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:
-
cariche inerti o riempitivi
-
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:
-
aumento del modulo elastico
-
aumento della resistenza alla trazione
-
un leggero aumento del vicat
-
minor ritiro
-
minor costo.
Gli svantaggi sono:
-
una forte riduzione dell'izod
-
una forte riduzione all'allungamento e alla rottura
-
aumento della densità
-
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:
-
alta lucentezza superficiale nei prodotti finiti
-
migliore forza all'impatto
-
buon allungamento alla rottura
-
modulo elastico più elevato
-
migliore resistenza a trazione
-
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.