 psi)
Contenuto di fibra di vetro, %
Coefficiente di dilatazione termica
Con l’aumentare della temperatura, la maggior parte dei materiali
aumenta di dimensione. La variazione dimensionale viene descritta
dalla seguente equazione:
L L 0
T
in cui L0 è la lunghezza originale e L e T sono le variazioni
rispettivamente della lunghezza e della temperatura. Il coefficiente
di dilatazione termica lineare () è stato misurato in base alla
norma ASTM D 696.
Temperatura d’inflessione sotto carico, °F
Il coefficiente di dilatazione termica varia in funzione dell’intervallo
di temperatura in cui viene misurato, delle dimensioni misurate e
del flusso del materiale quando è stato stampato il provino.
La figura 29 evidenzia l’effetto della temperatura e della direzione
di flusso sul coefficiente di dilatazione della resina UDEL P-1700.
Poiché questa resina è amorfa e non caricata, il coefficiente non
evidenzia alcuna sostanziale dipendenza dalla direzione di flusso e
soltanto una leggera dipendenza dalla temperatura.
La figura 30 evidenzia questa relazione per la resina UDEL GF-110
(rinforzata con il 10% di fibra di vetro). L’effetto del rinforzo si
evidenzia soprattutto nella direzione di flusso, in quanto le fibre di
vetro allineate in tale direzione ritardano la dilatazione termica e
riducono il coefficiente. In direzione perpendicolare al flusso, cioè
nella direzione trasversale, il coefficiente è sostanzialmente
identico a quello della resina non caricata.
I coefficienti per la resina UDEL GF-120 (rinforzata con il 20% di
fibra di vetro) sono riportati in figura 31. L’influenza
dell’orientamento della fibra di vetro nella direzione di flusso è
evidenziata dalla sostanziale riduzione del CLTE in tale direzione.
In figura 32 sono riportati i coefficienti della resina UDEL GF-130
(rinforzata con il 30% di fibra di vetro). Le fibre di vetro riducono
sostanzialmente la dilatazione nella direzione di flusso a circa la
metà rispetto a quella di una resina non caricata. La geometria dei
provini accentua la tendenza delle fibre di vetro a orientarsi nella
direzione di flusso. Nel componente reale, è probabile che il
modello del flusso sia più complesso e il coefficiente di dilatazione
reale si trovi tra i valori riportati.
Proprietà termiche – 24 – Solvay Advanced Polymers

Quando materiali con diversi coefficienti di dilatazione vengono
uniti si verificheranno sollecitazioni termiche. I valori riportati nelle
figure da 29 a 32 devono consentire ai progettisti di calcolare
l’intensità degli sforzi generati dalla dilatazione termica.
Figura 29
Figura 31
CLTE in funzione della temperatura per UDEL P-1700
CLTE in funzione della temperatura per UDEL GF-120
Temperatura, °F
Temperatura, °F
Coefficiente di espansione termica, ppm/°C
Coefficiente di espansione termica, ppm/°F
Coefficiente di espansione termica, ppm/°C
Coefficiente di espansione termica, ppm/°F
Temperatura, °C
Temperatura, °C
Figura 30
CLTE in funzione della temperatura per UDEL GF-110
Figura 32
CLTE in funzione della temperatura per UDEL GF-130
Temperatura, °F
Temperatura, °F
Coefficiente di espansione termica, ppm/°C
Coefficiente di espansione termica, ppm/°F
Coefficiente di espansione termica, ppm/°C
Coefficiente di espansione termica, ppm/°F
Temperatura, °C
Temperatura, °C
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 25 – Proprietà termiche

Conducibilità termica
I polimeri, in generale, non sono buoni conduttori di calore.
In numerose applicazioni questa caratteristica è desiderabile,
poiché il polimero funge da isolante termico. La tabella 8 riporta le
conducibilità termiche relative, misurate in base alla norma
ASTM E 1530, delle resine polisulfoniche UDEL come pure di altri
materiali di uso comune.
Tabella 8
Conducibilità termica
Materiale
Punto di rammollimento Vicat
Conducibilità termica
Btu-pollici/ora-piedi 2 -F
W/mK
UDEL P-1700 1,80 0,26
UDEL GF-110 1,32 0,19
UDEL GF-120 1,38 0,20
UDEL GF-130 1,52 0,22
Acciaio inossidabile 140-250 20-37
Carbone 36-60 5-9
Legno (asse in materiale granulare) 12 1,7
Gomma 1,00 0,14
Calore specifico
Il calore specifico è definito come la quantità di calore necessaria
per variare di un grado la temperatura di un’unità di massa.
In figura 33 è riportata la relazione tra calore specifico di un
polisulfone e la temperatura.
Figura 33
Calore specifico del polisulfone UDEL
Calore specifico, Cal/g°C
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Temperatura, °F
Temperatura, °C
Calore specifico, J/kgK
Questo test, ASTM D 1525, misura la temperatura alla quale un
punteruolo con le estremità piatte e con una sezione circolare di
1 mm 2 penetra nel provino ad una profondità di 1 mm sotto un
peso di 1 kg utilizzando una velocità costante di incremento della
temperatura di 50 °C all’ora. I risultati dei polisulfoni UDEL sono
riportati in tabella 9.
Tabella 9
Punto di rammollimento Vicat
Punto di rammollimento Vicat
Grado UDEL
°F °C
P-1700 370 188
GF-110 378 192
GF-120 378 192
GF-130 378 192
Cartuccia termostatica per rubinetto
FM Mattsson ha scelto il polisulfone UDEL al posto dell’ottone nella
produzione delle valvole termostatiche per docce e bagni. Prodotta fin
dall’inizio degli anni ’80, la valvola ha dimostrato di resistere ai
problemi connessi al deposito calcareo e alla corrosione, che non
interferiscono con il funzionamento.
Proprietà termiche – 26 – Solvay Advanced Polymers

3
Volume specifico
I dati PVT (pressione, volume, temperatura) sono i valori delle
equazioni di stato delle proprietà termodinamiche, che descrivono
il coefficiente di dilatazione volumetrica e di compressibilità di un
materiale. Queste proprietà vengono generalmente utilizzate
nell’analisi di riempimento dello stampo mediante algoritmi che
fanno uso di equazioni per fluidi comprimibili.
La dilatometria è il metodo preferito per misurare la variazione in
volume di un provino soggetto a diverse temperature e pressioni.
L’apparecchiatura per la dilatometria ad alta pressione confina un
campione del materiale stampato in un fluido del quale sia
possibile variare la pressione. Viene utilizzato un aerometro per
determinare la variazione reale in volume del campione al variare
della temperatura e della pressione.
I dati del volume specifico per il polisulfone UDEL sono riportati in
tabella 10 e in figura 34.
Figura 34
Volume specifico del polisulfone UDEL in funzione della
temperatura e della pressione
0,90
Temperatura, °F
375 400 425 450 475 500 525 550 575 600
Tabella 10
Volume specifico (cm 3 /g) di PSU in funzione della
temperatura e della pressione in fase liquida
Pressione Temperatura, °C
MPa 188,8 199,1 217,4 238,0 259,1 279,8 300,1
0 0,8351 0,8413 0,8496 0,8601 0,8710 0,8811 0,8915
10 0,8314 0,8361 0,8440 0,8540 0.8638 0,8737 0,8827
20 0,8300 0,8382 0,8474 0,8563 0,8654 0,8735
30 0,8256 0,8336 0,8428 0,8515 0,8602 0,8672
40 0,8295 0,8382 0,8443 0,8550 0,8610
50 0,8254 0,8340 0,8417 0,8499 0,8554
60 0,8218 0,8301 0,8384 0,8453 0,8499
70 0,8263 0,8347 0,8407 0,8453
80 0,8226 0,8299 0,8362 0,8407
90 0,8192 0,8259 0,8321 0,8362
100 0,8159 0,8217 0,8282 0,8321
110 0,8182 0,8245 0,8281
120 0,8149 0,8209 0,8244
130 0,8116 0,8171 0,8207
140 0,8085 0,8138 0,8172
150 0,8027 0,8103 0,8139
160 0,8073 0,8167
170 0,8040 0,8076
180 0,8010 0,8048
190 0,8020
200 0,7993
0MPa
0,88
10 MPa
20 MPa
30 MPa
Volume specifico, cm /g
0,86
0,84
0,82
40 MPa
50 MPa
60 MPa
70 MPa
80 MPa
90 MPa
100 MPa
110 MPa
120 MPa
130 MPa
140 MPa
150 MPa
160 MPa
170 MPa
180 MPa
0,80
180 200 220 240 260 280 300 320
Temperatura, °C
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 27 – Proprietà termiche

Proprietà relative alla combustione
Normativa di autoestinguenza UL 94
La normativa di autoestinguenza UL 94 definita dagli Underwriters’
Laboratories è un sistema in base al quale è possibile classificare i
materiali plastici rispetto alla capacità di resistere alla combustione.
La classificazione di autoestinguenza assegnata a un materiale
plastico dipende dalla risposta di tale materiale al calore e alle
fiamme in condizioni di laboratorio controllate, e funge da indicatore
preliminare della sua accettabilità rispetto all’autoestinguenza, per
determinate applicazioni. La reale risposta al calore e alle fiamme
di una resina termoplastica dipende da altri fattori, quali la
dimensione, la forma e l’utilizzo del prodotto. Inoltre, le caratteristiche
nell’applicazione finale, quale la facilità d’ignizione, la velocità di
combustione, la propagazione delle fiamme, il contributo alla
combustione, l’intensità della combustione e i prodotti di
combustione influenzano la risposta alla combustione del
materiale.
Lo standard UL 94 è composto da tre metodi principali. Essi sono:
l’Horizontal Burning Test,il20 MM Vertical Burning Test e il 500
MW Vertical Burning Test.
Horizontal Burning Test
Per una classificazione 94HB, i provini sono limitati a 125 mm in
lunghezza, 13 mm in larghezza e al minimo spessore possibile a
cui si desidera la valutazione. I campioni vengono fissati in
posizione orizzontale e viene applicata all’estremità libera una
fiamma blu di 20 mm con un’angolazione di 45% per circa
30 secondi o fintanto che il fronte della fiamma raggiunge una
linea premarcata a 25 mm dall’estremità della barretta. Una volta
rimossa la fiamma, viene calcolata la velocità di combustione in
base al tempo di propagazione del fronte di combustione dalla
linea dei 25 mm a un’altra linea premarcata a 100 mm. In questo
modo vengono sottoposti al test almeno tre provini. Un materiale
plastico ottiene una valutazione 94HB quando non viene superata
una velocità di combustione di 40 mm/min per provini con uno
spessore maggiore di 3 mm o 75 mm/min per barrette con uno
spessore inferiore a 3 mm. La valutazione viene estesa anche ai
prodotti che non mantengono la combustione alla linea di
riferimento dei 100 mm.
20 MM Vertical Burning Test
I materiali possono essere classificati 94V-0, 94V-1 o 94V-2 in
base ai risultati ottenuti dalla combustione di campioni fissati in
posizione verticale.
Il 20 MM Vertical Burning Test è più aggressivo del test 94HB e
viene eseguito su campioni che misurano 125 mm in lunghezza,
13 mm in larghezza e il minimo spessore a cui si desidera la
valutazione (generalmente 0,8 mm o 1,57 mm).
I campioni vengono fissati in posizione verticale e all’estremità
inferiore del provino viene applicata una fiamma blu di 20 mm.
La fiamma viene applicata per 10 secondi e quindi rimossa.
Quando il provino termina di bruciare, viene applicata di nuovo la
fiamma per altri 10 secondi e quindi rimossa. In questo modo
vengono sottoposte a test cinque barrette in totale. La tabella 11
elenca i criteri con cui vengono classificati i materiali con questo
test. La tabella 12 riporta le valutazioni dei gradi di polisulfone
UDEL selezionati. Le valutazioni delle resine UDEL possono essere
trovate sul sito Web degli Underwriters’ Laboratories all’indirizzo
http://data.ul.com/iqlink/index.asp.
Tabella 11
Criteri UL di classificazione dei materiali V-0, V-1 o V-2
Condizioni 94V-0 94V-1 94V-2
Tempo di post-combustione per ogni
singolo provino, (t 1 o t 2 )
Tempo totale di post-combustione per
qualsiasi gruppo di condizioni (t 1 + t 2
per i cinque provini)
Tempo di post-combustione + tempo di
bagliore residuo per ogni singolo
provino dopo la seconda applicazione di
fiamma (t 2 + t 3 )
Post-combustione o bagliore residuo dei
provini sino alla morsa di bloccaggio
Indicatore di cotone acceso da particelle
o gocce di fiamma
Tabella 12
Valutazioni UL 94 per il polisulfone UDEL
10 s 30 s 30 s
50 s 250 s 250 s
30 s 60 s 60 s
No No No
No No Sì
Grado
Spessore
UDEL mm pollici Valutazione
P-1700 1,5 0,059 HB
3,0 0,118 HB
4,5 0,177 V-0
P-1720 1,0 0,039 V-1
1,5 0,059 V-0
GF-110 1,5 0,059 HB
3,0 0,118 HB
4,4 0,173 V-0
GF-120 1,5 0,059 HB
3,0 0,118 HB
4,4 0,173 V-0
GF-130 1,5 0,059 V-1
3,0 0,118 V-0
Proprietà termiche – 28 – Solvay Advanced Polymers

Indice d’ossigeno
L’indice d’ossigeno è definito dalla norma ASTM D 2863 come la
minima concentrazione di ossigeno, espressa in volume
percentuale, in una miscela di ossigeno e azoto indispensabile per
alimentare la combustione di un materiale inizialmente a
temperatura ambiente nelle condizioni previste da questa norma.
Poiché la normale aria contiene circa il 21% di ossigeno, un
materiale il cui indice di ossigeno sia notevolmente superiore al
21% sarà resistente alla combustione poiché brucerà soltanto in
un’atmosfera molto ricca di ossigeno.
Il polisulfone UDEL è resistente alle fiamme, come indicato dal
valore dell’indice di ossigeno in tabella 13.
Tabella 13
Indici d’ossigeno della resina UDEL
Grado UDEL Indice d’ossigeno, %
P-1700 26
P-1720 32
P-3500 30
GF-110 31
GF-120 31
GF-130 32
Temperatura di autoignizione
La temperatura di autoignizione di un materiale viene definita
come la più bassa temperatura ambiente alla quale, in assenza di
qualsiasi fonte d’ignizione, le proprietà di autoriscaldamento del
campione portano a combustione oppure l’ignizione si verifica in
modo autonomo, come indicato da un’esplosione, una fiamma o
un’incandescenza. Questa proprietà è stata misurata con ASTM
D1929.
La temperatura di autoignizione del polisulfone UDEL P-1700 è di
550 °C e del P-1720 è di 590 °C.
Temperatura d’ignizione
La temperatura d’ignizione di un materiale viene definita come la
minima temperatura alla quale, in specifiche condizioni di test,
viene emessa una quantità di gas sufficiente a prendere fuoco per
un momento, a seguito dell’applicazione di una piccola fiamma
pilota esterna.
La temperatura d’ignizione del polisulfone UDEL P-1700 e del
P-1720 è di 490 °C.
Densità dei fumi
Quando un materiale brucia, si genera del fumo. La quantità e la
densità dei fumi generati è importante in numerose applicazioni.
La norma ASTM E 662 fornisce una tecnica standard per valutare
la densità relativa dei fumi. Questo test era stato sviluppato
originariamente dal National Bureau of Standards (NBS) e viene
spesso chiamato test Densità dei fumi NBS.
I dati della tabella 14 sono stati generati in condizione di fiamma.
È stato utilizzato un bruciatore con sei ugelli per applicare una
serie di fiammelle lungo il bordo inferiore del provino. Un sistema
fotometrico disposto in verticale è stato utilizzato per misurare la
trasmittanza della luce alla formazione del fumo. La densità ottica
specifica (Ds) viene calcolata dalla trasmittanza della luce.
La massima densità ottica viene chiamata Dm.
Tabella 14
Densità dei fumi del polisulfone UDEL
Grado UDEL
Misurazione P-1700 P-1720
D s a 1,5 minuti 1 2
D m a 4,0 minuti 65 16
Test del filo incandescente
La capacità di sopportare e mantenere la combustione nei
materiali plastici può essere caratterizzata dal test del filo
incandescente. Questo test simula le condizioni che si verificano
quando un conduttore di corrente scoperto tocca un materiale
isolante durante un’operazione errata o di sovraccarico.
La metodologia di test seguita è descritta in IEC 695-2-1/VDE 0471
parte 2-1 e in ASTM D 6194.
L’apparecchiatura per il test del filo incandescente è composta da
una resistenza a spira calibrata di filo di nickel-cromo (10-14 AWG),
da una termocoppia e da una staffa per il montaggio del campione.
Durante il test, viene fatta passare della corrente nella spira in
nickel-cromo per portarla ad una temperatura predefinita.
Il campione viene quindi messo a contatto con il filo per
30 secondi. Il test si considera superato se, dopo il ritiro della
spira, il campione non presenta alcuna fiamma o incandescenza
oppure, in caso di accensione, si spegne autonomamente entro
30 secondi. I danni agli strati circostanti del materiale devono
essere minimi.
Tabella 15
Risultati del test del filo incandescente per il polisulfone
caricato con fibra di vetro
Grado UDEL
Spessore,
mm
Temperatura d’ ignizione,
°C
GF-120 0,8 875
GF-130 0,8 875
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 29 – Proprietà termiche

Stabilità termica
Analisi termogravimetrica
L’analisi termogravimetrica (TGA) è un metodo per valutare la
stabilità termica di un materiale. In questo test, la massa di un
campione di piccole dimensioni del materiale di prova, sottoposto
a riscaldamento, viene monitorata in maniera costante. Vengono
generalmente eseguiti due test, uno in atmosfera inerte di azoto e
l’altro in aria. La differenza tra i due risultati indica l’importanza
dell’ossigeno nel processo di degradazione.
Le figure 35 e 36 illustrano la stabilità intrinseca del polisulfone
UDEL. Non si ha sviluppo significativo di sostanze volatili al di sotto
di circa 426 °C. I grafici TGA in aria e in azoto sono praticamente
identici sino alla temperatura che indica l’assenza o la natura
limitata di processi di degradazione ossidativi.
Figura 35
Analisi termogravimetrica in azoto
Temperatura, °F
Perdita in massa, %
Temperatura, °C
Fusibili per autoveicoli
I fusibili rappresentano componenti fondamentali per il sistema di
protezione dei circuiti di un autoveicolo. L’affidabilità operativa è la
chiave per garantire la protezione dei dispositivi elettronici ed elettrici
di un autoveicolo nell’eventualità di un sovraccarico anomalo
dell’alimentazione o in caso di corto circuito. Inoltre, la scatola dei
fusibili è spesso situata sotto il cofano, dove è soggetta, assieme al suo
contenuto, a temperature estreme e in alcuni casi a contatto diretto
accidentale con liquidi chimici corrosivi. I materiali plastici utilizzati per
la produzione dei fusibili devono essere in grado di sopportare tali
condizioni durante tutta la durata del veicolo, senza perdere
caratteristiche chiave quali la trasparenza, le proprietà d’isolamento
elettrico e la tenacità.
Il polisulfone UDEL è un eccellente materiale d’isolamento,
particolarmente in impieghi con amperaggio elevato in cui le proprietà
termiche di altri materiali amorfi, come il policarbonato, risultano
insufficienti. Inoltre, l’UDEL offre un’alternativa favorevole in termini di
costi a materiali ad alte prestazioni, come la polietereimmide. Grazie
alla sua trasparenza e alla elevata resistività di volume, unita alla
capacità di conservare queste proprietà resistendo all’infragilimento a
temperature di utilizzo continuo sino a 160 °C, UDEL P-1700 PSU è un
materiale largamente utilizzato per la produzione di fusibili per
autoveicoli in tutto il mondo.
Figura 36
Analisi termogravimetrica in aria
Perdita in massa, %
Temperatura, °F
Temperatura, °C
Proprietà termiche – 30 – Solvay Advanced Polymers

Invecchiamento termico
La stabilità termo-ossidativa dei polimeri ne limita la temperatura
d’utilizzo accettabile nel lungo periodo. Per valutare gli effetti a
lungo termine di temperature ambiente elevate sulle proprietà
del polisulfone UDEL, alcuni provini sono stati sottoposti ad
invecchiamento in forno a diverse temperature. Le barrette sono
state periodicamente rimosse e ne è stata misurata la resistenza
alla trazione a temperatura ambiente.
I risultati relativi all’invecchiamento termico per la resina UDEL
P-1700 sono riportati in figura 37 e per UDEL GF-130 in figura 38.
Figura 37
Resistenza alla trazione di UDEL P-1700 in seguito ad
invecchiamento termico
P-1700 a 1,6 mm (0,062 pollici)
Indice termico relativo UL
Per definire gli indici termici relativi secondo lo standard 746B
degli Underwriters’ Laboratories vengono utilizzati dati
sull’invecchiamento termico simili a quelli riportati nella sezione
precedente. Questo metodo determina la temperatura alla quale un
materiale conserva ancora il 50% delle proprietà originali dopo
100.000 ore d’esposizione. La temperatura indice viene spesso
considerata la massima temperatura d’utilizzo continuo.
L’indice termico relativo (RTI) dei principali gradi di polisulfone
UDEL sono riportati in tabella 16. Le valutazioni più esaurienti e
aggiornate sono disponibili nel sito Web degli Underwriters’
Laboratories all’indirizzo http://data.ul.com/iqlink/index.asp.
Tabella 16
Valutazioni RTI UL per il polisulfone UDEL
RTI, °C (°F)
Resistenza alla trazione, kpsi
Resistenza alla trazione, MPa
Grado
Spessore,
mm (pollici)
Elettrico
Meccanico
con
urto
Meccanico
senza
urto
P-1700* 0,51 (0,020) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
P-1700** 1,5 (0,059) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
P-1720* 0,51 (0,020) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
P-1720** 1,9 (0,075) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
P-3500* 0,51 (0,020) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
Tempo d’invecchiamento termico, ore
Figura 38
Resistenza alla trazione di UDEL GF-130 in seguito ad
invecchiamento termico
GF-110** 1,5 (0,059) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
GF-120** 1,5 (0,059) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
GF-130** 1,5 (0,059) 160 (320) 140 (284) 160 (320)
*naturale o non colorato
**tutti i colori
GF-130 a 1,6 mm (0,062 pollici)
Resistenza alla trazione, kpsi
Resistenza alla trazione, MPa
Tempo d’invecchiamento termico, ore
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 31 – Proprietà termiche

