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CARICHE E RINFORZANTI

Le cariche sono additivi in forma solida, e la differenza con la matrice del polimero consiste sia nella struttura che nella composizione. 

L'unione tra il polimero e le cariche ha un effetto sinergico, in quanto ciascun materiale contribuisce a compensare le deficienze dell'altro in una misura che dipende da vari fattori quali la natura sia del polimero che della carica, la forma, le dimensioni ed infine la distribuzione della carica nella matrice polimerica. 

Questo tipo di additivi è generalmente di natura inorganica, meno frequentemente di natura organica. 

Le cariche comunemente più usate sono: carbonato di calcio, talco, solfato di bario, fibra di vetro ed altre. 

Per essere efficace, una carica deve avere il modulo elastico maggiore di quello della matrice polimerica. 

Le cariche sono di tue tipi:

  1. cariche inerti o riempitivi

  2. cariche attive o rinforzanti

 

Le cariche inerti o riempitivi 

Le cariche inerti, come il talco e il carbonato di calcio, vengono attualmente impiegate, oltre che per smaltire le seconde scelte delle materie plastiche, anche per aumentare la massa del prodotto e conseguentemente diminuirne il prezzo. 

I vantaggi di questo tipo di additivi sono:

  1. aumento del modulo elastico

  2. aumento della resistenza alla trazione

  3. un leggero aumento del vicat

  4. minor ritiro

  5. minor costo.

 

Gli svantaggi sono:

  1. una forte riduzione dell'izod

  2. una forte riduzione all'allungamento e alla rottura

  3. aumento della densità

  4. minor lucentezza.

Attualmente vengono impiegate quasi esclusivamente cariche naturali, che hanno un prezzo molto inferiore rispetto a quelle sintetiche. 

E' da rimarcare però, a titolo di esempio, che il carbonato di calcio sintetico si distingue da quello tradizionale per le seguenti proprietà:

  1. alta lucentezza superficiale nei prodotti finiti

  2. migliore forza all'impatto

  3. buon allungamento alla rottura

  4. modulo elastico più elevato

  5. migliore resistenza a trazione

  6. migliore resistenza agli agenti atmosferici. 

 

Le cariche attive o rinforzanti 

Le cariche attive producono miglioramenti specifici in certe proprietà meccaniche, termiche, fisiche e sono perciò conosciute come cariche rinforzanti, come ad esempio la fibra di vetro. 

I vantaggi dei materiali rinforzati sono notevoli e molteplici, tali da renderli adatti ad una gamma vastissima di applicazioni con risultati finali irraggiungibili in altro modo. 

La fibra di vetro, essendo più rigida della matrice polimerica, sopporta maggiormente i carichi. 

Quando vengono sollecitati, la fibra di vetro ed il polimero devono stirarsi in uguale misura, essendo solidali l'uno con l'altro, ma per deformare la fibra di vetro è necessario uno sforzo maggiore di quello occorrente per far subire al polimero una deformazione identica. 

La fibra di vetro quindi assorbe il carico in larga misura, al di là di quanto le competerebbe per la sua frazione in volume. 

Per poter aumentare la resistenza alla trazione di una fibra di vetro bisogna diminuire il suo diametro, ed è perciò preferibile utilizzare moltissime fibre sottili piuttosto che un numero inferiore di fibre grosse. 

La presenza di molte fibre, inoltre, rende il composito meno soggetto a rotture catastrofiche, dato che, se si rompe un certo numero di fibre, lo sforzo applicato come sopra descritto può scaricarsi sulle altre. 

L'aumento del numero di fibre per unità di volume del composito ha poi il vantaggio di limitare la propagazione di eventuali fessurazioni attraverso il polimero. 

Aggiungiamo per inciso che la presenza di pori nella matrice di un compound ha una notevole influenza sulle resistenze meccaniche, in particolare sulla resistenza alla trazione. 

Tornando alle fibre, se queste sono parallele ma discontinue, il composito in genere è meno resistente agli sforzi di tensione in parallelo alla fibra stessa, poiché in questo caso la matrice, molto pù debole in tensione, fa da intermediaria tra fibra e fibra, trasmettendo lo sforzo dall'una all'altra. 

Per questi compositi assume notevole importanza il rapporto tra la lunghezza ed il diametro della fibra. 

Una fibra lunga, a parità di diametro, ha maggiori probabilità di rottura sotto sforzo, perché è più probabile che sulla sua superficie si trovino microfessure che innescano il processo di frattura. 

D'altra parte, una fibra troppo corta non è in grado di accettare il trasferimento dello sforzo dalla motrice alla fibra medesima. 

Per poter aumentare ulteriormente le caratteristiche dei rinforzanti di fibra di vetro, occorre stabilire un legame tra le fibre di vetro ed il polimero. 

La superficie vetrosa, in sé, ha scarsa o nulla affinià col polimero. 

Per ottenere un pieno vantaggio dall'azione di rinforzo è necessario assicurare un buon legame tra la matrice del polimero e la fibra di vetro. 

Questo si ottiene applicando alla superficie degli additivi detti agenti di accoppiamento o aggraffanti. 

Generalmente sono usati come agenti dei composti inorganici che reagiscono con la superficie del vetro assieme con un componente organico che reagisce o che ha compatibilità con la matrice polimerica. 

Gli agenti accoppianti più diffusi sono a base di silani ed anidride maleica.

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