Opzioni di materiali plastici resistenti ai raggi UV
Materiali durevoli da prendere in considerazione se si desidera ottenere parti in plastica con un'elevata resistenza ai raggi UV
Si sa che, quando si prende il sole al mare o si decide di trascorrere pigramente il sabato pomeriggio a pescare, occorre proteggersi dal sole. Questo perché le radiazioni ultraviolette (UV) possono rovinare la pelle non protetta, causando dolorose scottature o danni peggiori. I polimeri esposti ai raggi UV sono soggetti a danni analoghi, anche se più lentamente e con effetti molto meno drammatici rispetto agli esseri umani.
La luce solare, ad esempio, può provocare ingiallimento e il cosiddetto "sfarinamento" o sbiancamento. Questa decolorazione, tuttavia, non è solo un fatto estetico. La fotodegradazione può anche ridurre la resistenza alla trazione e agli urti, rendendo le materie plastiche fragili, soggette a crepe e a deformazioni permanenti a fronte di sollecitazioni meccaniche.
In definitiva, si capisce bene quanto sia importante scegliere il materiale giusto quando si progettano prodotti stampati che verranno utilizzati a lungo in ambienti esterni. Per fortuna esistono molti materiali resistenti ai raggi UV che si prestano allo stampaggio a iniezione, alla lavorazione CNC o alla stampa 3D. E anche per le plastiche che di per sé non sono particolarmente resistenti ai raggi UV, spesso sono disponibili additivi che contribuiscono a renderle meno soggette a fotodegradazione.
Di seguito riportiamo l'elenco, in ordine casuale, dei sette principali polimeri resistenti ai raggi UV, insieme ad alcuni esempi di applicazioni tipiche.
Policarbonato (PC)
Il policarbonato (PC) è un polimero resistente ai raggi UV che può essere stampato in 3D (e lavorato o stampato a iniezione). I fornitori di materiali tendono a sottolineare come, pur essendo simile al policarbonato, la resina utilizzata nelle stampanti 3D per stereolitografia (SLA) non sia un vero e proprio policarbonato. Eppure le proprietà sono molto simili e, dal punto di vista della progettazione, i due materiali sono essenzialmente intercambiabili. Il PC è trasparente quasi come il vetro, ma è circa 200 volte più resistente agli urti. Inoltre, tollera le temperature estreme, prestandosi particolarmente alla realizzazione di prodotti destinati a essere utilizzati prevalentemente all'aperto, come occhiali e protezioni per il viso, vetri per attrezzature pesanti, recipienti trasparenti e altro ancora, senza dimenticare i contenitori utilizzati in ambito medico. Occorre tuttavia tener presente che il policarbonato è uno dei polimeri più costosi tra quelli resistenti ai raggi UV.
PMMA, Acrilico, o Plexiglass
Meglio noto come acrilico o plexiglass, il polimetilmetacrilato (PMMA) è un'alternativa più economica ma più robusta del PC. A seconda della qualità e del tipo di lavorazione, il PMMA può talvolta diventare fragile e non essere così resistente come il PC, ma presenta una maggiore trasparenza ottica e una migliore resistenza ai graffi. L'acrilico pesa circa la metà del vetro ed è molto più resistente. Disponibile in un'ampia gamma di colori (per lo stampaggio a iniezione) e utilizzabile continuativamente a una temperatura di 70 °C, è comune vedere il PMMA su insegne per esterni, espositori per la vendita al dettaglio e pannelli decorativi. Protolabs non produce segnaletica, ma lavora e modella abitualmente questo materiale resistente ai raggi UV per clienti che operano nel settore ottico e in campo scientifico.