Proprietà elettriche
Molte applicazioni delle resine termoplastiche dipendono dalla
capacità di funzionare come isolanti elettrici. Sono stati messi a
punto numerosi test per fornire al progettista dei metodi per
valutare come una particolare resina risponde a questa funzione.
Le proprietà elettriche delle resine UDEL sono riportate nelle
tabelle 2 e 3 alle pagine 10 e 11.
Rigidità dielettrica
La rigidità dielettrica fornisce una misura della massima tensione
che può essere applicata ad un materiale senza causare il
cedimento del dielettrico. Si misura posizionando un provino tra
due elettrodi e applicando una tensione a valori crescenti ben
definiti sino al cedimento dielettrico. Sebbene i risultati siano
espressi in unità pari a kV/mm, i valori non sono indipendenti dallo
spessore del campione. Pertanto, i dati relativi a materiali differenti
sono paragonabili solamente per campioni di spessore
equivalente.
Resistività di volume
La resistività di volume viene definita come la resistenza di un
cubo di volume unitario di materiale. Questo test viene eseguito
sottoponendo il materiale ad una differenza di potenziale di 500 V
per un minuto e misurando la corrente. Più è elevata la resistività
di volume, più un materiale risulta efficace per componenti
elettricamente isolanti.
Resistività superficiale
La resistività superficiale di un materiale viene definita come la
resistenza elettrica tra due elettrodi posti sulla superficie di un
provino. La corrente viene misurata dopo aver sottoposto il
materiale ad una differenza di potenziale di 500 V (corrente
continua) per un minuto. La resistività superficiale viene
generalmente espressa in ohm oppure in ohm/unità di superficie.
Sebbene la corrente sia trasportata effettivamente da uno
spessore finito di materiale, tale spessore non è misurabile,
pertanto questa proprietà è una misura approssimata.
Questi dati sono usati per paragonare materiali che devono essere
impiegati in applicazioni per le quali la dispersione in superficie
rappresenti un problema.
Costante dielettrica
La costante dielettrica viene definita come il rapporto tra la
capacità elettrica di un condensatore il cui dielettrico sia realizzato
con il materiale in esame e la capacità del medesimo condensatore
utilizzante il vuoto come dielettrico. I materiali isolanti sono
impiegati in due modi molto distinti: (1) per sopportare e isolare
componenti l’uno dall’altro e dalla terra, e (2) per funzionare come
condensatore dielettrico. Nel primo caso, è auspicabile una
costante dielettrica bassa. Nel secondo caso, una costante
dielettrica elevata permette di ottenere un condensatore
fisicamente più piccolo.
Fattore di dissipazione
Il fattore di dissipazione (indicato anche come tangente di perdita o
tan delta) è una misura della perdita dielettrica (energia dissipata)
di corrente alternata in calore. In generale, sono auspicabili fattori
di dissipazione bassi.
Indice termico relativo UL (Underwriters’ Laboratories)
L’indice termico relativo viene spesso preso in considerazione per
le apparecchiature elettriche o i componenti elettronici. L’indice
non è una proprietà elettrica, ma riguarda piuttosto la stabilità
termica di un materiale nel lungo periodo. Pertanto, le valutazioni
RTI UL sono riportate nella sezione Proprietà termiche in tabella 16
a pagina 31.
Proprietà nel breve periodo UL 746A
Alcune proprietà elettriche sono incluse nello standard 746A degli
Underwriters’ Laboratories intitolato Standard for Polymeric
Materials Short-Term Property Evaluations e sono generalmente
classificate per livello di prestazione. Per ciascun test, gli UL hanno
specificato il range dei risultati ed il corrispondente livello di
prestazione. La prestazione migliore o preferibile viene indicata
con un valore PLC pari a 0; pertanto, ad un valore inferiore
corrisponde una prestazione migliore del materiale. Queste
proprietà relative alle resine UDEL sono riportate in tabella 22 a
pagina 34.
Resistenza all’arco a secco ad alta tensione e bassa
corrente (D495)
Questo test misura il tempo durante il quale la superficie di un
materiale isolante resiste alla formazione di una traccia conduttiva
dovuta a decomposizione ed erosione termica localizzata o
chimica. Il test è finalizzato ad approssimare le condizioni di
servizio in circuiti a corrente alternata operanti ad alta tensione
con correnti generalmente limitate a valori inferiori a 0,1 A.
La tabella 17 riporta la relazione esistente tra la resistenza all’arco e le
categorie di livello di prestazione assegnate dagli UL.
Tabella 17
Resistenza all’arco a secco ad alta tensione e bassa
corrente – Categorie di livello di prestazione (PLC)
Intervallo di valore, s
> < PLC assegnati
420 0
360 420 1
300 360 2
240 300 3
180 240 4
120 180 5
60 120 6
0 60 7
Proprietà elettriche – 32 – Solvay Advanced Polymers

Indice di resistenza alle correnti striscianti (CTI)
Questo test determina la tensione che provoca una traccia
carbonizzata permanente elettricamente conduttiva quando sul
provino vengono versate 50 gocce d’elettrolita alla velocità di una
goccia ogni 30 secondi. Questo test viene utilizzato come misura
della suscettività di un materiale isolante alle correnti striscianti.
La tabella 18 riporta la relazione esistente tra l’indice di resistenza
alle correnti striscianti e le categorie di livello di prestazione
assegnate dagli UL.
Tabella 18
Indice di resistenza alle correnti striscianti –
Categorie di livello di prestazione
Intervallo di valore, V
> < PLC assegnati
600 0
400 600 1
250 400 2
175 250 3
100 175 4
0 100 5
Velocità di traccia con arco ad alta tensione (HVTR)
Questo test determina la suscettività di un materiale isolante alla
formazione di una traccia o di un cammino carbonizzato conduttivo
visibile sulla superficie quando viene sottoposto ad un arco ad alta
tensione e bassa corrente. La velocità di traccia con arco ad alta
tensione è la velocità, espressa in millimetri per minuto, con cui si
può produrre un cammino conduttivo sulla superficie del materiale
in condizioni standardizzate di prova. La tabella 19 riporta la
relazione esistente tra la velocità di traccia con arco ad alta
tensione e le categorie di livello di prestazione assegnate dagli UL.
Tabella 19
Velocità di traccia con arco ad alta tensione –
Categorie di livello di prestazione
Intervallo di valore, mm/min
> < PLC assegnati
0 10 0
10 25,4 1
25,4 80 2
80 150 3
150 4
Accensione a filo incandescente (HWI)
Questo test determina la resistenza di un materiale plastico
all’accensione da parte di un filo riscaldato elettricamente. In certe
condizioni operative o di malfunzionamento, i componenti si
riscaldano in modo anomalo. Se queste parti surriscaldate sono a
contatto diretto con i materiali isolanti, i materiali isolanti si
possono infiammare. Lo scopo di questo test è determinare la
resistenza relativa dei materiali isolanti all’accensione in tali
condizioni. La tabella 20 evidenzia la relazione esistente tra il
valore di accensione a filo incandescente [HWI] e le categorie di
livello di prestazione assegnate dagli UL.
Tabella 20
Accensione a filo incandescente –
Categorie di livello di prestazione
Intervallo di valore, s
< > PLC assegnati
120 0
120 60 1
60 30 2
30 15 3
15 7 4
7 0 5
Accensione con arco ad alto amperaggio (HAI)
Questo test misura la resistenza relativa di materiali isolanti
all’accensione da parte di fonti elettriche ad arco. In certe
condizioni, i materiali isolanti possono trovarsi in prossimità di un
arco. Se l’intensità e la durata dell’arco sono notevoli, il materiale
isolante può infiammarsi. La tabella 21 evidenzia la relazione
esistente tra il valore di accensione con arco ad alto amperaggio e
le categorie di livello di prestazione assegnate dagli UL.
Tabella 21
Accensione con arco ad alto amperaggio –
Categorie di livello di prestazione
Intervallo di valore, s
< > PLC assegnati
120 0
120 60 1
60 30 2
30 15 3
15 0 4
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 33 – Proprietà elettriche

Tabella 22
Proprietà elettriche nel breve periodo per UL 746A
PLC = Categoria di livello di prestazione: la migliore è 0.
Resistenza all’arco a
secco ad alta tensione
e bassa corrente
Indice di resistenza alle
correnti striscianti
Velocità di traccia con
arco ad alta tensione
Accensione a filo
incandescente
Accensione con
arco ad alto
amperaggio
ASTM D495 (CTI) (HVTR) (HWI) (HAI)
Grado del
polisulfone
UDEL Spessore, mm (pollici) s (PLC) V (PLC) mm/min (PLC) s (PLC) arc (PLC)
P-1700 1,5 (0,059) — — 152 (4) 21 (3) 6 (4)
3,0 (0,118) 39 (7) (4) — 21 (3) 6 (4)
4,5 (0,177) — — — 63 (1) 14 (4)
6,0 (0,236) — — — 91 (1) 16 (3)
P-1720 1,9 (0,075) — — 279 (4) 12 (4) 14 (4)
3,0 (0,118) 61 (6) 135 (4) 135 (3) 27 (3) 19 (3)
6,0 (0,236) — — 173 (4) 109 (1) 20 (3)
GF-110/GF-120 1,5 (0,059) — — — (3) 6 (4)
3,0 (0,118) (7) 165 (4) — 97 (1) 7 (4)
GF-130 0,8 (0,031) — — — 76 (1) 6 (4)
1,5 (0,059) — — — 98 (1) 6 (4)
3,0 (0,118) 124 (5) 165 (4) 203 (4) 97 (1) 7 (4)
P-3500 0,5 (0,020) — — — — —
3,0 (0,118) — (4) 66 (2) 35 (2) —
6,0 (0,236) — — 71 (2) 101 (1) —
Proprietà elettriche – 34 – Solvay Advanced Polymers

Resistenza ambientale
Prove ambientali
A causa della struttura aromatica contenente legami etere, il
polisulfone è soggetto a degradazione chimica in seguito ad
esposizione agli agenti esterni. La resistenza ambientale può
essere migliorata mediante aggiunta di nerofumo.
Le applicazioni del polisulfone che prevedono l’esposizione
all’esterno devono essere valutate individualmente, considerando
le condizioni specifiche di esposizione e le proprietà richieste al
materiale. Per preservare le proprietà dei componenti in
polisulfone esposti alla luce solare diretta si possono utilizzare
vernici protettive o rivestimenti. Contattare il nostro personale
tecnico per ricevere assistenza in caso di applicazioni che
richiedono requisiti ambientali specifici.
Stabilità idrolitica
La stabilità idrolitica può essere definita come la resistenza
all’idrolisi, o attacco da parte dell’acqua, specialmente calda.
Pertanto, la stabilità idrolitica è un aspetto specifico della
resistenza chimica. La stabilità idrolitica è di particolare
importanza poiché l’acqua è presente ovunque ed è molto
aggressiva per molti polimeri.
Esposizione nel lungo periodo ad acqua calda
Per valutare il potenziale impiego del polisulfone UDEL in impianti
idraulici ad acqua calda, è stato misurato l’effetto dell’esposizione
nel lungo periodo ad acqua calda sull’integrità fisica e meccanica
del polimero. Sebbene la massima temperatura di utilizzo della
maggior parte dei sistemi domestici ad acqua calda sia 60 °C, il
test è stato eseguito anche a 90 °C per accelerarne gli effetti.
Poiché la velocità di molte reazioni chimiche raddoppia per ogni
incremento di temperatura di 10 °C, l’esecuzione del test ad una
temperatura di 30 °C superiore alla temperatura massima attesa
può fornire un fattore di accelerazione pari a 8.
Procedura di test
I test sono stati eseguiti su barrette per trazione ASTM D 638 tipo I
e su barrette per flessione ASTM D 790 di spessore nominale pari
a 3,2 mm, ottenute per stampaggio ad iniezione secondo le
procedure convenzionali. Le placche di dimensioni pari a
102 x 102 x 3,2 mm sono state stampate per i test di resistenza
all’urto strumentato. I provini per trazione con linee di saldatura
sono stati preparati utilizzando uno stampo per il provino per
trazione ASTM D 638 tipo I con un punto d’iniezione a ciascuna
estremità. Questo stampo produce un provino con una linea di
saldatura di testa al centro dell’area di misura.
I campioni sono stati adagiati orizzontalmente in strati individuali
su vaschette in filo di acciaio inossidabile in bagni a temperatura
costante. Per il test è stata utilizzata la rete di distribuzione idrica
urbana di Alpharetta, in Georgia, Stati Uniti. Dopo il riscaldamento,
l’acqua è risultata priva di cloro.
I provini sono stati periodicamente rimossi dal bagno e testati
senza essere essiccati. I test sono stati eseguiti a temperatura
ambiente usando le seguenti norme ASTM:
Resistenza, modulo e allungamento a trazione D 638
Resistenza e modulo a flessione D 790
Resistenza e allungamento a trazione delle
linee di saldatura D 638
Resistenza all’urto Izod con intaglio D 256
Impatto a trazione D 1822
Energia d’urto strumentato D 3763
Risultati dei test
La ritenzione della resistenza a trazione per i polisulfoni UDEL è
buona. In figura 39 ne vengono evidenziati i valori per UDEL
P-1700 NT e UDEL GF-120 NT.
Come osservato in figura 40, l’allungamento alla rottura a trazione
per UDEL P-1700 NT subisce un’ampia riduzione all’inizio
dell’esposizione ed una lieve variazione durante il periodo
rimanente. La grande variazione iniziale è tipica delle materie
plastiche amorfe duttili ed è attribuita alla ricottura fisica o al
rinvenimento del materiale.
Figura 39
Resistenza alla trazione in seguito ad esposizione ad
acqua a 90 °C
Resistenza alla trazione, kpsi
Resistenza alla trazione, MPa
Durata d’esposizione, settimane
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 35 – Resistenza ambientale

Figura 40
Allungamento a trazione in seguito ad esposizione ad
acqua a 90 °C
Allungamento a trazione, %
L’effetto dell’esposizione ad acqua calda sulla resistenza all’urto
Izod con intaglio viene evidenziato in figura 42. All’inizio
dell’esposizione si verifica una variazione minima e
successivamente il declino si stabilizza. La resistenza all’urto dopo
due anni circa è attorno all’80% del valore iniziale.
La resistenza delle linee di saldatura per i polisulfoni UDEL, come
riportato in figura 43, è risultata molto buona, indicando che
l’esposizione nel lungo periodo ad acqua calda ha un minimo
effetto sulla resina.
Figura 42
Resistenza all’urto Izod con intaglio in seguito ad
esposizione ad acqua a 90 °C
Durata d’esposizione, settimane
L’effetto dell’esposizione ad acqua calda sul modulo a trazione di
queste resine è riportato in figura 41. La variazione nel modulo in
un periodo d’esposizione di circa due anni è molto piccola.
La rigidità delle barrette in seguito all’esposizione è risultata
essenzialmente invariata.
Figura 41
Modulo a trazione in seguito ad esposizione ad acqua
a 90 °C
Resistenza all’urto Izod con intaglio, piedi-libbre/pollici
,
,
,
,
,
,
,
,
Durata d’esposizione, settimane
Figura 43
Resistenza delle linee di saldatura in seguito ad
esposizione ad acqua a 90°C
Resistenza all’urto Izod con intaglio, J/m
Modulo a trazione, kpsi
Durata d’esposizione, settimane
Modulo a trazione, GPa
Resistenza delle linee di saldatura, kpsi
Resistenza delle linee di saldatura, MPa
Durata d’esposizione, settimane
Resistenza ambientale – 36 – Solvay Advanced Polymers

Acqua clorata calda
Poiché il cloro residuo negli impianti ad acqua combinato a
temperature elevate può generare un ambiente ossidante, la
resistenza del polimero all’acqua calda non è sempre sufficiente.
Dal momento che numerosi materiali plastici sono sensibili
all’ossidazione e agli agenti ossidanti, questa condizione può
ridurre notevolmente la vita dei componenti plastici.
Nella maggior parte delle reti di distribuzione idrica urbane degli
Stati Uniti, i livelli tipici di cloro rientrano nell’intervallo compreso
fra 0,5 e 2 ppm e sono ottenuti per aggiunta di ipocloriti o
clorammine.
Numerosi studi hanno dimostrato che i materiali prodotti in
polisulfone UDEL offrono un’ottima resistenza all’acqua clorata
calda. I test sono stati eseguiti in acqua ferma contenente sino a
30 ppm di cloro per sei mesi a 60 °C. Come riportato in tabella 23,
il polisulfone UDEL non ha evidenziato alcuna significativa perdita
di peso.
Test sono stati anche eseguiti utilizzando acqua corrente
contenente 5 ppm di cloro per un periodo di due mesi a 90 °C.
Come riportato in tabella 24, anche in questo test il polisulfone
UDEL non ha evidenziato alcuna significativa perdita di peso.
Tabella 23
Variazione di massa in acqua clorata statica
Variazione di massa dopo sei mesi in acqua clorata statica a 60 °C, %
Contenuto di cloro, ppm
0 10 20 30
Polisulfone UDEL –0,02 –0,02 0,09 0,05
Poliacetale –0,15 –2,96 –4,57 –5,47
CPVC –0,64 –0,56 –0,04 0,08
Sterilizzazione a vapore
Le autoclavi a vapore sono ampiamente utilizzate per sterilizzare
apparecchiature medicali. Se il polisulfone venisse utilizzato per
apparecchiature medicali, la resistenza alla degradazione per
sterilizzazione a vapore sarebbe un requisito del materiale.
Per valutare la resistenza alla sterilizzazione a vapore, sono stati
introdotti in un’autoclave a vapore dei provini di dimensioni pari a
127 x 13 x 3 mm ottenuti per stampaggio. Il ciclo di prova è durato
45 minuti, dei quali 30 a pressione di vapore di 0,18 MPa alla
temperatura di 132 °C, seguiti da 15 minuti a pressione
atmosferica. L’autoclave viene successivamente ripressurizzata a
0,18 MPa per il ciclo successivo. Dopo aver eseguito il numero
richiesto di cicli, i provini sono stati rimossi dall’autoclave,
raffreddati a temperatura ambiente e, dopo il condizionamento
standard, sono stati esaminati per rilevarne i valori di resistenza
alla trazione, impatto Izod e impatto a trazione, utilizzando le
opportune norme ASTM.
I risultati sono riportati in tabella 25.
Tabella 25
Ritenzione delle proprietà in seguito ad esposizione in
autoclave a vapore
Esposizione in autoclave a vapore, cicli
Proprietà 0 50 100
Resistenza alla trazione
kpsi 10,8 12,6 12,8
MPa 74 87 88
Resistenza all’urto Izod con
intaglio
piedi-libbre/pollici 1,0 0,9 0,8
J/m 53 48 43
Impatto a trazione
piedi-libbre/pollici 2 165 131 116
kJ//m 2 347 276 248
Tabella 24
Variazione di massa in acqua clorata corrente
Variazione di massa dopo due mesi in acqua clorata corrente a 90 °C, %
Contenuto di cloro, ppm
0 5
Polisulfone UDEL, non caricato 0,0 0,1
Polisulfone UDEL, caricato con fibra di
vetro al 20%
0,0 0,0
PVC clorurato –0,6 1,2
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 37 – Resistenza ambientale

Resistenza alle radiazioni
I provini di polisulfone UDEL P-1700 ottenuti per stampaggio sono
stati esposti a radiazioni gamma a dosi pari a 50, 75, e 100 kGy.
Dopo l’esposizione sono state misurate le proprietà dei provini e i
risultati paragonati alle proprietà iniziali. La ritenzione percentuale
è stata calcolata dividendo il valore di esposizione per il valore
iniziale e moltiplicando il risultato per 100.
Come riportato in tabella 26, le proprietà meccaniche sono rimaste
praticamente invariate in seguito ad esposizione a radiazioni
gamma. Si è verificato un certo grado di annerimento.
Tabella 26
Resistenza alle radiazioni gamma del polisulfone UDEL
Dose di radiazioni
gamma*, kGy
*1 megarad = 10 kGy
Resistenza
alla trazione
Ritenzione delle proprietà, %
Modulo a
trazione
Resistenza
all’urto Izod
50 99 100 96
75 99 94 93
100 98 100 98
Resistenza agli agenti chimici (in assenza di sforzo)
Le resine polisulfoniche sono caratterizzate da una buona
resistenza alla maggior parte dei sistemi acquosi, degli agenti
caustici e degli acidi inorganici.
Anche la resistenza agli idrocarburi alifatici, ai detergenti, ai saponi
e a determinati alcol è buona. Fra i solventi o i reagenti noti per
provocare stress cracking (criccatura da sforzo) in componenti
polisulfonici vi sono gli idrocarburi clorurati, i composti aromatici e
i solventi ossigenati come i chetoni e gli eteri. L’aggiunta del
10-30% di fibra di vetro ne aumenta sostanzialmente la resistenza
agli ambienti chimici più aggressivi.
Un’indicazione generale della resistenza agli agenti chimici del
polisulfone è riportata in tabella 27. La resistenza agli agenti
chimici è stata anche valutata immergendo una barretta per sette
giorni a temperatura ambiente in diversi elementi chimici. Dopo
sette giorni, le barrette sono state rimosse, pesate e ispezionate.
I risultati sono riportati in tabella 28.
La resistenza del polisulfone agli ambienti aggressivi dipende da:
(1) il tipo di agente (un non-solvente, un cattivo solvente o un buon
solvente per il polisulfone); e (2) lo sforzo totale presente nel pezzo,
proveniente da tutte le fonti.
Per massimizzare la resistenza agli agenti chimici, al termine di
tutte le operazioni, inclusi lo stampaggio e la post-finitura, si deve
ottenere la minima tensione nel pezzo finale. In alcuni casi, la
ricottura può essere indicata per ridurre la tensione residua.
I vantaggi e gli svantaggi della ricottura sono discussi a pagina 70.
Tabella 27
Indicazioni generali sulla resistenza agli agenti chimici dei polisulfoni
Valutazione*
Classe chimica
Esempi
Gradi non caricati
Gradi caricati con fibra di vetro
Idrocarburi alifatici n-butano, iso-ottano E E
Idrocarburi aromatici benzene, toluene A B
Alcoli etanolo, isopropanolo E E
Chetoni acetone, metiletilchetone A A
Esteri acetato di etile A A
Idrocarburi clorurati 1,1,1 tricloroetano, cloroformio A A
Acidi non ossidanti acido solforico (20%), acido acetico (20%) E E
Basi idrossido di sodio, idrossido di potassio E B
*Sistema di valutazione
E Eccellente Nessuna variazione
B Buono Effetti minimi, nessuna perdita grave di proprietà
A Attacco Rottura o dissoluzione
Resistenza ambientale – 38 – Solvay Advanced Polymers

Tabella 28
Resistenza agli agenti chimici della resina UDEL P-1700 in seguito ad immersione per sette giorni a temperatura ambiente
Reagente Concentrazione, % Variazione in massa, % Commenti
Agenti chimici organici
Acetone/acqua 5 0,55 nessuna variazione
Acido acetico 20 –0,52 nessuna variazione
Butanolo 100 –0,83 nessuna variazione
Tetracloruro di carbonio 100 0,24 nessuna variazione
Acido citrico 40 0,41 nessuna variazione
Cicloesano 100 0,22 nessuna variazione
Dietilenglicole monoetiletere 100 0,13 nessuna variazione
Etanolo 100 0,08 nessuna variazione
Acetato di etile 100 27,44
ammorbidimento,
rigonfiamento
Acido formico 10 0,96 nessuna variazione
Glicerina 100 –0,15 nessuna variazione
Acido oleico 100 0,07 nessuna variazione
Acido ossalico 20 0,45 nessuna variazione
1,1,1 tricloroetano 100 1,03 nessuna variazione
Agenti chimici inorganici
Acido cromico 12 0,28 nessuna variazione
Cloruro di calcio Saturo 0,01 nessuna variazione
Acido cloridrico 20 0,40 nessuna variazione
Acido fluoridrico 50 2,02 nessuna variazione
Perossido di idrogeno 100 0,51 nessuna variazione
Acido nitrico 20 0,43 nessuna variazione
Acido nitrico 40 0,33 nessuna variazione
Acido nitrico 71 3,76 attacco, decolorazione
Acido fosforico 100 –0,25 nessuna variazione
Idrossido di potassio 20 0,29 nessuna variazione
Idrossido di potassio 35 0,13 nessuna variazione
Acido solforico 40 0,19 leggero annerimento
Fluidi funzionali
Liquido freni 100 –0,04 nessuna variazione
Carburante diesel 100 0,00 nessuna variazione
Benzina 100 0,05 nessuna variazione
Olio idraulico 100 0,35 nessuna variazione
Carburante per aerei JP-4 100 0,05 nessuna variazione
Cherosene 100 0,19 nessuna variazione
Olio per motore 100 0,01 nessuna variazione
Olio trasmissioni 100 0,01 nessuna variazione
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 39 – Resistenza ambientale

Resistenza allo stress cracking
Per valutare la resistenza delle resine UDEL allo stress cracking
ambientale, alcuni provini di 127 mm di lunghezza, 13 mm di
larghezza e 3,2 mm di spessore sono stati fissati a dime curve.
La dima induce una deformazione nel provino. Lo sforzo
corrispondente è stato calcolato conoscendo il modulo a trazione
di ciascun materiale, come riportato in tabella 29.
Successivamente sono stati applicati i reagenti alla parte centrale
del provino fissato. Dopo 24 ore di esposizione, i provini sono stati
esaminati per rilevare tracce di attacco e successivamente
classificati. La tabella 30 definisce le valutazioni che appaiono
nelle successive tabelle di resistenza allo stress cracking
ambientale.
Le variabili importanti nello stress cracking ambientale sono
temperatura, livello di sforzo, tempo e reagente. Se un reagente
causa stress cracking ad un tempo, una temperatura e un livello di
sforzo assegnato, si applicano di solito le seguenti generalizzazioni.
A livelli di sforzo più bassi, può non verificarsi criccatura. Se si
verifica una criccatura, sono generalmente necessari tempi
d’esposizione maggiori. Temperature superiori riducono
generalmente il tempo d’esposizione richiesto per causare una
criccatura. La diluizione del reagente con i liquidi nei confronti dei
quali il polimero è inerte di solito riduce o elimina lo stress
cracking, a seconda del reagente e del diluente.
Per la progettazione del pezzo, è importante considerare l’ambiente
chimico, specialmente se il pezzo sarà sottoposto a sforzo.
Tabella 29
Deformazioni calcolate per barre di test sotto sforzo ESCR
Grado
UDEL
Sforzo, kpsi (MPa)
Deformazione, %
Modulo, kpsi
(GPa) 0,28 0,56 1,12
P-1700 360 (2,48) 1,0 (6,9) 2,0 (13,9) 4,0 (27,5)
GF-110 530 (3,65) 1,5 (10,2) 3,0 (20,7) 5,9 (40,5)
GF-120 750 (5,17) 2,1 (14,5) 4,2 (28,9) 8,3 (57,4)
GF-130 1.070 (7,38) 3,0 (20,7) 6,0 (41,3) 11,9 (81,9)
Tabella 30
Legenda per le tabelle sullo stress cracking ambientale
Simbolo
OK
D
S
R
Definizione
Nessuna variazione apparente, nessuna criccatura, nessun
ammorbidimento, nessuna decolorazione
Dissoluzione, tracce di solvatazione, ammorbidimento o
rigonfiamento
Screpolatura
Rottura
Resistenza ambientale – 40 – Solvay Advanced Polymers

Tabella 31
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad esposizione ad agenti chimici organici per 24 ore
Reagente
Concentrazione,
%
Temperatura
Deformazione, %
°F °C
GradO
UDEL
0 0,28 0,56 1,12
P-1700 R R R R
Acetone 100 73 23
GF-110 D D D R
GF-120 D D D R
GF-130 D D D R
P-1700 OK S S S
2-Etossietanolo 100 73 23
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK OK S
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 R R R R
Acetato di etile 100 73 23
GF-110 D D D R
GF-120 D D D R
GF-130 D D D R
P-1700 OK OK OK S
Isopropanolo 100 73 23
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK OK S
GF-130 OK OK OK S
P-1700 OK OK OK S
Metanolo 100 73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 D D D D
Cloruro di metilene 100 73 23
GF-110 D D D D
GF-120 D D D D
GF-130 D D D D
P-1700 D D D D
Metiletilchetone 100 73 23
GF-110 D D D D
GF-120 D D D D
GF-130 D D D D
P-1700 OK R R R
1,1,1 tricloroetano 100 73 23
GF-110 OK S S R
GF-120 OK OK R R
GF-130 OK OK S R
P-1700 D D D D
Toluene 100 73 23
GF-110 D D D D
GF-120 D D D D
GF-130 D D D D
Sostanze chimiche organiche
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 41 – Resistenza ambientale

Sostanze chimiche inorganiche
Tabella 32
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad esposizione ad agenti chimici inorganici per 24 ore
Reagente
Concentrazione,
%
Temperatura
Deformazione, %
°F °C
Grado
UDEL
0 0,28 0,56 1,12
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
Acido cloridrico 20
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
212 100
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
Idrossido di sodio 20
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK S
212 100
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK S S
GF-130 OK OK S S
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
Ipoclorito di sodio
(varechina per uso domestico)
5,25
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
212 100
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
Acido solforico 50
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK S
212 100
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
Resistenza ambientale – 42 – Solvay Advanced Polymers

Tabella 33
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad esposizione a fluide per autoveicoli per 24 ore
Reagente
Antigelo (tipo glicole)
Liquidi per autoveicoli
Concentrazione,
%
50
100
Temperatura Grado
Deformazione, %
°F °C UDEL
0 0,28 0,56 1,12
73 23
212 100
73 23
212 100
Benzina – senza piombo 100 73 23
Olio per motore 10W40 100
Fluido del servosterzo 100
Fluido della trasmissione (ATF) 100
Detergente per parabrezza
concentrato
100
73 23
212 100
73 23
212 100
73 23
212 100
73 23
212 100
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK R
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK R
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK R R R
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK S
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK R
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK R R
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK S
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 43 – Resistenza ambientale

Tabella 34
Resistenza allo stress cracking ambientale in seguito ad esposizione a prodotti alimentari e affini per 24 ore
Reagente
Concentrazione,
%
Burro 100
Olio di mais 100
Margarina 100
Latte* 100
Olio d’oliva 100
Olio di arachidi 100
Olio di semi 100
Temperatura Grado
Deformazione, %
°F °C UDEL
0 0,28 0,56 1,12
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK R R
302 150
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK R R
302 150
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK R R
302 150
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
302* 150*
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK OK R
302 150
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 OK OK R R
302 150
GF-110 OK OK OK R
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
P-1700 OK OK OK OK
73 23
GF-110 OK OK OK OK
GF-120 OK OK OK OK
GF-130 OK OK OK OK
P-1700 R R R R
302 150
GF-110 OK OK OK S
GF-120 OK OK OK R
GF-130 OK OK OK R
* Dopo 24 ore a questa temperatura, il latte è passato allo stato di residuo solido.
Alimenti e prodotti affini
Resistenza ambientale – 44 – Solvay Advanced Polymers

Proprietà fisiche
Assorbimento d’acqua
L’assorbimento d’acqua delle resine polisulfoniche UDEL, misurato
per immersione a temperatura ambiente in base alla norma ASTM
D 570, è riportato in figura 44. Il grafico evidenzia che il polisulfone
puro assorbe meno dello 0,6% in peso d’umidità e l’assorbimento
per i gradi rinforzati con fibra di vetro è persino inferiore.
La variazione nelle dimensioni dovuta all’assorbimento d’umidità è
talmente piccola da risultare trascurabile per la maggior parte
degli impieghi.
Figura 44
Assorbimento d’acqua del polisulfone UDEL
0,60
Le proprietà tribologiche del polisulfone UDEL possono essere
significativamente modificate con l’impiego di additivi. Tra gli
additivi risultati efficaci vi sono le fibre di rinforzo, alcune cariche
particolate, polimeri fluorocarbonici, oli e resine siliconici.
Incorporando questi additivi si possono ridurre significativamente il
fattore d’usura, i coefficienti di attrito ed aumentare i valori di
pressione-velocità per i composti UDEL. I composti prodotti con il
polisulfone UDEL contenenti questi additivi sono disponibili presso
molti compoundatori indipendenti.
Resistenza all’abrasione
Il polisulfone UDEL P-1700 è stato testato usando una molatrice
Taber con una mola CS-17 per 1.000 cicli ad un carico di 1 kg.
La perdita in peso totale riscontrata è di 20 mg.
Permeabilità
La permeabilità del polisulfone UDEL a vari gas è stata misurata in
base alla norma ASTM D 1434. I test sono stati eseguiti in
condizioni di temperatura e pressione standard. I risultati sono
riportati in tabella 35.
Assorbimento d’acqua, %
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
P-1700
GF-110
GF-120
GF-130
0 5 10 15 20 25 30 35
Durata d’esposizione, giorni
Tabella 35
Permeabilità del polisulfone UDEL a vari gas
Permeabilità
cc
mil
2
Gas
100 pollici giorni atm
m
2
mm
3
m
MPa giorni
Ammoniaca NH 3
1.070 4.160
Anidride carbonica CO 2
950 3.690
Elio He 1.960 7.620
Resistenza all’usura
Il polisulfone UDEL presenta resistenza e rigidità ad elevate
temperature, resistenza al calore nel lungo periodo, stabilità
dimensionale ed eccellente resistenza agli ambienti acidi e basici.
Queste proprietà, associate ad un basso ritiro isotropico, rendono il
polisulfone UDEL un materiale ideale per la produzione di
componenti di precisione.
Per applicazioni in cui la velocità e il carico di scorrimento sono
bassi, i gradi UDEL standard (P-1700, GF-120 ecc.) possono
presentare usura lieve con un coefficiente di attrito
sufficientemente basso. Tuttavia, per applicazioni in cui sono
richiesti carichi e velocità superiori, può essere necessario
modificare il materiale per migliorarne le proprietà tribologiche.
Idrogeno H 2
1.800 6.990
Metano CH 4
38 146
Azoto N 2
40 155
Ossigeno O 2
230 894
Esafluoruro di zolfo SF 6
2 7
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 45 – Proprietà fisiche

Durezza Rockwell
La durezza Rockwell del polisulfone UDEL è stata determinata in
base alla norma ASTM D 785, Procedura A, usando un penetratore
di diametro pari a 6,35 mm con un carico superiore di 100 kg e un
carico inferiore di 10 kg. Il test misura la resistenza di un materiale
alla penetrazione di una sfera d’acciaio di diametro specificato in
un periodo di tempo e condizioni di carico definiti. La profondità
della penetrazione viene misurata dopo l’applicazione del carico
inferiore per 10 secondi, seguita dall’applicazione del carico
superiore per 15 secondi. Al termine dei 15 secondi, il carico
superiore viene rimosso e la penetrazione misurata. Il valore di
durezza viene calcolato sottraendo la misurazione della
penetrazione dal valore 150. Pertanto, valori più elevati di durezza
Rockwell sulla stessa scala corrispondono ad una maggiore
resistenza alla penetrazione.
La durezza Rockwell del polisulfone puro o rinforzato con fibra di
vetro viene riportata in figura 45. Come previsto, l’aggiunta di fibre
di vetro aumenta la resistenza alla penetrazione e i valori di
durezza Rockwell corrispondenti risultano più elevati.
Figura 45
Durezza Rockwell, scala M
Durezza Rockwell, scala M
Collettore per la distribuzione dell’acqua
Vanguard Piping Systems ha scelto il polisulfone UDEL per il suo
sistema per la distribuzione idrica Manabloc ® . Il limitato creep della
resina UDEL è una proprietà determinante nel progetto del collettore.
Tale proprietà aiuta a garantire una compressione sufficiente sugli
O-ring per mantenere la tenuta tra le sezioni modulari durante tutta la
vita prevista.
Contenuto di fibra di vetro, %
Altri fattori critici per la progettazione sono la capacità di sopportare
nel lungo periodo le forze idrostatiche dell’acqua potabile clorata alle
temperature tipiche dei sistemi idrici residenziali e la conformità alla
norma NSF/ANSI Standard 61 per i prodotti adatti all’uso a contatto
con acqua potabile.
Proprietà fisiche – 46 – Solvay Advanced Polymers

Proprietà ottiche
Allo stato naturale, il polisulfone UDEL è un materiale trasparente
con una sfumatura giallognola. Il materiale offre una trasmittanza
della luce relativamente elevata e bassa opacità. Le tipiche curve
di trasmittanza della luce per tre diversi spessori sono evidenziate
in figura 46.
La trasparenza del polisulfone UDEL, associata alle elevate
caratteristiche tecniche della resina, sono vantaggiose in molte
applicazioni. Alcuni esempi includono: caraffe per caffè, lenti di
protezione per apparecchiature di lavorazione e le visiere dei
caschi delle tute spaziali degli astronauti. Alcune proprietà ottiche
del polisulfone UDEL sono riportate in tabella 36. Oltre alle buone
caratteristiche di trasparenza, il polisulfone presenta un alto indice
di rifrazione, che è una caratteristica auspicabile per molte
applicazioni di lenti, in quanto consente di ottenere lenti più sottili
e/o più potenti di quelle realizzabili con altri polimeri
commercialmente disponibili, come il policarbonato e gli acrilici.
Il valore di dispersione e il valore di Abbe del polimero offrono una
misura quantitativa della dipendenza dell’indice di rifrazione del
materiale dalla lunghezza d’onda della luce incidente. Questa
proprietà è generalmente ottenuta misurando l’indice di rifrazione
del materiale plastico a tre lunghezze d’onda caratteristiche dello
spettro visibile, indicate come linea F, linea D e linea C. Queste
linee hanno una lunghezza d’onda rispettivamente pari a 486,1,
589,3 e 656,3 nm. Per generare i dati riportati in tabella 37, è stato
misurato l’indice di rifrazione (n) a queste lunghezze d’onda con un
rifrattometro di Abbe, utilizzando il metodo di riflessione interna
totale. Da questi tre valori dell’indice di rifrazione sono stati
calcolati la dispersione, il valore di Abbe (noto anche come numero
di Abbe V) e la pendenza della retta indice di rifrazione-lunghezza
d’onda.
Figura 46
Trasmittanza della luce di UDEL P-1700 NT11 a varie
lunghezze d’onda e vari spessori
% Trasmittanza
Figura 47
Lunghezza d’onda, nm
Variazione dell’indice di rifrazione in funzione della
lunghezza d’onda per UDEL P-1700 NT11
,
,
,
,
,
,
,
Tabella 36
Proprietà ottiche del polisulfone UDEL P-1700 NT11
Indice di rifrazione
,
,
Spessore, mm (pollici)
Proprietà
Norma
ASTM
1,78
(0,070)
2,62
(0,103)
3,33
(0,131)
Trasmittanza della luce D 1003 86 85 84
,
Lunghezza d’onda, nm
Opacità (%) D 1003 1,5 2,0 2,5
Indice d’ingiallimento D 1925 7,0 10 13
Tabella 37
Proprietà dipendenti dalla lunghezza d’onda per
UDEL P-1700 NT11
Proprietà Formula Valore
Dispersione n n
0,027
F
C
Valore di Abbe
Pendenza
n
D
1
n n
F
nC
n
C F
C
F
23,3
-0,160
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 47 – Proprietà fisiche

Informazioni sulla progettazione
Le norme per la progettazione di componenti che debbano essere
prodotti utilizzando polisulfone sono simili a quelle che si applicano
ad altri materiali termoplastici. Un buon progetto non solo porterà
ad un prodotto migliore ma semplificherà anche il processo di
fabbricazione, riducendone i costi. Il progetto di un componente in
materiale plastico si pone di soddisfare i requisiti di resistenza e di
deformazione utilizzando il minimo volume di materiale,
considerando gli effetti degli sforzi causati dall’assemblaggio, dalle
variazioni di temperatura, dalla lavorazione e dai fattori ambientali.
Progettazione meccanica
Le classiche equazioni di sforzo e di deformazione forniscono il
punto di partenza per la progettazione di un componente. I calcoli
di progetto per le resine UDEL sono simili a quelli utilizzati per
qualsiasi tecnopolimero, eccetto che per le costanti fisiche
utilizzate, che devono riflettere la natura viscoelastica del polimero.
Le proprietà dei materiali variano in funzione della velocità di
deformazione, della temperatura e dell’ambiente chimico. Pertanto,
le costanti fisiche, come il modulo elastico, devono essere
appropriate per le condizioni d’uso previste.
Per esempio, se la condizione d’uso richiede di sopportare un
carico per un lungo periodo di tempo, il modulo di scorrimento o
apparente deve essere utilizzato in sostituzione del modulo
elastico nel breve periodo. Oppure, se il carico è ciclico ed è
applicato per lunghi periodi, il fattore limitante è rappresentato
dalla resistenza alla fatica per la vita prevista.
Valori di tensione
I passi iniziali del progetto consistono nel determinare i carichi a
cui il componente sarà soggetto e calcolarne la tensione e la
deformazione risultanti. Il carico può essere applicato
esternamente oppure risultare dal fatto che il componente è
sottoposto a deformazione causata da variazioni di temperatura o
assemblaggio.
Un esempio di carico applicato esternamente è rappresentato dal
peso di apparecchiature medicali su un vassoio di sterilizzazione.
I carichi dovuti a deformazione possono insorgere quando una
scatola portainterruttore viene imbullonata ad una base, oppure
quando la temperatura aumenta e le dimensioni del componente in
materiale plastico variano di più di quelle della parte metallica a
cui è imbullonato.
Sforzo di flessione
Numerosi componenti possono essere analizzati usando un
modello di trave inflessa. La tabella 38 riporta le equazioni di
sforzo e deformazione massimi per alcuni tipi di trave. Lo sforzo
massimo si verifica alla superficie della trave il più lontano dalla
superficie neutra ed è dato da:
dove:
Mc
I
M
Z
M momento flettente,
Kgm
c distanza dall’ asse neutro,
mm
4
I momento d’ inerzia,
mm
1
Z modulo resistente, mm 3
c
La tabella 39 riporta l’area della sezione A, il momento d’inerzia I,
la distanza dall’asse neutro c e il modulo resistente Z per alcune
sezioni comuni.
Sforzo di trazione
Nella regione elastica della curva sforzi-deformazioni, la
deformazione può essere correlata allo sforzo applicato mediante
la legge di Hooke. La legge di Hooke può essere espressa come:
E
dove
sforzodi trazione
E modulo elastico
allugamento o deformazione
Lo sforzo di trazione è definito come:
F
A
dove:
F forza totale
A area della sezione
Calcolo dei valori sforzi-deformazioni
Per utilizzare le classiche equazioni, è necessario tener conto delle
seguenti assunzioni semplificative:
1. il componente può essere analizzato come una o più strutture
semplici;
2. il materiale può essere considerato linearmente elastico e
isotropico;
3. il carico è di tipo statico, concentrato o distribuito, applicato
gradualmente per un breve periodo; e
4. il componente non presenta tensioni interne residue o dovute
allo stampaggio.
Progettazione meccanica – 48 – Solvay Advanced Polymers

Tabella 38
Equazioni di massimo sforzo e di deformazione
Trave semplicemente appoggiata
Carico concentrato al centro
Trave a sbalzo (un’estremità fissa)
Carico concentrato all’estremità libera
F
FL 4Z
F
FL
Z
(al carico)
(all’incastro)
L
Y
Y
3
FL
48EI
(al carico)
L
Y
Y
3
FL
3EI
(al carico)
Trave semplicemente appoggiata
Carico distribuito uniformemente
Trave a sbalzo (un’estremità fissa)
Carico distribuito uniformemente
F (carico totale)
FL 8Z
F (carico totale)
FL 2Z
(al centro)
(all’incastro)
F (carico totale)
L
Y
FL
Y 5 3
384EI
(al centro)
L
Y
3
FL
Y
8EI
(all’incastro)
Entrambe le estremità incastrate
Carico concentrato al centro
Entrambe le estremità incastrate
Carico distribuito uniformemente
1/ 2 L
F
FL 8Z
(agli incastri)
Y
F (carico totale) FL 12Z
(agli incastri)
Y
3
FL
192EI
Y
3
FL
384EI
L
Y
(al carico)
L
(al centro)
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 49 – Progettazione meccanica

Tabella 39
Aree e momenti d’inerzia per alcune sezioni
Rettangolare
Trave a I
A
bd
t
A bd h ( b t)
d
b
d
c 2
na
3
bd
I
c 12
Z
bd
6
2
d
c
b
na
s
h
c
d
2
3 3
bd h ( b t )
I
12
Z
3 3
bd h ( b t )
6d
Circolare
Trave ad H
na
d
A
c
I
Z
d
2
4
d
2
d
4
64
d
3
32
b
s
t
h
d
A bd h ( b t)
c
b
2
na 2sb
ht
I
12
c
Z
3 3
2sb
ht
6b
3 3
Tubolare
Rettangolare cava
na
d i
d I
c
d o
2 2
( d
o
d
i
)
A
4
c
d o 2
4 4
( d
o
d
i
)
I
64
Z
4 4
( d
o
d
i
)
32d
o
na
c
A b d b d
d
1
c
2
d 1
3
bd
1 1
bd
d 2 I
b 2 12
b 1
Z
1 1 2 2
bd
3
1 1
3
2 2
bd
6d
1
3
2 2
Trave a T o nervatura
Trave a U
s
h
b
t
c
na
d
A bs ht
c d
Z
I
c
2 2
d t s ( b t)
2 ( bs ht )
tc b(dc) (b t)(dc
s)
I
3
3 3 3
c
s
t
h
d
na
b
A bd h( b t)
2b s ht
c b
2A
2b s ht
I
3
Z
I
c
3 3
2 2
Ab ( c)
2
Progettazione meccanica – 50 – Solvay Advanced Polymers

Progettazione per la rigidità
Quando un progettista intende sostituire un componente metallico
con uno in materiale plastico, dovrà prendere in considerazione la
rigidezza o rigidità del componente stesso. Se l’applicazione
richiede che il valore massimo di deformazione sotto carico
rimanga invariato, il componente plastico dovrà avere una rigidità
equivalente a quella del componente metallico.
La tabella 38 presenta le equazioni di deformazione per numerose
travi. Selezionando la trave con entrambe le estremità fisse e un
carico distribuito uniformemente, la deformazione Y è data da:
Y
3
FL
384EI
Per ottenere un componente plastico con rigidità equivalente a
quella del componente metallico, occorre dapprima uguagliare le
equazioni di deformazione per i due componenti nel modo
seguente:
3 3
FL FL
384EI
384EI
metallo
materiale plastico
Supponendo un carico e una lunghezza costanti ed eliminando i
fattori comuni ad entrambe le parti dell’equazione, quest’ultima
diventerà:
EI
metallo
EI
(1)
materiale plastico
Sapendo che il modulo elastico (E) di questi materiali è
sostanzialmente diverso, risulta evidente che è necessario
modificare le dimensioni dei componenti per correggere il
momento d’inerzia (I).
Ad esempio, se il componente metallico è costituito da magnesio
con un modulo pari a 44,8 GPa e il materiale plastico sostitutivo è
UDEL GF-130 con un modulo pari a 7,38 GPa, l’incremento
richiesto per il momento d’inerzia può essere calcolato
dall’equazione (1).
(44,8 GPa)(I magnesio ) = (7,38 GPa)(I UDEL )
I UDEL = 6,07 I magnesio (2)
Aumento dello spessore della sezione
Un modo per aumentare il momento d’inerzia consiste
nell’aumentare lo spessore della sezione.
Dalla tabella 39, la formula del momento d’inerzia di una sezione
rettangolare è:
Sostituendo nell’equazione (2) ed eliminando i fattori comuni si
ottiene:
d
Udel
3 607 , d
3
magnesio
Se lo spessore della sezione in magnesio fosse pari a 2,54 mm, si
otterrebbe:
d Udel
3
607 , ( 1638 , )
d Udel
463 , mm
L’aumento di spessore di sezione richiesto per ottenere una rigidità
equivalente è dell’82%.
Aggiunta di nervature per mantenere la rigidità
Un altro modo per ottenere la rigidità consiste nell’aumentare il
momento d’inerzia aggiungendo nervature. L’utilizzo di nervature
permette di ridurre lo spessore di parete e il peso, pur mantenendo
la rigidità richiesta.
Poiché il materiale è lo stesso dell’esempio precedente, il
momento d’inerzia della sezione con nervatura è uguale al
momento d’inerzia della piastra di spessore pari a 4,63 mm.
Il momento d’inerzia della piastra è dato da:
I
piastra
3
bd
12 .
Se si assegna il valore di 25,4 mm alla larghezza, allora l = 5,02 x
209 mm 4 .
Il calcolo dello spessore della nervatura e di parete necessario per
ottenere lo stesso momento d’inerzia è dato dalle equazioni
seguenti per la distanza dall’asse neutro alla fibra estrema c,
il momento d’inerzia I e l’area A.
2 2
d t s b t
c d
2 bs ht
I
tc b d c b t d c s
3
A bs ht
3 3 3
I
3
bd
12
in cui b è la larghezza e d è lo spessore della sezione.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 51 – Progettazione meccanica

Figura 48
Aggiunta di nervature per ottenere rigidità
s
b
na
h
c
d
Y
FL
5 3
384EI
Il momento d’inerzia per una trave con una sezione trasversale
rettangolare è riportato in tabella 39 come:
I
3
bd
12
La larghezza della trave è pari a 25,4 mm (1 pollice). Sostituendo
le dimensioni della trave nell’equazione si ottiene:
Un tipico esempio di progettazione di nervatura viene riportato in
figura 48.
L’esperienza insegna che alcuni vincoli nella progettazione di
nervature sono auspicabili dal punto di vista dello stampaggio.
Tali vincoli sono:
t
06 , s
t
I ()( 10182 , ) 3
12
I 209 mm 4
La deformazione nel breve periodo per la trave in esame, se fosse
realizzata con UDEL P-1700, è data da:
Y
FL
5 3
384EI
h
15 , s
Utlizzando un metodo iterativo empirico per risolvere queste
equazioni, per una geometria delle nervature che offra lo stesso
momento d’inerzia del componente metallico originale, oppure
della piastra di spessore di 4, 63 mm con una nervatura per
pollice, si ottengono i seguenti risultati.
dove
F 68,9 Pa
L 127 mm
E 2,48 GPa
I 209 mm
4
Spessore di parete (s) = 3,2 mm
Larghezza della nervatura (t) = 1,9 mm
3
()( 5105 )()
Y
( 384)( 360. 000)( 0, 00050238)
2,3 mm
Altezza della nervatura (h) = 4,8 mm
Se il carico viene applicato per 10.000 ore, al posto del modulo a
trazione viene usato il modulo di scorrimento o apparente, che può
essere individuato in figura 22 a pagina 21.
L’aggiunta di una nervatura ogni 25 mm riduce l’area della sezione
richiesta per ottenere una rigidità equivalente da 117 mm² a
90 mm².
3
()( 5105 )()
Y
( 384)( 290. 000)( 0, 00050238)
2,8 mm
Progettazione per carichi prolungati nel tempo
Il tipico calcolo di sforzi e deformazioni descrive la risposta al
carico, immediata o nel breve periodo. Se il carico viene applicato
per un lungo periodo, la deformazione risulta maggiore del previsto
a causa della natura viscoelastica del polimero che porta al
fenomeno noto come creep. Per predire in modo più accurato la
deformazione che si verifica in situazioni di carico prolungato, si
può sostituire il modulo elastico con il modulo di scorrimento o
apparente. Viene riportato qui di seguito un esempio di calcolo per
un carico prolungato.
Calcolo della deformazione
Se la trave riportata in figura 49 viene caricata con un carico
distribuito di 13,8 Pa, fare riferimento alla tabella 38 per calcolare
la deformazione istantanea in mezzeria e la deformazione dopo
10.000 ore. L’equazione per la deformazione di una trave
semplicemente appoggiata con un carico uniformemente
distribuito è:
La deformazione aggiuntiva dovuta al creep è pari a 0,5 mm.
Figura 49
Esempio di trave utilizzata per un carico prolungato
F=10 lbs
d= 0.182"
5.00"
L
Progettazione meccanica – 52 – Solvay Advanced Polymers

Limiti di progettazione
Dopo aver calcolato i massimi valori di sforzo e deformazione, il
progettista procede paragonando il valore dello sforzo con le
proprietà del materiale, cioè resistenza alla trazione, alla
compressione o al taglio. Successivamente, il progettista decide se
includere nel progetto un fattore di sicurezza sufficiente per
renderlo realizzabile o se è opportuno modificare lo spessore delle
pareti, o includere nervature o profili per aumentare il modulo
resistente.
Il termine “ammissibile” è stato coniato per valutare la resistenza
di un materiale che include i fattori di sicurezza adeguati per il
modello di carico previsto. In tabella 40 vengono riportati gli sforzi
ammissibili per un carico intermittente nel breve periodo.
In tabella 41 vengono riportati gli sforzi ammissibili per un carico
costante in cui il creep rappresenti il fattore principale di calcolo.
Queste tabelle considerano solo la temperatura fra i fattori
ambientali. La presenza di sostanze chimiche può diminuire
notevolmente i fattori ammissibili nel progetto.
Il modello ottenuto dall’applicazione delle equazioni di
progettazione meccaniche è utile come punto di partenza, tuttavia
l’analisi non tiene conto di alcuni fattori critici. Per esempio, la
resistenza all’urto di un modello è direttamente correlata alla
capacità di assorbire energia d’urto senza rottura. Aumentando lo
spessore di parete generalmente si migliora la resistenza all’urto di
un componente ottenuto per stampaggio. Tuttavia, l’aumento dello
spessore di parete può ridurre la resistenza all’urto rendendo il
componente troppo rigido, incapace di flettere e di distribuire
l’energia d’urto. Pertanto, la capacità del modello di resistere
all’urto deve essere controllata sottoponendo a test la resistenza
all’urto di componenti prototipi.
Portabatteria industriale
Saft ha scelto il polisulfone UDEL per il contenitore dei componenti
delle batterie SRM F3 comunemente utilizzate per il sistema di backup
elettrico nei sistemi di trasporto ferroviario. Le celle, riempite di
idrossido di potassio come elettrolita, funzionano per due anni senza
sostituzione del fluido. La resistenza del polisulfone UDEL
all’assorbimento d’acqua, agli urti e alle vibrazioni è una proprietà
fondamentale per mantenere la stabilità della batteria nel lungo
periodo. Grazie alla trasparenza del materiale, il livello del fluido può
essere controllato senza dover aprire il coperchio di sfiato.
Tabella 40
Sforzi ammissibili nella progettazione per un carico
intermittente, MPa (psi)
Grado
UDEL
Temperatura, °C (°F)
23 (73) 93 (200) 149 (300)
P-1700 36,3 (5.300) 31,2 (4.520) 25,1 (3.640)
GF-110 40,5 (5.880) 33,6 (4.880) 28,3 (4.100)
GF-120 50,2 (7.280) 38,0 (5.510) 33,6 (4.870)
GF-130 55,9 (8.110) 33,6 (4.870) 41,8 (6.060)
Tabella 41
Sforzi ammissibili nella progettazione per un carico
costante, MPa (psi)
Grado
UDEL
Temperatura, °C (°F)
23 (73) 93 (200) 149 (300)
P-1700 17,6 (2.550) 13,2 (1.910) 8,7 (1.260)
GF-110 19,5 (2.820) 14,8 (2.150) 10,9 (1.580)
GF-120 24,1 (3.500) 17,3 (2.520) 14,1 (2.040)
GF-130 26,9 (3.900) 20,8 (3.020) 18,8 (2.730)
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 53 – Progettazione meccanica

Concentrazioni di sforzi
Il progetto meccanico classico può portare ad un componente che si
rompe prematuramente o per effetto di una tensione molto inferiore
al previsto a causa di concentrazione di sforzi. Le concentrazioni di
sforzi si manifestano agli spigoli, attorno ai fori o in corrispondenza
di altre parti caratteristiche del componente. Gli stati di sollecitazione
dovuti ad urto o fatica sono particolarmente sensibili alle
concentrazioni di sforzi.
Minimizzando gli spigoli si riducono le concentrazioni di sforzi e si
ottengono componenti con resistenza strutturale maggiore. Per
evitare i problemi di concentrazioni di sforzi, i raggi degli spigoli
interni devono essere pari ad almeno la metà dello spessore di
parete nominale. Un raggio di raccordo di 0,4 mm deve essere
considerato minimo.
In figura 50 viene riportato l’effetto del raggio dello spigolo interno
sul fattore di concentrazione di sforzi. Per esempio, se lo spessore
di parete nominale (t) è 2 mm e il raggio dello spigolo interno (r) è
0,5 mm, il rapporto raggio/spessore (r/t) è 0,25 e il fattore di
concentrazione degli sforzi sarà circa 2. In effetti, uno sforzo pari
a x agirà come uno sforzo di 2x allo spigolo.
Gli spigoli esterni devono avere un raggio pari alla somma del
raggio dello spigolo interno e dello spessore di parete per
mantenere uno spessore di parete uniforme.
La figura 51 illustra la progettazione corretta di uno spigolo.
Figura 50
Fattore di concentrazione di sforzi per spigoli interni
Figura 51
Progettazione degli spigoli per minimizzare le tensioni
Lo spessore
di parete allo
spigolo è
circa 1 1/3 T
Progettazione errata
Raggio dello
spigolo = ½ T
Progettazione corretta
Filettature
Si devono usare le classi di filettatura UTS (Unified Thread
Standard) a base tonda. Le filettature non devono arrivare sino
all’estremità della sezione filettata. Deve essere lasciata una zona
libera di almeno 0,79 mm. Non sono raccomandate le filettature
per tubi poiché inducono una notevole azione d’incuneamento.
Figura 52
Progettazione corretta di una filettatura
T
0,79 mm (1/32 di pollice) minimo
,
Fattore di concentrazione di sforzi
,
,
,
,
, , , ,
,
Rapporto raggio/spessore
Corretta
Errata
Progettazione meccanica – 54 – Solvay Advanced Polymers

Calettamento con interferenza
Uno dei metodi più economici disponibili per accoppiare due
componenti è un accoppiamento per pressione. Tale
accoppiamento consente di unire due componenti utilizzando un
albero e un mozzo, senza l’uso di viti, adesivi, inserti metallici,
saldatura ultrasonica e così via. Il giunto viene ottenuto pressando
o forzando l’albero in un foro di diametro inferiore al diametro
dell’albero. La differenza di diametro tra il foro e l’albero è nota
come interferenza diametrale. La forza che mantiene il giunto è
principalmente uno sforzo di compressione sull’albero, risultante
dalla tensione tangenziale sul mozzo creata dall’inserzione
dell’albero. A seconda dei moduli relativi dei materiali dell’albero e
del mozzo, lo sforzo di compressione sull’albero può anche
contribuire a mantenere il giunto. Lo sforzo che mantiene un
calettamento con interferenza manifesta un rilassamento nel
tempo in una maniera analoga al creep, in quanto il modulo
apparente del materiale polimerico diminuisce nel tempo.
Calcolo dell’interferenza
L’interferenza ammissibile tra albero e mozzo può essere
determinata mediante l’equazione generale:
I
S D
F
F
Eh
d s h
e il fattore geometrico è dato da:
1
E
s
s
Se albero e mozzo sono realizzati in resina UDEL dello stesso
grado, allora:
E E E
h
e l’interferenza è data da:
I
s
S
d
E D
s
F 1
F
Se il mozzo è realizzato in resina UDEL e l’albero in metallo, allora
l’interferenza è data da:
I
S D
F
F
E
d s h
h
Quando un accoppiamento per pressione viene usato con materiali
dissimili, le differenze in espansione termica possono aumentare o
diminuire l’interferenza tra i componenti accoppiati. Questo fattore
può aumentare o diminuire lo sforzo che influenza la resistenza del
giunto.
Un accoppiamento per pressione può rilassarsi per creep o per
diminuzione delle tensioni nel tempo, causando una diminuzione
della forza di ritenzione dell’assemblaggio. Pertanto, si raccomanda
vivamente di sottoporre a test l’assemblaggio nelle condizioni
operative previste.
F
D
1 D
D
1
D
s
h
s
h
2
2
Figura 53
Esempio di accoppiamento per pressione
Albero
dove:
d s
I = interferenza diametrale, mm
S d
= tensione nominale, MPa
D h
= diametro esterno del mozzo, mm
D s
= diametro dell’albero, mm
E h
= modulo elastico del materiale del mozzo, MPa
E s
= modulo elastico del materiale dell’albero, MPa
h
= rapporto di Poisson del materiale del mozzo
s
= rapporto di Poisson del materiale dell’albero
F = fattore geometrico
Smusso
Angolo di rottura
D h
Sezione trasversale del mozzo
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 55 – Progettazione meccanica

Progettazione per lo stampaggio ad
iniezione
Poiché molte applicazioni per le resine UDEL saranno componenti
ottenuti per stampaggio ad iniezione, nella progettazione di un
componente è necessario considerare i fattori che ne influenzano
la stampabilità. Questi fattori includono lo spessore di parete e le
transizioni di spessore di parete, spoglia, nervature, aggetti e
carotaggio.
Spessore di parete
In generale, è necessario progettare i componenti in modo da
avere la parete più sottile che abbia una resistenza strutturale
sufficiente da sopportare i carichi previsti, che mantenga la
deformazione entro i limiti dei criteri di progettazione, che abbia un
flusso adeguato e soddisfi i requisiti di autoestinguenza e di urto.
I componenti progettati in questo modo avranno la massa più
piccola possibile, richiederanno il più breve ciclo di stampaggio e
pertanto avranno il costo più basso.
Occasionalmente, per lo stampaggio sono necessari spessori di
parete maggiori di quelli richiesti dall’analisi meccanica del
progetto. Il flusso delle resine UDEL, come quello di altri materiali
termoplastici, dipende dallo spessore di parete nonché dalla
progettazione dello stampo e dalle variabili del processo, come la
velocità d’iniezione, la temperatura dello stampo, la temperatura
del fuso e la pressione d’iniezione. I limiti pratici per lo spessore di
parete rientrano generalmente tra 0,8 e 6,5 mm. Pareti di 0,3 mm
di spessore possono essere stampate se le lunghezze di flusso
sono corte. La figura 54 riporta la lunghezza di flusso ottenuta per
spessori di parete e pressioni d’iniezione differenti utilizzando una
temperatura dello stampo pari a 93 °C.
Figura 54
Distanza di flusso in funzione dello spessore per
UDEL P-1700 PSU
Spessore di parete, mm
, , , , , ,
rastremazione 3:1 riportato in figura 55. Transizioni rapide possono
creare problemi estetici e di stabilità dimensionale, dovuti a
velocità di raffreddamento differenziali e a flusso turbolento.
Inoltre, da un punto di vista strutturale, una transizione rapida può
causare una concentrazione di sforzi che può influire in modo
negativo sulla prestazione del componente sotto carico o in caso
d’urto.
Figura 55
Transizione dello spessore di parete
Non buona
Buona
Ottima
Angolo di spoglia
Per facilitare l’estrazione dallo stampo, i componenti sono
generalmente progettati con una rastremazione nella direzione del
movimento dello stampo. La rastremazione crea uno spazio libero
non appena lo stampo comincia a muoversi, consentendo
l’estrazione del componente. La rastremazione è generalmente
nota come “spoglia” e la quantità di rastremazione come “angolo
di spoglia”. L’uso della spoglia viene illustrato in figura 56.
Figura 56
Rapida
Rastremata
Graduale
Impiego di spoglia per facilitare il distacco dallo stampo
Distanza di flusso, pollici
Distanza di flusso, cm
Variazione dimensionale dovuta alla spoglia
Profondità
dello sformo
,
,
,
,
,
,
, , , , ,
Spessore di parete, pollici
Variazioni di spessore di parete
Angolo di spoglia
Sebbene spessori di parete uniformi siano ideali, può essere
necessario variare lo spessore di parete per considerazioni
strutturali, estetiche e di spoglia. Quando risulta necessario variare
lo spessore della sezione di parete, il progettista deve considerare
una transizione graduale, come per esempio il rapporto di
Progettazione per lo stampaggio ad iniezione – 56 – Solvay Advanced Polymers

Per consentire l’estrazione facile del componente dallo stampo è
necessario un opportuno angolo di spoglia. Generalmente, per le
resine UDEL, il progettista deve considerare un angolo di spoglia
compreso fra mezzo grado e un grado per lato sia per le pareti
interne che per quelle esterne. In alcuni casi particolari, sono stati
utilizzati angoli di spoglia inferiori, sino a 1/8 di grado e ¼ di grado,
con finitura lucida della superficie dello stampo.
Una spoglia maggiore deve essere usata per sformi profondi o
quando sono utilizzati inserti. Finiture a rilievo richiedono spoglie
superiori a 1° per lato per ogni 0,025 mm di profondità di rilievo.
Nervature
Nella progettazione di un componente, la rigidità strutturale può
essere aumentata con nervature opportunamente progettate e
localizzate senza creare pareti spesse. Un’adeguata progettazione
con nervature consente di diminuire lo spessore di parete, con
conseguente diminuzione di peso, riduzione dei cicli di stampaggio
ed eliminazione di pareti spesse, che possono causare problemi di
stampaggio come segni di risucchio. Le nervature correttamente
posizionate possono anche funzionare da canali d’iniezione interni,
migliorando il flusso del materiale durante lo stampaggio.
In generale, nella progettazione di nervature ci si deve attenere alle
seguenti linee guida. Lo spessore alla base della nervatura deve
essere pari alla metà dello spessore della parete adiacente.
Quando le nervature sono opposte ad aree estetiche, la larghezza
deve essere mantenuta il più sottile possibile. Nelle zone del
componente stampato ove la struttura sia più importante
dell’aspetto, le nervature sono spesso pari al 75% o persino al
100% dello spessore di parete esterna. Ove possibile, le nervature
devono essere raccordate delicatamente ad altre strutture come
pareti laterali, aggetti e giunti di montaggio. Le nervature non
devono essere d’altezza o spessore costante e spesso sono
progettate secondo la distribuzione delle tensioni nel componente.
Tutte le nervature presentano una spoglia minima di mezzo grado
per lato e devono avere un raggio minimo di 0,4 mm alla base.
La figura 57 riporta le relazioni raccomandate per le dimensioni
delle nervature.
Figura 57
Geometria raccomandata per le nervature
t
Spoglia da ½°
a 1½°
Inserti
Una progettazione corretta deve prevedere uno spessore della
sezione di parete uniforme in tutto il componente. Grossi spessori
in un componente possono allungare la durata del ciclo, causare
segni di risucchio e aumentare le tensioni indotte dallo
stampaggio.
Le sezioni spesse devono essere scaricate per fornire uno
spessore di parete uniforme. Per semplificare e rendere meno
costosi gli stampi, gli inserti devono essere paralleli alla linea di
sformo dello stampo. Inserti posizionati in direzioni differenti
richiedono generalmente movimenti laterali dello stampo, o
l’applicazione d’inserti caricati manualmente o a perdere.
Inserti che si estendono sino all’interno della cavità sono soggetti
ad alta pressione. La lunghezza degli inserti di diametro superiore
a 1,5 mm non deve essere superiore a tre volte il diametro;
la lunghezza delgli inserti ciechi di diametro inferiore a 1,5 mm
non deve essere superiore a due volte il diametro. Queste
raccomandazioni possono essere raddoppiate per inserti passanti.
Tutti gli inserti dovranno essere lucidati e dotati di spoglia per
ottimizzare l’estrazione.
Aggetti
Gli aggetti sono sporgenze all’esterno della parete nominale del
componente, usate come punti di montaggio o di fissaggio.
La progettazione degli aggetti dipende largamente dalla funzione
nel componente in questione. Gli aggetti ad anello possono essere
usati con accoppiamento per pressione, viti autofilettanti ed inserti
ad ultrasuoni. Questi elementi di fissaggio esercitano una tensione
tangenziale variabile sulla parete dell’aggetto.
Come guida generale, il diametro esterno di ciascun aggetto deve
essere pari al doppio del diametro interno del foro e lo spessore di
parete di ciascun aggetto non deve eccedere quello del
componente. La figura 58 illustra queste linee guida.
Forze addizionali imposte su un aggetto possono essere trasmesse
lungo di esso sino alla parete nominale. Per questo motivo, un
raggio minimo pari al 25% dello spessore di parete è richiesto alla
base dell’aggetto per fornire resistenza e ridurre la concentrazione
di sforzi. Un aggetto può essere ulteriormente rafforzato mediante
l’uso di una piastra di supporto attorno ad esso oppure mediante
fissaggio ad una parete adiacente con una nervatura
opportunamente progettata. Grossi spessori devono essere evitati
per impedire segni di risucchio sulla superficie del componente.
Figura 58
Linee guida generali per la progettazione di aggetti
t 0,4 mm
D.I.
D.E.
S
D.E. =2 x D.I.
0,25 T T
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 57 – Progettazione per lo stampaggio ad iniezione

Fissaggi a scatto
La duttilità delle resine UDEL, associata alla loro resistenza, le
rende adatte all’assemblaggio per fissaggio a scatto. In tutti i
fissaggi a scatto, una parte del componente stampato deve flettere
come una molla, generalmente passare un’interferenza e ritornare
alla posizione di riposo per creare un assemblaggio tra due o più
componenti. Il punto fondamentale nella progettazione di un
fissaggio a scatto consiste nel dargli una tenuta sufficiente senza
eccedere i limiti elastici o di fatica del materiale.
I due tipi più comuni di fissaggi a scatto sono la trave diritta e la
trave rastremata. Le figure 59 e 60 riportano questi tipici schemi
di fissaggio a scatto e le equazioni corrispondenti per il calcolo
della deformazione massima durante l’assemblaggio. Le costanti
di proporzionalità per la progettazione di una trave rastremata
sono riportate in figura 61. La deformazione massima non dovrà
eccedere i valori di deformazione ammissibile riportati in
tabella 42.
Tabella 42
Deformazioni massime ammissibili nella progettazione di
fissaggi a scatto
Grado UDEL
P-1700 5,5
GF-110 3,0
GF-120 1,5
GF-130 1,0
Deformazione
massima ammissibile, %
Figura 60
Progettazione di fissaggi a scatto utilizzando una trave
rastremata
h 0
Deformazione massima 3 Yh0
2
2LK
L
Y massima
Figura 61
Costante di proporzionalità (K) per una trave rastremata
,
,
h L
Figura 59
Progettazione di fissaggi a scatto utilizzando una trave
diritta
Deformazione massima 3 Yh0
2
2L
Costante di proporzionalità (K)
,
,
,
,
,
L
,
, , , , , , , ,
Rapporto fra hLe h0
Y massima
h 0
Progettazione per lo stampaggio ad iniezione – 58 – Solvay Advanced Polymers

Produzione
Essiccazione
Prima di essere stampato o estruso, il polisulfone deve essere
essiccato. Il materiale assorbe circa lo 0,3% d’umidità atmosferica
durante l’immagazzinamento. Il contenuto d’umidità deve essere
ridotto a circa lo 0,05% per essiccazione. Altrimenti, sui
componenti stampati appariranno striature superficiali, o
sfiammature, mentre le barre estruse presenteranno evidenti bolle.
L’umidità, tuttavia, non causa l’idrolisi del polisulfone né reagisce
in alcun modo con esso, causando decolorazione, degradazione
chimica o deterioramento delle proprietà del polimero. Le parti
stampate con resine non essiccate sono solamente insoddisfacenti
dal punto di vista estetico o, in alcuni casi, risultano deboli a causa
della formazione di bolle interne. I componenti di qualità
insoddisfacente a causa dell’umidità possono essere rimacinati,
essiccati e successivamente ristampati senza conseguente perdita
delle proprietà originali.
I granuli di polisulfone possono essere essiccati in un forno a
circolazione d’aria o in una tramoggia deumidificante.
L’essiccazione in forno può essere realizzata distribuendo i granuli
su vassoi su uno spessore di 25-50 mm ed essiccando per 3,5 ore
dopo che i granuli hanno raggiunto la temperatura di 135 °C,
oppure per due ore a 160 °C. Le curve d’essiccazione per il
polisulfone UDEL sono riportate in figura 62.
Il polisulfone non richiede pre-essiccazione se lavorato in un
estrusore con degasaggio progettato per l’estrazione delle
sostanze volatili. In tutte le altre operazioni continue di stampaggio
o estrusione, si raccomanda di utilizzare una tramoggia
deumidificante fissata direttamente all’unità di lavorazione. Questi
efficienti essiccatori, le cui dimensioni dipendono dalla velocità di
consumo del materiale, consentono di eseguire operazioni di
lavorazione continue.
Il polisulfone richiede un tempo di residenza di 3,5 ore nella
tramoggia d’essiccazione con una temperatura d’ingresso dell’aria
di 135 °C. La tramoggia deve essere isolata in modo che in
condizioni d’equilibrio la caduta di temperatura dell’aria non sia
superiore a circa 15 °C. L’aria calda d’ingresso che ritorna alla
tramoggia d’essiccazione dopo essere stata disidratata dovrebbe
avere un punto di rugiada massimo di –32 °C.
Figura 62
Essiccazione del polisulfone UDEL
Contenuto d’umidità, ppm
Obiettivo per estrusione
Obiettivo per stampaggio
Gabbie per animali da laboratorio
Tempo d’essiccazione, ore
Le curve presentano le raccomandazioni minime, dal momento
che il polisulfone non può essere “sovraessiccato”. Infatti, può
essere mantenuto intatto a 135 °C sino ad una settimana. Se il
materiale naturale viene essiccato a temperature superiori a
166 °C, i granuli possono sinterizzare in un intervallo di tempo
compreso fra tre e quattro ore.
In condizioni ambientali d’elevata umidità, può essere necessario
aumentare il tempo d’essiccazione. Il metodo più efficiente
raccomandato per l’essiccazione è l’utilizzo di un essiccatore a
setacci molecolari. La resina essiccata deve essere maneggiata in
modo da impedire il riassorbimento d’umidità dall’atmosfera.
Le gabbie per animali da laboratorio a fondo solido richiedono un
insieme di attributi di prestazioni particolari, come trasparenza,
resistenza agli agenti chimici e resistenza all’urto, per sopportare le
operazioni di pulizia e di sterilizzazione a vapore settimanali. La resina
UDEL mantiene una resistenza all’urto elevata per almeno 100 cicli,
corrispondenti a circa due anni di utilizzo, e resiste bene ai detergenti
alcalini comunemente utilizzati in quest’applicazione impegnativa.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 59 – Essiccazione

Reologia
Le figure 63 e 64 evidenziano i dati reologici per le resine UDEL
P-1700 e UDEL P-3500.
Figura 63
Reologia della resina UDEL P-1700
Viscosità, Pa-s
Velocità di taglio, s –1
Figura 64
Reologia della resina UDEL P-3500
Tubi ad immersione per riscaldatori d’acqua
Viscosità, Pa-s
Velocità di taglio, s –1
I tubi ad immersione per riscaldatori d’acqua sono utilizzati per
convogliare l’acqua fredda in un riscaldatore d’acqua di stoccaggio,
dall’ingresso, posto in alto, sino al fondo, per evitarne il mescolamento
con l’acqua calda. Inoltre, molti tubi ad immersione sono progettati
per generare un moto attorno agli elementi riscaldanti che impedisce il
deposito di calcare sul fondo del serbatoio. Sin dall’inizio degli anni
’70, per questa applicazione vengono utilizzati tubi in polisulfone UDEL
a parete sottile di 0,5 mm. La stabilità idrolitica nel lungo periodo e
la resistenza all’attacco ossidativo da parte dell’acqua clorata di
questo materiale riducono il rischio di rottura del prodotto, evento
possibile che è noto succedere usando materiali a costo e prestazione
inferiori (PP, PEX).
Reologia – 60 – Solvay Advanced Polymers

Stampaggio ad iniezione
Apparecchiature
Il polisulfone UDEL può essere facilmente iniettato con la maggior
parte delle presse ad iniezione a vite.
Geometria della vite
La tipica vite per applicazioni generiche può essere utilizzata in
modo soddisfacente con le resine UDEL. La geometria di una vite
tipica per la lavorazione di queste resine viene riportata in
figura 65.
Puntali e anelli antiritorno
La progettazione del puntale della vite e dell’anello antiritorno è
importante per una corretta lavorazione. L’anello antiritorno
impedisce al materiale fuso di rifluire sulla vite durante le fasi
d’iniezione e di mantenimento. Se non viene utilizzato un anello
antiritorno, risulta difficile o impossibile mantenere il cuscino.
L’anello antiritorno o sistema di controllo ad anello deve essere
progettato per consentire un flusso scorrevole, impedendo la
formazione di punti morti o contropressione. Si sconsiglia l’uso di
valvole di controllo a sfera. Anche il puntale della vite deve essere
affusolato per minimizzare la quantità di materiale fuso stagnante
davanti alla vite.
Ugelli
Si raccomanda l’uso di ugelli per impieghi generici. Si preferiscono
gli ugelli aperti a quelli dotati di dispositivi di chiusura.
La configurazione della camera dell’ugello deve corrispondere
strettamente a quella del puntale della vite.
Stampi
Le linee guida standard per la progettazione degli stampi sono
adeguate per le resine UDEL.
Spoglia ed estrazione
In generale, la spoglia negli stampi per iniezione progettati per le
resine UDEL deve essere compresa fra mezzo grado e un grado.
L’area di contatto dei perni o delle piastre d’estrazione deve essere
la più grande possibile per impedire la deformazione o la
penetrazione del componente durante l’estrazione.
Punti d’iniezione
Tutti i sistemi convenzionali d’iniezione, inclusi i canali caldi,
possono essere usati con le resine UDEL. Con alcuni tipi di canali
caldi possono insorgere dei problemi, causati da tempi di
residenza lunghi o da punti di stagnazione, dove il materiale può
accumularsi e degradare. I punti d’iniezione devono essere di
Figura 65
Geometria della vite per lo stampaggio ad iniezione
L
LA LK LE
D = diametro esterno della vite
L = lunghezza totale della vite
LF = lunghezza della sezione d'alimentazione
LT = lunghezza della sezione di transizione
LM = lunghezza della sezione di trasferimento
RC = rapporto di compressione
18-22 D
0,5 L
0,3 L
0,2 L
1,8-2,4 : 1
dimensioni adeguate per consentire il riempimento del
componente senza dover impiegare temperature o pressioni
d’iniezione estremamente elevate. Punti d’iniezione che si
raffreddino prima che la compattazione sia completa possono
causare vuoti o segni di risucchio.
Sfoghi
Gli stampi per le resine UDEL devono prevedere sfoghi al termine
dei canali di colata ed in corrispondenza delle linee di saldatura
previste. Gli sfoghi devono avere una lunghezza effettiva compresa
fra 2 e 3 mm, con profondità sino a 0,08 mm.
Controllo della temperatura dello stampo
Il controllo della temperatura dello stampo è un fattore critico per la
realizzazione di stampati di alta qualità. Per alcuni componenti
particolarmente difficili da realizzare possono essere necessari
separati dispositivi di controllo per ciascuna metà dello stampo.
Le temperature richieste per lo stampaggio delle resine UDEL si
possono raggiungere utilizzando termoregolatori ad olio oppure
utilizzando resistenze elettriche.
I termoregolatori ad olio sono sempre preferibili rispetto alle
resistenze elettriche. Sebbene i riscaldatori elettrici aiutino a
raggiungere temperature dello stampo minime, questi sistemi non
rimuovono il calore dallo stampo. Le temperature dello stampo
possono salire al di sopra della temperatura desiderata,
specialmente durante lo stampaggio di componenti di grandi
dimensioni.
D
Tabella 43
Condizioni iniziali di stampaggio
Grado UDEL Temperatura del fuso, °C (°F) Temperatura dello stampo, °C (°F) Ritiro, %
P-1700 350-390 (660-730) 138-160 (280-320) 0,6-0,7
P-1720 350-390 (660-730) 138-160 (280-320) 0,6-0,7
GF-110 360-390 (680-730) 138-160 (280-320) 0,5
GF-120 360-390 (680-730) 138-160 (280-320) 0,4
GF-130 360-390 (680-730) 138-160 (280-320) 0,3
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 61 – Stampaggio ad iniezione

Settaggi della pressa
Temperatura d’iniezione
Le temperature di stampaggio raccomandate per le resine UDEL
sono elencate in tabella 43. In generale, si devono evitare
temperature superiori per minimizzare il rischio di degradazione
termica. Come regola fondamentale, si devono evitare temperature
del fuso superiori a 390 °C.
Temperature dello stampo
La temperatura dello stampo è un fattore importante per
determinare il ritiro, lo svergolamento, il rispetto delle tolleranze, la
qualità della finitura del componente stampato ed il valore delle
tensioni interne.
La temperatura dello stampo per una resina UDEL viene
generalmente impostata nell’intervallo compreso fra 120 e 160 °C.
I soli prodotti che richiedono temperature superiori per raggiungere
un aspetto ottimale sono i gradi UDEL rinforzati con fibra di vetro.
In tabella 43 vengono elencate le temperature dello stampo
raccomandate per i singoli gradi UDEL.
Le perdite di calore possono essere ridotte inserendo piastre
isolanti tra lo stampo ed i piani della pressa. Per ottenere
componenti stampati di alta qualità, si richiede un sistema di
canali di condizionamento ben progettato e un settaggio corretto
della temperatura dello stampo.
Temperature del cilindro
I granuli UDEL possono essere fusi utilizzando temperature non
estreme e, se il profilo di temperatura aumenta nella direzione
dalla tramoggia all’ugello, possono essere tollerati tempi di
residenza nel cilindro relativamente lunghi. Se i tempi di residenza
sono brevi, si può impostare la stessa temperatura su tutte le
resistenze del cilindro. Si richiede almeno un collare riscaldante (di
potenza da 200 a 300 W) per l’ugello, dove le perdite di calore
verso lo stampo possono essere considerevoli come conseguenza
dell’irraggiamento e della conducibilità termica. Queste perdite di
calore possono essere ridotte isolando l’ugello.
Il sistema di controllo dei collari riscaldanti deve essere
monitorato. Per esempio, un allarme tempestivo può prevenire la
rottura della vite se un elemento riscaldante in una delle sezioni
del cilindro si guasta.
L’alimentazione dei granuli può essere spesso migliorata
mantenendo la temperatura in prossimità della tramoggia a circa
80 °C.
Tempo di residenza nel cilindro
Il tempo di residenza del materiale nel cilindro di plastificazione ha
un effetto rilevante sulla qualità dello stampaggio. Se il tempo è
troppo breve, i granuli non risulteranno sufficientemente
plastificati. Se il tempo è troppo lungo, si può verificare una
degradazione termica, indicata da decolorazione, striature scure e
anche dalla presenza di particelle bruciate nei componenti
stampati. Frequentemente, il tempo di residenza può essere ridotto
utilizzando un’unità di plastificazione più piccola. Si ottengono
tempi di residenza accettabili se le dimensioni della stampata sono
comprese tra il 30% e il 70% della capacità del cilindro. Alle
temperature del fuso elencate in tabella 43, tutte le resine UDEL
possono sopportare un tempo di residenza sino a 20 minuti,
tuttavia un tempo pari o inferiore a 10 minuti è preferibile.
Processo di stampaggio
Caratteristiche d’alimentazione
I granuli UDEL possono essere convogliati delicatamente lungo il
cilindro e plastificati in modo omogeneo alle temperature
raccomandate mediante l’uso di viti la cui geometria è riportata in
figura 65 a pagina 61.
La temperatura nella sezione d’alimentazione non deve essere
troppo alta, in quanto i granuli possono fondersi precocemente e
conseguentemente bloccare il flusso di materiale.
Contropressione
La contropressione viene spesso utilizzata per mantenere un
tempo di plastificazione costante per evitare l’intrappolamento
d’aria e/o migliorare l’omogeneizzazione del fuso. Ciò non è
necessario per le resine UDEL. Una contropressione troppo elevata
può causare un surriscaldamento per frizionamento.
Velocità della vite
Ove possibile, la velocità della vite deve essere impostata in modo
che il tempo disponibile per la plastificazione durante il ciclo sia
utilizzato completamente. In altre parole, maggiore è la durata del
ciclo, minore è la velocità della vite. Per esempio, per una vite con
diametro di 50 mm è spesso sufficiente una velocità compresa fra
60 e 100 giri/min. Questo è particolarmente importante quando si
impostano alte temperature, per garantire che il fuso non rimanga
fermo per un tempo troppo lungo davanti al puntale della vite.
Basse velocità della vite contribuiscono anche a diminuire
l’aumento di temperatura dovuto al frizionamento.
Velocità d’iniezione e sfoghi
La velocità d’iniezione è un altro fattore importante per
determinare la qualità del componente stampato. Si devono
utilizzare velocità d’iniezione moderate. La velocità deve essere
sufficientemente elevata da consentire l’omogeneità del fuso, ma
sufficientemente bassa da impedire la combustione per
frizionamento. Un’iniezione rapida porta ad una solidificazione
uniforme e ad una buona finitura di superficiale, specialmente per i
gradi rinforzati con fibra di vetro.
Lo stampo deve essere progettato per consentire all’aria di
fuoriuscire facilmente dalle cavità durante la fase d’iniezione.
In caso contrario, la compressione rapida dell’aria nella cavità
genera temperature elevate con conseguenti surriscaldamento
localizzati e bruciature. Per eliminare i risucchi, il tempo
d’avanzamento della vite e la pressione di mantenimento devono
essere sufficientemente elevati da compensare la contrazione di
volume del materiale durante il raffreddamento.
I punti d’iniezione devono essere sufficientemente grandi da
impedire la solidificazione del polimero nelle loro vicinanze prima
della fine del tempo di mantenimento. I tappi formati sui punti
d’iniezione o vicino ad essi impediscono la compattazione del
materiale all’interno della cavità.
Stampaggio ad iniezione – 62 – Solvay Advanced Polymers

Estrazione
I pezzi in UDEL possono essere facilmente estratti e non
aderiscono alle pareti dello stampo neppure quando sono caldi. In
generale, la spoglia negli stampi per iniezione progettati per le
resine UDEL deve essere compresa fra mezzo grado e un grado.
Per prodotti rinforzati con fibra di vetro si richiede una spoglia
leggermente maggiore, a causa del minore ritiro. La superficie
degli estrattori o delle piastre d’estrazione deve essere quanto più
grande possibile. Gli estrattori non devono essere troppo sottili, per
non perforare i componenti e deformarli durante l’estrazione o con
stampo ad alte temperature.
Distaccanti
Alcuni agenti distaccanti contengono elementi che possono
causare stress cracking (criccature da sforzo) nei componenti in
polisulfone UDEL. I distaccanti raccomandati per l’uso con i
policarbonati sono generalmente compatibili con le resine UDEL.
Tuttavia, prima dell’uso anche questi composti devono essere
testati per controllarne la compatibilità.
Quando si usano agenti distaccanti su componenti che richiedono
l’omologazione degli Underwriters’ Laboratories (UL), bisogna
prestare attenzione nel selezionare distaccanti che UL ha elencato
come compatibili con i prodotti utilizzati. Per ulteriori informazioni,
i produttori possono contattare gli Underwriters’ Laboratories
visitando il sito Web http://www.ul.com.
Ritiro
Il ritiro viene definito come la differenza tra le dimensioni dello
stampo e quelle del componente stampato, misurate a
temperatura ambiente. Il ritiro è principalmente una proprietà della
resina termoplastica ed è causato dalla contrazione in volume che
avviene quando il materiale si raffredda all’interno dello stampo.
Altri fattori che influiscono sull’entità del ritiro sono la geometria
del componente, lo spessore di parete, le dimensioni e la posizione
dei punti d’iniezione e i parametri di lavorazione. L’interazione di
tutti questi fattori rende difficile prevedere esattamente l’entità del
ritiro, anche se sono possibili buone stime. Valori tipici sono
riportati in tabella 43 a pagina 61.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 63 – Stampaggio ad iniezione

Guida alla risoluzione dei problemi
Accertarsi dell’essiccazione
della resina
Utilizzare una formulazione con
distaccante
Eseguire gli interventi
nell’ordine indicato dal
numero
Aumentare
Diminuire
Aumentare o Diminuire
Contropressione
Tempo di raffreddamento
Tempo e pressione di
mantenimento
Velocità d’iniezione
Tempo d’iniezione
Pressione d’iniezione
Decompressione del fuso
Temperatura del fuso
Temperatura dello stampo
Temperatura dell’ugello
Velocità della vite
Dimensione della stampata
Rottura della materozza
Aumentare gli sfoghi
Aumentarelapressionedi
chiusura
Aumentare la spoglia
Aumentare la dimensione del
punto d’iniezione
Aumentare la dimensione del
canale
Spessore di parete
Modificare la posizione del
punto d’iniezione
Lavareepulirelostampo
Isolare l’ugello
Orifizio dell’ugello
Pulire la boccola della
materozza
Problema Parametri del processo Utensili e apparecchiature
Bave nello stampo 3 2 4 5 1
Iniezione lenta 2 1 3 4 6 7 5
Iniezione erratica 1 2
Otturazione dell’ugello 3 4 1 5 2 6
Adesione della materozza 6 4 3 7 5 9 8 2 1
Sibilo della vite 1 2 3
Arretramento lento della
vite
2 3 1
Gocciolamenti dall’ugello 3 2 1 4
Sfiammature 1 3 2 5 4
Stampate incomplete 8 4 2 9 3 6 5 7 1 11 12 13 14 10
Getto libero 1 4 2 3 6 5
Risucchi e vuoti 4 7 2 3 5 6 1 10 8 9 12 11
Adesione dei pezzi allo
stampo
8 3 2 4 1 6 5 9 7
Superficie ondulata 9 1 4 3 2 7 5 8 6
Rigature scure 3 4 2 1 5 7 8 6
Ritiro elevato 3 2 4 5 1 6
Linee di saldatura 4 3 1 2 5 6
Svergolamento 2 1 5 4 3 6
Scarsa brillantezza 3 4 2 1 6 5
Alta tensione dello stampo 7 3 5 2 1 4 6
Colorazione sul punto
d’iniezione
1 4 3 2 5 6
Stampaggio ad iniezione – 64 – Solvay Advanced Polymers

Rimacinatura
Materozze, canali e componenti di scarto possono essere
riutilizzati dopo essere stati rimacinati e rimescolati. Il materiale
macinato, spesso chiamato rimacinato, deve essere secco. Può
essere essiccato con la stessa procedura utilizzata per i granuli.
Il polisulfone ha un’eccellente stabilità termica e può essere
rimacinato più volte senza degradazione. Uno schema tipico per
l’utilizzo del materiale rimacinato prevede la preparazione di una
miscela composta dal 25% di materiale rimacinato e dal 75% di
materiale vergine.
Per dimostrare la stabilità del materiale, sono state stampate barre
di test utilizzando materiale rimacinato al 100%. Queste sono state
successivamente macinate e stampate nuovamente. Questo
processo è stato ripetuto sino a quando il materiale non è stato
stampato quattro volte. A questo punto, i provini sono stati testati
per valutare la resistenza alla trazione, la resistenza all’urto e la
temperatura d’inflessione. I risultati, riportati in tabella 44, indicano
che non si è verificata alcuna degradazione delle proprietà.
Tabella 44
Proprietà di UDEL P-1700 dopo quattro stampaggi
Proprietà
Resistenza alla trazione, MPa
(kpsi)
Resistenza all’urto Izod, J/m
(piedi-libbre/pollici)
Primo stampaggio
Dopo quattro
stampaggi
68,9 (10,0) 71 (10,3)
69 (1,3) 69 (1,3)
Misurazione della tensione residua
Durante la lavorazione di componenti in polisulfone è importante
minimizzare le tensioni residue o interne. È stata messa a punto
una procedura per stimare l’ammontare della tensione residua.
Questa implica l’esposizione dei componenti ad una serie di
miscele etanolo/acetato d’etile. Il valore di tensione richiesto per
provocare una criccatura in ciascuna miscela è stato determinato
utilizzando provini a valori di tensione noti. Le miscele e i valori di
tensione ai quali si forma una criccatura sono riportati in
tabella 45.
Per determinare la tensione residua, immergere il componente per
un minuto nella prima miscela (75% d’etanolo e 25% di acetato
d’etile in volume). Togliere il componente dal reagente e lasciare
essiccare. L’essiccazione può essere accelerata soffiando aria
compressa a bassa pressione sulla superficie.
Verificare l’eventuale presenza di criccature nel componente. Se il
componente appare criccato, la tensione residua risulta superiore
a 19 MPa. Se il componente non appare criccato, la tensione
residua risulta inferiore a 19 MPa. Continuare il test con la miscela
successiva.
Immergere il componente nella seconda miscela, toglierlo dopo
un minuto, lasciare essiccare e verificare l’eventuale presenza di
criccature. Nel caso queste siano presenti, la tensione residua
rientra nell’intervallo tra 15 e 19 MPa. Se il componente non
appare criccato, la tensione residua risulta inferiore a 15 MPa.
Continuare il test con la miscela successiva.
Continuare in modo analogo sino a che non si manifesta una
criccatura, oppure finché il componente sopporta l’immersione in
acetato d’etile per un minuto senza rotture.
Per effettuare letture accurate delle tensioni, i reagenti devono
essere intatti. Nel tempo, i reagenti possono assorbire acqua,
evaporare o contaminarsi, dando conseguentemente errate
indicazioni dei valori di tensione. Sebbene i reagenti possano
essere calibrati usando campioni con valori di tensione noti, può
essere più semplice sostituire i reagenti periodicamente con
solvente nuovo prelevato dal contenitore sigillato. Se si intende
calibrare i reagenti, per l’assistenza contattare i rappresentanti di
zona Solvay Advanced Polymers.
Tabella 45
Reagenti per il test di tensione residua
Composizione della miscela
% in volume % in volume Tensione critica
Miscela Etanolo Acetato d’etile psi MPa
1 75 25 2.800 19
2 50 50 2.200 15
3 43 57 1.700 12
4 37 63 1.300 9
5 25 75 800 6
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 65 – Stampaggio ad iniezione

Estrusione-soffiaggio (Blow Molding)
Il processo di blow molding (estrusione-soffiaggio) consiste delle
seguenti fasi:
estrusione di un tubo chiamato “parison” (preforma)
incastonatura del parison allo stato fuso in uno stampo
introduzione di aria compressa per espandere il parison sino
a riempire lo stampo
raffreddamento ed estrazione del componente.
Sia la resina UDEL P-1700 che la resina UDEL P-3500 sono adatte
per il soffiaggio. Tuttavia, la resina P-3500 viene spesso preferita
per la maggior resistenza del fuso.
Essiccazione
Il polisulfone deve essere ben essiccato prima dello stampaggio.
Fare riferimento alla pagina 59 per le raccomandazioni
sull’essiccazione. L’essiccazione è più critica per il blow molding
rispetto allo stampaggio ad iniezione in quanto i parison estrusi a
caldo sono a pressione atmosferica, il che fa sì che l’acqua
eventualmente presente possa facilmente venire in superficie.
Apparecchiature
L’apparecchiature per il blow molding in commercio, sia i tipi ad
estrusione continua che i tipi ad estrusione intermittente, sono
adatte per i polisulfoni, purché siano in grado di raggiungere
temperature del fuso comprese fra 315 e 345 °C.
La geometria della vite nelle apparecchiature per il blow molding
dei polisulfoni è importante. L’equilibrio ottimale tra l’uniformità
delle temperature del fuso, il controllo della temperatura ed i
requisiti di potenza si ottiene con viti a basso rapporto di
compressione (2,0-2,5:1). Evitare l’uso di viti ad alto rapporto di
compressione, come quelle generalmente usate con poliolefine.
Tali viti, infatti, richiedono momenti torcenti elevati e generano un
eccessivo calore per frizionamento.
L’uniformità di temperatura del fuso di polisulfone ottenuta in
estrusione è molto migliore di quella ottenuta con le poliolefine. Di
conseguenza, non sono generalmente necessari filtri o altri
dispositivi di limitazione di pressione.
Come nello stampaggio ad iniezione, la temperatura dello stampo
deve essere controllata con olio per ottenere basse tensioni
interne. Poiché la maggior parte dei componenti presenta uno
spessore di parete relativamente sottile, la temperatura dello
stampo deve essere compresa nell’intervallo fra 120 e 150 °C.
Condizioni di lavorazione
Le temperature del fuso necessarie per il blow molding sono molto
inferiori a quelle richieste per lo stampaggio a iniezione:
315-330 °C per UDEL P-1700 e 330-345 °C per P-3500.
Tuttavia, gli altri parametri sono simili a quelli utilizzati per altri
materiali. Pressioni d’aria nell’intervallo compreso fra 0,28 e
0,48 MPa sono risultate soddisfacenti nel soffiaggio di bottiglie.
I tempi di ciclo sono paragonabili a quelli utilizzati per il
policarbonato. A causa della natura amorfa del polisulfone e della
sua rapida solidificazione, i cicli saranno più brevi di quelli ottenuti
con le poliolefine.
Il blow molding del polisulfone viene facilitato prestando opportuna
attenzione alla progettazione della testa e della filiera, nonché al
controllo della temperatura. Teste e filiere nella linea di flusso
minimizzano il blocco del materiale e migliorano l’uniformità del
fuso. Poiché il polisulfone allo stato fuso risulta estremamente
sensibile alla temperatura, è necessario prestare particolare
attenzione affinché le temperature superficiali alla testa e alla
matrice mantenute uniformi. Tali precauzioni portano risultati
vantaggiosi nel controllo del parison.
Con il polisulfone possono essere prodotti per blow molding
componenti con una superficie lucida e brillante. L’uso di superfici
lucide per le teste, puntali e matrici facilita l’ottenimento di
componenti brillanti. Per ottenere superfici d’ottimo aspetto è
anche raccomandato di lucidare le pareti dello stampo.
Il polisulfone non è corrosivo e la cromatura delle matrici non è
essenziale. Tuttavia, la cromatura ne facilita la lucidatura.
La viscosità del fuso del polisulfone non è influenzata dalla velocità
di taglio e quindi il rigonfiamento del parison in uscita dalla filiera
risulta minore di quello che si ottiene con la maggior parte di altri
materiali per blow molding. Di conseguenza, lo spessore di parete
del parison è normalmente di dimensioni simili alla distanza tra
puntale e filiera.
La temperatura del materiale e la velocità d’estrusione sono fattori
importanti per il controllo della contrazione del parison di
polisulfone. Come nel caso della maggior parte dei materiali, la
contrazione può diventare eccessiva se la velocità d’estrusione del
parison è troppo bassa o se la temperatura del materiale è troppo
elevata. Generalmente, i risultati migliori si ottengono con
un’estrusione rapida del parison, effettuata alla minima
temperatura che consente di ottenere una superficie levigata.
Si raccomanda di programmare la macchina in modo da ottenere
un’ottima uniformità di parete del parison.
Estrusione-soffiaggio (Blow Molding) – 66 – Solvay Advanced Polymers

Estrusione
Il polisulfone UDEL può essere facilmente estruso con le
apparecchiature per estrusione convenzionali per produrre
numerosi prodotti, come ad esempio laminati, film, profilati, barre,
lastre e tubi.
Pre-essiccazione
Le resine UDEL devono essere ben essiccate prima dell’estrusione,
per evitare la presenza di bolle nel materiale estruso. Seguire le
raccomandazioni sull’essiccazione dei materiali riportate a
pagina 59, salvo che l’essiccazione deve essere protratta sino a
quando il contenuto d’umidità non risulta inferiore a 100 ppm.
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 dei 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.
Temperatura d’estrusione
Dipendendo dalle specifiche operazioni d’estrusione, la
temperatura del fuso deve essere compresa nell’intervallo fra
315 e 370 °C. Il polisulfone non è sensibile al taglio, per cui la
viscosità del fuso varia direttamente con la temperatura.
Per la maggior parte delle operazioni, si raccomanda di settare la
temperatura del cilindro a 300 °C all’estremità d’alimentazione,
portandola fra 315 e 340 °C in testa. Questi settaggi di
temperatura del cilindro consentono di ottenere la corretta
temperatura d’estrusione. Se si utilizza una vite con sezione di
trasferimento ridotta, potrà essere necessario abbassare la
temperatura del cilindro a valori compresi fra 315 e 360 °C per
meglio controllare l’estrusione, limitando le pressioni entro le
limitazioni di potenza dell’apparecchiatura.
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 pompaggio
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 rammollirsi, 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 consentire il degasaggio 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.
Geometria della matrice
I riscaldatori della matrice devono essere in grado di raggiungere e
mantenere temperature comprese tra 315 e 370 °C. Dal momento
che la viscosità del polisulfone dipende dalla temperatura, la
temperatura della matrice deve essere strettamente controllata per
ottenere un estruso uniforme.
Possono essere utilizzate le matrici progettate per il policarbonato,
le quali devono essere sempre affusolate. Linearizzando il canale
di flusso e incorporando piastre di spurgo (cioè valvole di sfiato)
alle estremità, si elimina la tendenza del materiale a bloccarsi nella
matrice, con conseguente stagnazione e degradazione.
Le matrici devono poter operare in modo continuo a pressioni sino
a 21 MPa.
I canali di flusso ed i calibratori devono essere ben lucidati e
cromati per ottimizzare l’aspetto dell’estruso.
Poiché la viscosità del fuso di polisulfone non è influenzata dalla
velocità di taglio, durante l’estrusione appare solo un leggero
rigonfiamento del materiale estruso. Inoltre, il rapido tempo di
rilassamento da sforzo causa solo una lieve orientazione nei
prodotti estrusi.
Tipi di prodotti estrusi
Filo
Il polisulfone UDEL può essere estruso in filo usando una matrice
con testa a croce a tubo o a semitubo. Per una buona adesione, le
temperature d’ingresso del filo devono essere circa pari a quella
del fuso del polimero. Con la resina UDEL 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
Il polisulfone UDEL ha eccellenti proprietà di contrazione per la
produzione di film sottile, grazie all’elevata resistenza del fuso.
Il film “slot-cast” possiede eccellenti proprietà ottiche, 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. Per l’estrusione di film, si
raccomanda il tipo UDEL P-1700.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 67 – Estrusione

Le condizioni e la configurazione tipica per l’apparecchiatura per
estrusione di film per un estrusore di 63 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 0,025 e 0,25 mm, utilizzare un’apertura dei labbri
della matrice compresa fra 1 e 1,5 mm. Le matrici devono essere
in grado di operare in modo continuo a 24,1 MPa.
Piastre di rottura Le piastre di rottura sono responsabili delle
cosiddette “linee di matrice” e devono essere sostituite con un
manicotto che consenta al raccordo della matrice di aderire
all’estrusore.
Rullo È necessario un rullo di diametro di 21,6 cm a 170 °C per
evitare la formazione di grinze nel film.
Temperature dell’estrusore Le temperature del cilindro dalla
parte posteriore alla parte anteriore devono essere comprese fra
300 e 330 °C. La temperatura della matrice deve essere compresa
fra 330 e 345 °C.
Velocità d’erogazione Queste condizioni portano ad una velocità
d’erogazione pari a 1,4 kg/ora/giri al minuto.
Laminati
Nell’estrusione dei laminati, la temperatura d’avvio del rullo deve
essere mantenuta sufficientemente alta in modo da impedire
l’arrotolamento e minimizzare le deformazioni. Per spessori sino a
0,8 mm, risultati soddisfacenti si ottengono con la tecnica
d’avvolgimento ad S, a patto che possano essere raggiunte
temperature del rullo comprese fra 165 e 195 °C. Per spessori
superiori a 0,8 mm, si raccomanda una tecnica di calandratura
diritta. Questo richiede di mantenere un piccolo accumulo nello
spazio tra i due rulli lungo la larghezza del laminato ed una
temperatura del rullo compresa fra 165 e 195 °C.
Per tagliare il laminato alla lunghezza richiesta si può utilizzare una
cesoia meccanica per spessori sino a 3 mm. Per laminati di
spessore maggiore, si raccomanda il taglio alla sega.
Tubi e condotte
I tubi e le condotte in polisulfone possono essere estrusi
utilizzando apparecchiature standard. Il controllo della temperatura
del pezzo è un fattore critico per ottenere l’elasticità del fuso
desiderata. Per UDEL P-1700, si consiglia una temperatura del
pezzo compresa fra 305 e 320 °C. Per UDEL P-3500, la
temperatura del fuso deve essere superiore di circa 15 °C.
I metodi di controllo dimensionale con calibratori e serbatoi per il
vuoto sono soddisfacenti. Si sconsiglia l’uso di anime metalliche.
Per un migliore controllo del fuso, la filiera d’estrusione deve
essere più larga del 70-100% del calibratore.
Per un’estrusione di alta qualità è necessario minimizzare le
tensioni dovute alla lavorazione. Ciò si ottiene minimizzando il
livello di raffreddamento. Generalmente è sufficiente utilizzare
bacinelle di raffreddamento di lunghezza pari a 1/4 o 1/5 di quelle
impiegati per il polietilene.
Avvio, arresto e spurgo
Procedura d’avvio
Con un estrusore senza degasaggio, la resina essiccata viene
caricata calda in una tramoggia raffreddata. La velocità della vite
deve essere compresa fra 15 e 20 giri/min fino a quando la
sezione d’alimentazione della vite non viene riempita, dopodiché
viene diminuita fra 5 e 10 giri/min. Questo impedisce la fusione e
l’intasamento della parte posteriore della vite. Dopo che il
materiale è fuoriuscito dalla matrice, il raffreddamento sulla bocca
della tramoggia viene interrotto e la velocità di rotazione della vite
regolata secondo la velocità d’estrusione richiesta.
Procedura d’arresto
Dovendo arrestare l’estrusione del polisulfone, è necessario
prendere alcune precauzioni. Se l’arresto è di breve durata, al
massimo alcune ore, lasciare semplicemente svuotare l’estrusore
e riavviare l’operazione in modo sottoalimentato. Se l’arresto è più
lungo di qualche ora, l’estrusore deve essere lasciato svuotare e,
assieme alla matrice, raffreddato il più rapidamente possibile sino
a temperatura ambiente. Al riavvio, i riscaldatori della matrice
devono essere riaccesi una o due ore prima dei riscaldatori
dell’estrusore. Dopo che l’estrusore ha raggiunto una temperatura
compresa fra 290 e 350 °C, la vite può essere periodicamente
girata sino a quando non vengono raggiunte le temperature per
l’estrusione. L’avvio viene successivamente eseguito in modo
sottoalimentato a bassa velocità di rotazione della vite sino a
quando la resina fuoriesce dalla matrice.
Non è buona pratica lasciare la resina stagnante in un estrusore
per periodi prolungati alle temperature d’estrusione. Ciò porta ad
una probabile decomposizione parziale e può rendere difficile il
riavvio e lo spurgo della macchina.
Spurgo
Il polisulfone può essere facilmente spurgato con un polietilene a
basso MFI, polietilene ad alta densità oppure con un polipropilene
a basso MFI. Durante lo spurgo, la matrice, l’adattatore e la piastra
di rottura devono essere rimossi dopo che la macchina è stata
lasciata svuotare. Raffreddare l’apparecchiatura a circa 288 °C
con un getto d’aria e togliere la resina residua.
La temperatura del cilindro deve essere portata a 340 °C e il
materiale di spurgo fatto passare attraverso il cilindro sino a
quando nel materiale spurgato non è più visibile polisulfone.
Successivamente, abbassare la temperatura a 150 °C. La vite può
quindi essere tolta e, con il cilindro, può essere pulita mediante
spazzolatura. Se il polisulfone aderisce agli utensili, può essere
tolto immergendo i medesimi per una notte in un solvente
clorurato, pulendoli mediante spazzolatura.
Estrusione – 68 – Solvay Advanced Polymers

Termoformatura
I laminati in polisulfone UDEL devono essere essiccati prima di
poter essere termoformati. Un polimero non secco produce
schiuma quando viene sottoposto al calore della termoformatura.
I laminati provenienti direttamente dalla linea d’estrusione sono
secchi e quindi adatti alla termoformatura. Pertanto, si consiglia
un’operazione integrata d’estrusione-termoformatura. Tuttavia, un
laminato strettamente arrotolato rimane adatto alla
termoformatura per un intervallo compreso fra 8 e 16 ore, a
seconda delle condizioni d’umidità e in funzione del tempo in cui
rimane caldo nella stazione di carico. I laminati di spessore pari o
inferiore a 0,23 mm non formano bolle e non richiedono
essiccamento prima della termoformatura.
I rotoli di polisulfone UDEL di spessore sottile possono essere
essiccati direttamente in rotolo. Per esempio, un laminato di
0,5 mm avvolto in rotolo di circa 15 cm di spessore richiede circa
20 ore a 135 °C per l’essiccazione. Il tempo richiesto per essiccare
un rotolo dipende dallo spessore dell’avvolgimento, in quanto l’intero
rotolo deve raggiungere una temperatura di almeno 120 °C.
L’essiccazione di singoli laminati di polisulfone UDEL di spessore
variabile da 0,4 a 0,5 mm può essere ottenuta per essiccazione in
forno a 135 °C per due ore. Per un laminato di spessore pari a
0,8 mm, la durata deve essere protratta a tre ore.
Per la termoformatura, la temperatura reale della superficie del
laminato deve essere compresa fra 230 e 260 °C. I riscaldatori
devono avere una densità tale da ottenere una superficie
riscaldante minima di 20 kW/m 2 . Si consigliano 40-50 kW/m 2 .
Riscaldatori con potenza riscaldante di 40 kW/m 2 , impostati a
430 °C posizionati a 8 cm su entrambi i lati di un laminato in
polisulfone UDEL di 0,5 mm, lo riscaldano in circa 15 secondi. Per i
laminati di spessore sino a circa 2,3 mm può essere utilizzato il
riscaldamento su un lato solo.
Durante il riscaldamento, il laminato sembra ritirarsi e
successivamente comincia a ingobbirsi tra le morse mentre le
deformazioni vengono eliminate. Il laminato successivamente si
ritira quasi uniformemente e poi comincia incurvarsi. A questo
punto è pronto per lo stampaggio. I laminati in polisulfone UDEL
riscaldati si incurvano in modo relativamente rapido, in particolare
quelli con spessori elevati, che hanno maggior peso. Il laminato
deve essere posizionato rapidamente sullo stampo, mantenendolo
ad un’adeguata distanza dai riscaldatori inferiori.
La gran parte dei metodi di termoformatura convenzionali, come
formatura sottovuoto, pressoformatura, termoformatura
differenziale (plug forming) e con retroscatto (snap back) sono
stati utilizzati con buoni risultati con laminati di polisulfone UDEL.
In commercio sono disponibili componenti con un rapporto
d’imbutitura sino a 9:1.
I prototipi termoformati possono essere prodotti con molti tipi di
stampi come legno, epossidica rinforzata con metallo o leghe
d’alluminio. Gli stampi in legno duro, a causa dell’alta temperatura,
possono essere solamente utilizzati per produrre circa da 10 a 30
componenti. Gli stampi in epossidica possono essere utilizzati per
100-300 componenti. Con gli stampi in alluminio si possono
produrre migliaia di componenti.
Gli stampi di produzione devono essere in metallo, provvisti di
riscaldamento a fluido, mediamente a 150 °C. Gli stampi in
alluminio o in acciaio danno risultati soddisfacenti e la riproduzione
della superficie dello stampo è eccellente. Il ritiro allo stampaggio
del polisulfone UDEL è uniforme e pari allo 0,7%. Idealmente, lo
stampo deve operare fra 150 e 165 °C per ottenere minime
tensioni residue e quindi una massima resistenza allo stress
cracking nel componente. Il polisulfone UDEL solidifica rapidamente.
I componenti possono essere estratti fra 150 e 175 °C.
La progettazione degli stampi per termoformatura del polisulfone
UDEL deve seguire criteri convenzionali standard per materiali
rigidi amorfi.
Smussare tutti gli spigoli come meglio consentito dalla
geometria del componente.
Lasciare una spoglia di almeno 3° sui componenti poco
profondi e di almeno 6° sui componenti profondi.
Evitare sottosquadra.
Eseguire i fori per il vuoto con un diametro massimo di
0,4 mm.
Stampaggio a compressione
Per lo stampaggio a compressione di una lastra di polisulfone di
spessore di 25 mm, lunghezza di 200 mm e larghezza di 200 mm,
utilizzata per essere lavorata d’utensile in componenti prototipi o
parti, attenersi alla seguente procedura.
1. Caricare la cavità dello stampo con 1.500 g di UDEL P-1700 in
granuli.
2. Riscaldare entrambi i piani dello stampo a 290 °C.
3. Porre un pannello isolante di 10 mm di spessore sullo stampo.
Mettere lo stampo nella pressa e chiuderla. (1)
4. Applicare una pressione di 20 t per un’ora.
5. Aprire la pressa, togliere il pannello isolante e riapplicare la
pressione per altri 10 minuti. (2)
6. Raffreddare i piani di stampo a 120 °C, eliminare la pressione,
togliere lo stampo dalla pressa e separare.
Per realizzare una lastra delle stesse dimensioni ma di spessore
pari a 13 mm, modificare la precedente procedura nel modo
seguente. Nella fase 1, utilizzare 750 g di resina UDEL P-1700.
Nella fase 4, ridurre il tempo a 30 minuti.
(1) Il pannello isolante è necessario affinché il riscaldamento avvenga da una sola
parte. Il riscaldamento bilaterale causa intrappolamento di gas al centro.
(2) Il riscaldamento finale bilaterale elimina la formazione di bolle in superficie.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 69 – Stampaggio a compressione

Operazioni secondarie
Pulizia e sgrassaggio
Per lo sgrassaggio a vapore e la pulizia dei componenti di
polisulfone si raccomanda l’uso di Vertrol ® XF prodotto da E.I.
DuPont.
Ricottura
Come altri materiali termoplastici amorfi ad alte prestazioni, il
polisulfone si screpola e si cricca in seguito ad esposizione sotto
sforzo ad alcuni agenti chimici aggressivi. Per esempio, solventi
come acetone e toluene generano screpolature o criccature nel
polisulfone che abbia elevate tensioni residue. Test di laboratorio
ed esperienza diretta hanno evidenziato che tali solventi possono
essere tollerati in operazioni di pulizia se le tensioni interne sono
state eliminate tramite ricottura. Tuttavia, la ricottura è una spesa
aggiuntiva e riduce l’allungamento a trazione e le proprietà di
resistenza all’urto.
Processo per ottenere una bassa tensione residua
Prima di prendere in considerazione l’operazione di ricottura,
bisogna stampare o estrudere il materiale nelle condizioni che
producano le minime tensioni interne. I componenti devono essere
stampati utilizzando elevate temperature dello stampo,
compatibilmente alla produzione di un buon componente finale, in
quanto il raffreddamento lento porta ad una tensione residua
minore.
Per ottenere una bassa tensione residua nello stampaggio ad
iniezione, seguire le raccomandazioni sulle condizioni di
stampaggio e utilizzare una temperatura dello stampo compresa
fra 140 e 150 °C. Analogamente, per l’estrusione di tubi, condotte
e profilati, è necessario utilizzare un minimo raffreddamento a
valle.
Ricottura in aria
Se si deve eseguire la ricottura, si raccomanda di trattare i
componenti in un forno a circolazione d’aria a 165 °C per
30 minuti. Il trattamento di ricottura consente di eliminare la
maggior parte della tensione residua della produzione senza
alterare in modo rilevante le prestazioni di tenacità della resina,
come l’allungamento a trazione. In circostanze particolari, oppure
se l’eliminazione completa della tensione residua è un requisito
fondamentale, si può eseguire una ricottura più drastica ad una
temperatura di 170 °C per 60 minuti. Condizioni di ricottura più
aggressive sono meno consigliate in quanto possono ridurre gli
attributi di tenacità della resina.
Per valutare il livello di sforzo in seguito a ricottura, si può
immergere il componente in acetato di etile per un minuto. Se non
presenta cricche, il componente è praticamente esente da sforzo.
Se l’immersione in acetato di etile porta alla formazione di cricche,
si può eseguire una prova analoga in una miscela costituita, in
volume, al 75% di acetato di etile e al 25% di etanolo. L’assenza di
cricche in seguito ad immersione in questa miscela indica un
livello di sforzo inferiore a 6 MPa.
Poiché la ricottura è un trattamento complesso che può portare a
conseguenze indesiderate, si consiglia di consultare il
rappresentante del servizio tecnico Solvay per ricevere ulteriori
informazioni relative ad ogni situazione specifica.
Ricottura rapida
La ricottura può essere realizzata anche immergendo i componenti
in un liquido, come per esempio glicerina, a 165 °C per alcuni
minuti. Si raccomanda di immergere i componenti in acqua
bollente per cinque minuti prima di immergerli nella glicerina.
Terminata la ricottura, i componenti vanno immersi nuovamente in
acqua bollente per altri cinque minuti. Questa procedura è
favorevole dal punto di vista della durata, in quanto la ricottura si
completa in pochi minuti, rispetto ad alcune ore necessarie per la
ricottura in aria. I tempi raccomandati per diversi spessori sono
riportati in tabella 46.
Gli svantaggi della ricottura liquida includono gli ovvi problemi
della manipolazione dei componenti e dei liquidi caldi. La ricottura
liquida è un fenomeno che interessa la superficie e gli agenti
chimici aggressivi, in alcune condizioni, possono ancora attaccare
il materiale.
Tabella 46
Tempo di ricottura in glicerina a 165 °C
Spessore del componente
pollici
mm
Tempo di ricottura, min
0,060 1,5 0,75
0,100 2,5 1,50
0,125 3,2 2,00
0,250 6,3 4,00
0,375 9,5 5,00
Per le applicazioni che richiedono resistenza ai solventi e agli
agenti chimici, possono essere più adatti i gradi rinforzati con fibra
di vetro. Questi materiali generalmente presentano una sufficiente
resistenza allo stress cracking senza necessità di ricottura.
Ricottura – 70 – Solvay Advanced Polymers

Lavorazioni meccaniche
Le resine UDEL possono essere lavorate con normali utensili
metallici. Grazie alle alte temperature di rammollimento, si
possono impiegare velocità di taglio relativamente elevate senza
provocare l’impastamento dell’utensile.
Tuttavia, se si desiderano basse tensioni nei componenti finiti,
necessarie per la stabilità idrolitica o resistenza agli agenti chimici,
sono suggerite basse velocità di taglio e utensili molto affilati.
Il metodo a bassa velocità e con utensili affilati causa un
riscaldamento minore sulla superficie lavorata, con conseguente
minor tensione residua.
Tutte le lavorazioni a macchina causano un certo aumento di
tensione e, a seconda dell’ambiente d’utilizzo finale, può essere
necessaria la ricottura del componente finito.
Refrigeranti
Se fosse richiesto l’uso di refrigeranti, usare acqua semplice.
Evitare l’uso di refrigeranti per lavorazione meccanica di metalli, in
quanto incompatibili con il polisulfone UDEL.
Un regriferante disponibile in commercio, compatibile con il
polisulfone UDEL se utilizzato nelle concentrazioni raccomandate,
è Cimcool ® Cimtech ® 95 prodotto da Milacron Marketing.
Foratura
Per il polisulfone si possono impiegare i normali utensili per
acciaio. Per le operazioni di foratura si può utilizzare un utensile
con un angolo di spoglia inferiore secondario compreso fra 12° e
15°, un angolo dei taglienti di 118° e un angolo di spoglia inferiore
di 5°.
Piccoli fori possono essere allargati facilmente senza scheggiature.
Quando si fora un pezzo in polisulfone da una parte all’altra, il
trapano tende a fuoriuscire dalla base del pezzo o scheggiare il
bordo del foro. Questo problema si può eliminare impiegando una
struttura d’appoggio per il pezzo e riducendo la velocità
d’avanzamento della punta.
Si raccomanda l’uso di punte elicoidali ad alta velocità e velocità
di taglio di 90 m/min con velocità d’avanzamento comprese fra
0,15 e 0,40 mm/giro.
Filettatura
Per il polisulfone si possono impiegare i normali maschi per
filettare l’acciaio. Non si richiede l’uso di lubrificanti od oli da
taglio, sebbene un olio lubrificante leggero possa essere impiegato
per ridurre l’usura del maschio.
Si possono utilizzare maschi per filettatura a due o tre intagli, con
velocità comprese fra 11 e 23 m/min ottenendo buoni risultati.
Taglio alla sega
Il polisulfone può essere essere tagliato con ogni tipo di sega.
Le lame per legno sono migliori delle lame per metallo. Si ottengono
buoni tagli con le seghe a nastro da 0,7 denti/mm a passo
regolare. Buoni risultati si ottengono anche con l’impiego di una
lama a passo di 2,5 mm. Le condizioni di taglio alla sega non sono
generalmente critiche.
Tornitura
Si possono impiegare convenzionali torni per metallo con velocità
variabile e con un utensile arrotondato o appuntito. La geometria
raccomandata per i taglienti degli utensili è di un angolo di spoglia
superiore pari a 3°, un angolo di spoglia inferiore secondario pari a
10° e un angolo di spoglia inferiore di 5°. Con un utensile a punta
rotonda si ottiene generalmente una finitura più levigata.
Il polisulfone può essere tornito ad alta velocità sino a 4,6-5,1 m/s,
tuttavia i risultati migliori si ottengono alla velocità di circa 1,5 m/s.
Per la filettatura e la tornitura non si richiede l’uso di refrigeranti o
lubrificanti.
Una velocità d’avanzamento compresa fra 0,05 e 0,1 mm/giro ed
una profondità di taglio di 0,5 mm consentono di realizzare un
buon taglio con una buona finitura.
Fresatura e contornitura
Le operazioni di fresatura e di contornitura sono realizzate
facilmente ad alte velocità senza l’uso di refrigeranti o lubrificanti.
Gli utensili per alluminio funzionano bene. Per esempio, una
scanalatura di 13 mm di larghezza e 2,5 mm di profondità può
essere facilmente fresata a 1.750 giri/min con una velocità
d’avanzamento di 115 mm/min.
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 71 – Lavorazioni meccaniche

Finitura e decorazione
Le resine UDEL sono un substrato eccellente per finiture e
soddisfano praticamente tutti i requisiti decorativi o di finitura
funzionale.
Verniciatura
Le resine UDEL possono essere verniciate impiegando vernici
organiche e utilizzando le convenzionali tecniche d’applicazione.
La verniciatura può essere un mezzo economico per ottenere
l’aspetto desiderato.
Il requisito critico per una vernice è la buona adesione senza
infragilimento. Per una corretta adesione della vernice risulta
cruciale la rimozione dalla superficie di corpi estranei quali sporco,
olio, grasso e distaccanti. Se sono presenti dei contaminanti, i
componenti devono essere per prima cosa puliti. I componenti
maneggiati in modo corretto possono non richiedere alcuna pulizia
e possono essere verniciati senza alcun trattamento.
Sebbene talvolta si utilizzino i metodi di rullatura e immersione, la
verniciatura spray è il metodo comune d’applicazione.
La scelta del tipo di vernice dipende dalla finitura desiderata o dal
requisito funzionale o dalla tecnica d’applicazione impiegata.
Le lacche utilizzate sono: poliuretano, poliestere, resine
epossidiche, acriliche ed alchidiche.
A seconda della vernice, la polimerizzazione può essere ottenuta
per essiccazione in aria o cottura in forno. In caso di trattamento in
forno, l’elevata resistenza termica delle resine UDEL consente
l’impiego di temperature relativamente elevate.
Elettroplaccatura
I componenti in materiale plastico elettroplaccati sono molto
duraturi e si offrono per la sostituzione di componenti pressofusi e
laminati metallici. Dopo uno speciale pretrattamento necessario
per creare una superficie conduttrice sul componente in materiale
plastico, esso può essere sottoposto a processi d’elettroplaccatura
simili a quelli utilizzati per i metalli.
Stampa a caldo
La stampa a caldo è un processo economico monostadio per
trasferire un’immagine di alta qualità su un componente in
materiale plastico. Un cliché riscaldato trasferisce il modello dal
nastro di trasferimento alla superficie in materiale plastico.
I modelli possono variare, da lettere a motivi decorativi colorati,
venature di legno o finiture metalliche.
L’UDEL può essere impresso a caldo con buon esito utilizzando
un’apparecchiatura di stampa a rullo o ad azione verticale.
Le condizioni d’applicazione non richiedono procedure speciali e la
temperatura del cliché, la pressione e il tempo di contatto rientrano
negli intervalli convenzionali.
Stampa
Le resine UDEL possono essere impresse con buon esito mediante
tecniche di serigrafia o a tampone. La stampa a tampone consente
costi bassi grazie alla riproduzione ad alta velocità. La tecnica
consente anche la riproduzione d’immagini in uno o più colori,
utilizzando un’apparecchiatura di stampa simultanea multicolore.
Il processo serigrafico viene utilizzato principalmente per
produzioni limitate. Sebbene più lenta del processo a tampone, la
serigrafia consente di decorare superfici sagomate, rendendo
questo metodo ideale per molti componenti ottenuti per
stampaggio.
Molti inchiostri aderiscono bene alle resine UDEL. Non sono
necessari pretrattamenti della superficie, come quelli
comunemente utilizzati per promuovere l’adesione sulle
poliolefine.
Poiché il polisulfone ha un’eccellente resistenza all’idrolisi, viene
spesso utilizzato in applicazioni che prevedono l’esposizione al
vapore, all’acqua calda e agli agenti chimici. Sui componenti
destinati a tali applicazioni, anche gli inchiostri da stampa devono
essere idroliticamente stabili per mantenere l’aspetto e l’adesione.
Gli inchiostri a base di resine epossidiche bicomponente sono stati
impiegati con buon esito in questo tipo d’applicazioni. La massima
resistenza agli agenti esterni si raggiunge con formulazioni trattate
a caldo per massimizzare la reticolazione della resina epossidica.
Questi inchiostri sono disponibili presso vari fornitori per la
serigrafia e la stampa a tampone.
Fra gli altri metodi di decorazione adatti vi sono la stampa a caldo,
la stampa flessografica su film e la tecnica laser-etching.
Metallizzazione sotto vuoto
Le resine UDEL possono essere metallizzate sotto vuoto con buon
esito per far aderire un rivestimento metallico funzionale o
decorativo. Sebbene l’alluminio sia il metallo più frequentemente
usato per il rivestimento, possono essere impiegati anche oro,
argento, rame e persino l’ottone.
Per la maggior parte dei materiali termoplastici, la prima fase del
processo di metallizzazione sotto vuoto è l’applicazione di un
primer di smalto o lacca per livellare la superficie del componente
e migliorarne la brillantezza superficiale. Il primer agisce anche
come adesivo tra il componente stampato ed il rivestimento
metallico.
Il componente viene successivamente posto in una camera a vuoto
(autoclave) dove viene creato il vapore metallico che viene
depositato sul componente. Successivamente, sul sottile strato
metallico, viene applicato un rivestimento trasparente e protettivo
per conferirgli resistenza ambientale e all’abrasione. L’elevata
resistenza termica delle resine UDEL consente l’utilizzo di
rivestimenti duraturi, resistenti all’abrasione, che richiedono
condizioni di cottura ad alta temperatura.
L’applicazione di superfici metalliche a componenti stampati tende
ad evidenziare i difetti di stampaggio; pertanto, le superfici devono
essere lucidate benissimo.
Finitura e decorazione – 72 – Solvay Advanced Polymers

Assemblaggio e accoppiamento
Saldatura ad ultrasuoni
La saldatura ad ultrasuoni è una tecnica d’assemblaggio impiegata
per unire componenti in materiale plastico. Questa tecnica è molto
rapida e può essere interamente automatizzata per grandi serie
assemblate ad alta velocità. La saldatura ad ultrasuoni richiede
attenzione ai dettagli come la progettazione dei giunti, le variabili
di saldatura, il fissaggio e il contenuto d’umidità.
Il principio base della progettazione di un giunto ad ultrasuoni è
quello di concentrare l’energia in una superficie di contatto
limitata. La vibrazione ad alta frequenza fa fondere il materiale, la
pressione viene mantenuta mentre le vibrazioni si arrestano e il
fuso si solidifica. La saldatura può essere forte tanto quanto il
materiale originale.
La saldabilità dipende dalla concentrazione dell’energia di
vibrazione per area unitaria. Rispetto al policarbonato, le resine
UDEL hanno temperature di fusione superiori e richiedono
maggiore energia per fondere ed ottenere un flusso sul giunto.
Un esempio di giunto di testa con concentratore d’energia viene
riportato in figura 66. La nervatura a V concentra l’energia
ultrasonica in un’area di contatto ridotta, in cui il materiale fonde
rapidamente creando uno strato fuso tra i componenti che
vengono pressati insieme. Nei casi in cui si desideri una tenuta
ermetica, si consiglia un giunto con linguetta e scanalatura.
Figura 66
Geometria del concentratore d’energia
Altri suggerimenti per ottenere risultati ottimali sono:
il sonotrodo deve avere un’area di contatto idonea;
il giunto di saldatura deve essere situato il più vicino
possibile al punto in cui il sonotrodo tocca il componente in
materiale plastico;
le superfici da accoppiare devono essere piccole;
la geometria del giunto deve consentire un adeguato flusso
del materiale fuso.
Saldatura a lama calda
Questo metodo richiede una lama calda o un’altra sorgente di
calore in grado di raggiungere una temperatura di 370 °C, rivestita
di materiale antiaderente come ad esempio PTFE. Le superfici da
saldare sono pressate contro la lama calda per circa dieci secondi
e poi unite immediatamente. Poiché il polisulfone contiene una
piccola quantità d’umidità, è opportuno essiccare il polimero da tre
a sei ore a 120 °C prima di procedere alla saldatura a caldo. Per
un allineamento rapido e corretto dei pezzi è necessario un
fissaggio adatto. Sono stati impiegati con buon esito dime
metalliche riscaldate a circa 175 °C.
Il polisulfone può anche essere unito ad un metallo impiegando
la tecnica di saldatura a caldo diretta. Per unire il polisulfone
all’alluminio, il metallo deve essere riscaldato a 370 °C e
posizionato direttamente sul componente plastico, preventivamente
essiccato. In un giunto sovrapposto, realizzato con questa
metodologia, al momento della misura del carico a rottura in
trazione si è rotta la barretta in polisulfone e non il giunto.
Con acciaio laminato a freddo, è necessario dapprima applicare un
primer contente una soluzione fra il 5 e il 10% di polisulfone.
Il primer deve essere essiccato per 10 minuti a 260 °C. Il pezzo
verniciato deve essere successivamente riscaldato fra
260 e 315 °C prima di farlo aderire al polisulfone.
W
W/8
W/4
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 73 – Assemblaggio e accoppiamento

Saldatura a solvente
La saldatura a solvente è un metodo rapido ed economico per
unire alcuni materiali plastici. Il processo implica l’applicazione di
un solvente liquido alle superfici da unire. Il solvente ammorbidisce
e/o dissolve il polimero sulle superfici. Successivamente, le
superfici rammollite sono pressate e tenute insieme sino a
completa evaporazione del solvente. In circostanze ideali, si forma
una vera saldatura.
La saldatura a solvente è generalmente sconsigliata per
componenti realizzati in UDEL, in quanto i solventi di cui è nota
l’efficacia, come il cloruro di metilene, possono comportare rischi
per la salute.
Saldatura rotazionale
La saldatura rotazionale è una tecnica rapida per unire componenti
dotati di giunti con interfacce circolari. La parte rotante entra in
contatto con l’altra parte tenuta fissa, ad una pressione stabilita.
Tra le superfici al punto di giunzione si genera calore per attrito.
Dopo la fusione, il movimento relativo viene interrotto e la
saldatura viene lasciata solidificare sotto pressione.
Figura 67
Progettazioni del giunto per l’incollaggio
Giunto a sovrapposizione semplice
Giunto a sovrapposizione obliqua
Giunto a sovrapposizione a doppia saldatura
Giunto a tenone e mortasa
Giunto a saldatura a tenone e mortasa
Incollaggio
I componenti in UDEL possono essere accoppiati ad altri
componenti in UDEL o ad altri materiali utilizzando adesivi
disponibili in commercio. La buona realizzazione dell’incollaggio
dipende dalla progettazione del giunto e dalle forze applicate
nonché dai fattori ambientali nell’utilizzo finale, come la
temperatura d’impiego e l’esposizione ad agenti chimici.
Gli adesivi frequentemente raccomandati per i materiali
termoplastici sono adesivi epossidici, acrilici, fenolici, poliuretanici,
poliesteri e vinilici. Raccomandazioni specifiche sugli adesivi
possono essere ottenute dai fabbricanti. Tuttavia, il progettista
deve verificare la prestazione del giunto nell’ambiente di utilizzo
finale.
Un fattore cruciale per il processo è che la superficie da unire sia
esente da contaminanti quali grasso, olio, impronte o distaccanti
che possano indebolire l’accoppiamento. In alcuni casi, le superfici
da accoppiare devono essere attaccate chimicamente o sgrossate
meccanicamente per consentire una buona presa dell’adesivo.
La pressione tra le parti deve essere tale da garantire un adeguato
contatto d’interfaccia, ma non troppo elevata da deformare i
componenti o da spingere l’adesivo fuori dal giunto.
L’area del giunto deve essere progettata in modo che i due
componenti si accoppino perfettamente. In figura 67 vengono
riportate le geometrie raccomandate per giunti che debbano
essere incollati. I componenti devono essere stampati in modo da
avere basse tensioni residue e dimensioni precise.
Giunto a sovrapposizione a saldatura di testa
Assemblaggio e accoppiamento – 74 – Solvay Advanced Polymers

Dispositivi di fissaggio
I dispositivi di fissaggio meccanici frequentemente impiegati con i
componenti in materiale plastico stampato ad iniezione includono
viti, bulloni, dadi, rosette e controdadi. Quando si utilizzano
dispositivi di fissaggio meccanici in metallo, è necessario eseguire
una buona progettazione dell’accoppiamento per evitare il
sovraccarico dei componenti in materiale plastico.
La procedura più ovvia per evitare di tensionare l’assemblaggio è
di controllare il serraggio dei dispositivi di fissaggio meccanici con
apparecchiature dotate di sistemi di limitazione di coppia. Dove
non sia possibile controllare la coppia di serraggio, come potrebbe
essere il caso di un assemblaggio in corso d’opera, la
compressione sul componente in materiale plastico può essere
limitata con l’impiego di viti a spallamento. Alternativamente, si
possono utilizzare viti a testa flangiata, rosette grandi o rosette a
spallamento. La figura 68 riporta alcune geometrie consigliate per
l’impiego di dispositivi di fissaggio meccanici.
Filettature ricavate per stampaggio
In questo caso le filettature maschio e femmina sono ricavate sui
componenti da unire. Le filettature stampate richiedono stampi
dotati di guance o dispositivi di svitamento.
In alcuni casi, le filettature esterne possono essere stampate
mediante l’ausilio di guance con linea di divisione simmetrica
rispetto all’asse della filettatura. Lo stampaggio di filettature molto
sottili che superano i 28 passi non risulta pratico.
Figura 68
Progettazione dei dispositivi di fissaggio meccanici
Non buona
Migliore
Inserti filettati
Gli inserti metallici filettati consentono di posizionare filettature
metalliche permanenti nel componente in materiale plastico.
Gli inserti sono disponibili in un’ampia gamma di dimensioni e tipi.
Essi vengono generalmente montati su aggetti il cui diametro
interno è progettato per l’inserto. Alcuni inserti sono inseriti a forza
nell’aggetto, mentre altri sono montati con metodi che generano
tensioni inferiori e migliore accoppiamento.
Gli inserti per ultrasuoni sono molto comuni. Tali inserti sono
posizionati con la stessa apparecchiatura utilizzata per la saldatura
ad ultrasuoni. Poiché tale saldatura fonde il materiale attorno
all’inserto metallico, il piantaggio risulta generalmente forte e
relativamente esente da tensioni.
Oltre alle filettature femmina, gli inserti possono essere filettature
maschio, puntali di posizionamento e boccole. Le raccomandazioni
per le procedure di piantaggio e dimensioni degli aggetti sono
disponibili presso i fornitori d’inserti.
Viti autofilettanti
Le viti autofilettanti sono adatte per l’impiego con le resine UDEL
e offrono un metodo economico per l’accoppiamento di materiali
plastici, in quanto eliminano la necessità dello stampaggio di una
filettatura o di un’operazione separata di filettatura.
I principali tipi di viti autofilettanti sono le viti autoformanti e le viti
automaschianti. Ciascun tipo presenta vantaggi e svantaggi.
Le viti automaschianti asportano fisicamente il materiale, come
una macchina filettatrice, per formare la filettatura. Le viti
automaschianti inducono minori tensioni negli aggetti e richiedono
minori coppie di montaggio e smontaggio, offrendo minor
resistenza all’estrazione. Le viti autoformanti deformano il
materiale in cui vengono avvitate, formando filettature nel
componente in materiale plastico. Le viti autoformanti inducono
maggiore tensione negli aggetti e richiedono maggiori coppie di
serraggio, ma offrono maggiori coppie di smontaggio e maggior
resistenza all’estrazione. La scelta del tipo di vite viene
determinata meglio dalle prove su prototipi.
Elevata tensione di piegatura
durante l'avvitamento del bullone
Vite a testa piatta
Con l'aggiunta di aggetti
a breve distanza fra lovo,
quando gli aggetti si toccano,
la tensione diventa di compressione
Vite composta o a testa rotonda
Figura 69
Progettazione di aggetti per viti autofilettanti
Tensione elevata provocata
dall'azione di incuneamento
della testa della vite
Una geometria incassata
evita tensioni d'incuneamento
Aggetto, D.E.
2 x diametro filettatura
Diametro filettatura
Una vite standard genera
elevate tensioni durante
l'avvitamento
Le viti a spallamento limitano
lo stress durante il serraggio
Raggio minimo
0,4 mm
Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ® – 75 – Dispositivi di fissaggio

La figura 69 illustra le linee guida di base per la progettazione
utilizzando viti autofilettanti. Queste sono:
utilizzare un foro di diametro pari al diametro di nocciolo
della vite per ottenere il rapporto più elevato tra coppie di
serraggio e smontaggio;
utilizzare aggetti di diametro esterno pari a due volte il
diametro della vite. Aggetti troppo sottili possono rompersi,
mentre aggetti più spessi non offrono elevate coppie di
svitamento;
utilizzare lunghezze d’avvitamento pari a 2,5 volte il diametro
di nocciolo della vite. La coppia di smontaggio aumenta
rapidamente con la lunghezza dell’innesto fino a quando la
lunghezza impegnata non arriva a circa 2,5 volte il diametro
di nocciolo della vite;
sulle linee di assemblaggio utilizzare avvitatori con controllo
della coppia di serraggio per evitare svitamenti o eccessive
tensioni nell’assemblaggio.
Evitare assemblaggi o disassemblaggi ripetuti quando si
impiegano viti autofilettanti. Qualora si necessitasse di ripetuti
smontaggi, utilizzare viti autoformanti.
Figura 70
Progettazione di aggetti per inserti ultrasonici
0,7 t
Diametro inserto
Diametro aggetto
2 x diametro inserto
t
Inserti per ultrasuoni
Inserti metallici possono essere inseriti tramite ultrasuoni nei
componenti plastici, quale alternativa a inserti sovrastampati o
piantati. Seguendo un’adeguata geometria, l’inserzione ultrasonica
porta a tensioni residue inferiori rispetto ad altri metodi
d’inserzione.
Sono disponibili numerosi tipi d’inserti per ultrasuoni, tutti molto
simili nel principio di progettazione. La pressione e la vibrazione
ultrasonica degli inserti causa la fusione del materiale
sull’interfaccia metallo-plastica e spinge l’inserto nel foro ricavato
per stampaggio o foratura. Il materiale plastico, fuso e spostato
dall’inserto, fluisce all’interno di una o più scanalature,
solidificandosi e bloccando l’inserto in posizione.
La figura 70 riporta le geometrie raccomandate per inserti ed
aggetti da utilizzarsi con la resina UDEL.
Dispositivi di fissaggio – 76 – Solvay Advanced Polymers

Indice analitico
A
accensione a filo incandescente 33
accensione con arco ad alto amperaggio 33
acetone 70
acido formico 39
acqua clorata calda 37
agenti chimici
organici 41
agenti chimici
inorganici 42
aggetti 57
alimenti e prodotti affini 44
ammissibile 53
calcolo dell’interferenza 55
ammoniaca
permeabilità 45
analisi termogravimetrica 30
angolo di spoglia 56
apparecchiature 61, 66
arresto, procedura 68
assemblaggio
ad ultrasuoni 73
e accoppiamento 73, 74
assorbimento d’acqua 45
ASTM D 1822 18
ASTM D 256 16
ASTM D 638 12
ASTM D 695 15
ASTM D 696 24
ASTM D 790 14
ASTM E 132 19
aumento dello spessore della sezione 51
autoignizione
temperatura 29
avvio, arresto e spurgo 68
azoto
permeabilità 45
B
benzina 39
burro 44
butanolo 39
C
calcolo
dei valori sforzi-deformazioni 48
della deformazione 52
calore specifico 26
caratteristiche d’alimentazione 62
Charpy 17
cherosene 39
cicloesano 39
classificazione delle resine termoplastiche 22
CLTE 24
coefficiente di dilatazione termica 24
concentrazioni di sforzi 54
condizioni di lavorazione 66
conducibilità termica 26
contornitura 71
controllo della temperatura dello stampo 61
contropressione 62
costante dielettrica 32
creep 20, 21
curve sforzi-deformazioni 14
D
decorazione 72
densità 29
dei fumi 29
dietilenglicole monoetiletere 39
dispositivi di fissaggio meccanici 75, 76
distaccanti 63
durezza Rockwell 46
E
elettroplaccatura 72
elio
permeabilità 45
esposizione nel lungo periodo ad acqua calda 35
essiccazione 59, 66
estrazione 63
estrusi
tipi di prodotti 67
estrusione 66, 67, 68
estrusione-soffiaggio (blow molding) 66
etanolo 39
F
fattore di dissipazione 32
filettatura 54, 71, 75
ricavate per stampaggio 75
film 67
filo 29, 67
finitura
e decorazione 72
fissaggi a scatto 58
fluide per autoveicoli 43
foratura 71
fresatura e contornitura 71
G
geometria
della matrice 67
della vite 61
glicerina 39
guida alla risoluzione dei problemi 64
H
Horizontal Burning Test 28
I
idrogeno
permeabilità 45
impatto 18
a caduta di dardo 18
a trazione 18
incandescente 33
filo 33
incollaggio 74
indice
d’ossigeno 29
di resistenza alle correnti striscianti 33
termico relativo 31
termico relativo (RTI) UL 32
termico relativo (RTI) UL 32
termico relativo UL 31
inserti 57
filettati 75
per ultrasuoni 76
interferenza
calettamento con 55
invecchiamento termico 31
Isopropanol 41
Izod 16
con intaglio 16
L
laminati 68, 69
latte 44
lavorazioni meccaniche 71
limiti di progettazione 53
liquidi per autoveicoli – ESCR 43
M
margarina 44
metallizzazione sotto vuoto 72
metano
permeabilità 45
metanolo 41
misurazione della tensione residua 65
modello di trave inflessa 48
modulo di scorrimento
sotto carico 21
sotto carico o apparente 21
momento d’inerzia 48
N
nervature 57
O
ossigeno
permeabilità 45
P
permeabilità del polisulfone UDEL 45
pessore della sezione
aumento 51
pre-essiccazione 67
procedura d’arresto 68
procedura d’avvio 68
processo di stampaggio 62
processo per ottenere una tensione residua bassa 70
progettazione
meccanica 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55
per carichi prolungati nel tempo 52
per lo stampaggio a iniezione 56, 57, 58
progettazione
per la rigidità 51
progettazione della vite, raccomandazioni 67
progettazione per la rigidità 51
proprietà
al taglio 15
di compressione 15
di creep nel lungo periodo 20, 21
di resistenza all’urto 16
elettriche 32, 33, 34
fisiche 45, 46, 47
flessionali 14, 23
effetti della temperatura 23
meccaniche 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18,
19, 22
nel breve periodo degli Underwriters’ Laboratories
32
nel breve periodo UL 746A 32
ottiche 47
relative alla combustione 28
tensili 12, 23
effetto dalla temperatura 23
termiche 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31
proprietà
tipiche 9
prove ambientali 35
pulizia e sgrassaggio 70
puntali e anelli antiritorno 61
punti d’iniezione 61, 62
punto di rammollimento Vicat 26
R
raccomandazioni per la progettazione della vite 67
rapporto di Poisson 19
refrigeranti per lavorazioni meccaniche 71
reologia 60
residenza nel cilindro
tempo 62
resine termoplastiche
classificazione 22
– 77 – Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ®

esistenza
agli agenti chimici 38
all’abrasione 45
all’arco a secco ad alta tensione e bassa corrente
32
all’impatto
a caduta di dardo 18
Charpy 17
Gardner 18
impatto a trazione 18
all’urto Izod 16
con intaglio 35
all’usura 45
alle radiazioni 38
allo stress cracking 40
ambientale 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44
resistenza alle correnti striscianti 33
resistività
di volume 32
superficiale 32
ricottura 70
rigidità
aggiunta di nervature per mantenerla 51
dielettrica 32
rimacinatura 65
risoluzione dei problemi
guida 64
ritiro 63
Rockwell
durezza 46
RTI 31
S
saldatura
a lama calda 73
a solvente 74
ad ultrasuoni 73
rotazionale 74
scorrimento a trazione 20
in acqua 21
sensibilità dell’intaglio 17
settagi della pressa 62
sfoghi 61, 62
sforzo
di flessione 48
di trazione 48
sostanze chimiche inorganiche 42
sostanze chimiche organiche 41
resistenza allo stress cracking 41
spessore di parete 56
variazione 56
spoglia ed estrazione 61
spurgo 68
stabilità
idrolitica 35
termica 30
stampa 72
a caldo 72
stampaggio
a compressione 69
ad iniezione 56, 57, 58, 61, 62, 63, 64, 65
stampi 61
stampo
controllo della temperatura 61
sterilizzazione a vapore 37
T
taglio alla sega 71
temperatura 67
d’estrusione 67
d’ignizione 29
d’inflessione sotto carico 24
d’iniezione 62
del cilindro 62
dello stampo 62
di autoignizione 29
di transizione vetrosa 22
effetto sulle proprietà flessionali 23
effetto sulle proprietà tensili 23
tempo di residenza nel cilindro 62
tensione
valori 48
tensione residua
misurazione 65
tensione residua
bassa 70
termoformatura 69
test del filo incandescente 29
toluene 70
tornitura 71
transizione vetrosa
temperatura 22
trave inflessa
modello 48
tubi e condotte 68
U
ugelli 61
UL 94 28
Underwriters’ Laboratories 31
V
valori di tensione 48
velocità
d’iniezione e sfoghi 62
della vite 62
di traccia con arco ad alta tensione 33
verniciatura 72
Vertical Burning Test – 20 MM 28
viti autofilettanti 75
volume specifico 27
–78–

Note
– 79 – Guida alla progettazione del polisulfone UDEL ®

Note
–80–

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