PTFE (Teflon)
Quasi sicuramente conoscete il politetrafluoroetilene (PTFE) con il nome commerciale di Teflon, quello usato per le pentole e altre superfici antiaderenti. Questo noto fluoropolimero vanta uno dei più bassi coefficienti di attrito disponibili e, sebbene non abbia una resistenza meccanica paragonabile a quella della maggior parte dei tecnopolimeri, si presta ad essere impiegato a temperature estreme molto più elevate (da -240 °C a 295,5 °C). Inoltre, il PTFE è un eccellente isolante elettrico, è flessibile e al contempo resistente alle sollecitazioni, oltre a essere noto per la sua inerzia chimica. È una delle opzioni preferite dagli sviluppatori di prodotti per il settore medico, che lo utilizzano per realizzare cerotti cardiaci, protesi di legamenti e innesti cardiovascolari. Gli scienziati rivestono di PTFE i vasi di reazione e altre apparecchiature da laboratorio, mentre le case automobilistiche lo utilizzano per le guarnizioni degli steli delle valvole, i rivestimenti dei cuscinetti e le guarnizioni della testata. Al momento, utilizziamo il PTFE per la produzione di pezzi mediante lavorazione, anche se, come vedrete, esistono diverse alternative resistenti ai raggi UV adatte anche allo stampaggio a iniezione di plastica.
POM, Acetal, or Delrin
Il poliossimetilene (POM) è noto anche come acetale, POM e con nomi commerciali come Delrin e Celcon. Come molti polimeri, il POM è disponibile con vari "riempimenti" che ne incrementano la resistenza all'usura o alle sollecitazioni, come pure le proprietà elettriche, ma anche senza questi additivi è un materiale molto robusto. Offre un basso coefficiente di attrito ed è resistente al calore, all'usura e ai raggi UV, per cui trova largo impiego nel settore automobilistico e in altre applicazioni in ambienti esterni. Tuttavia, a causa della sensibilità del POM ad alcuni acidi e al cloro, è necessario prestare attenzione quando lo si utilizza in determinati ambienti chimici.
PEI o Ultem
Lo stesso vale per la polieterimmide (PEI) o Ultem. Come suggerisce il suo stesso nome, il PEI è una plastica eccezionalmente resistente alla luce del sole, alle fiamme, alle alte temperature e a una serie di sostanze chimiche. È anche un eccellente isolante elettrico (ha, cioè, un'elevata rigidità dielettrica). Anche in questo caso, sono disponibili vari riempimenti per migliorare ulteriormente le sue già notevoli qualità. Può essere prodotto anche in versione trasparente o traslucida. Poiché resiste a ripetute esposizioni di breve durata ad acqua calda e vapore, l'Ultem trova ampio impiego nelle autoclavi e per la realizzazione degli strumenti medici che vengono sterilizzati al loro interno. Le case automobilistiche lo usano per i riflettori dei fari e per le protezioni termiche, i fornitori di elettronica per connettori, involucri e staffe di montaggio, mentre i fabbricanti del settore aerospaziale lo adoperano per le applicazioni più diverse, dalle valvole del carburante alle parti del motore, dai vassoi per alimenti ai volanti di guida. In altri termini, il PEI è il materiale d'elezione per un'ampia varietà di componenti lavorati e stampati a iniezione.
PPS
Ultimo, ma sicuramente non meno importante in questa hit parade di materiali resistenti ai raggi UV, è il solfuro di polifenilene (PPS). Come l'Ultem (PEI) e, in misura minore, il Delrin (POM), il PPS è un tecnopolimero estremamente utile. Anch'esso è resistente alla fiamma, agli agenti chimici, all'elettricità e al calore. Può essere un po' fragile, ma in generale è considerato forte e durevole (soprattutto se rinforzato con vetro). Per questo motivo, è ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale, automobilistico e medico. In Protolabs abbiamo in stock materiali PPS di Ryton o Fortron, i preferiti da chi desidera parti robuste stampate a iniezione.
Non avete ancora trovato il materiale che state cercando? Nessun problema. Considerate che i fabbricanti possono ottenere prestazioni di resistenza ai raggi UV in altri modi. Come già detto, molti polimeri che altrimenti verrebbero esclusi dal club degli amanti della luce del sole possono acquisire una maggiore resistenza alle radiazioni se rinforzati con vetro, fibra o metallo. È anche possibile evitare la fotodegradazione attraverso mezzi meccanici: ad esempio, i tubi in PVC e CPVC utilizzati all'aperto sono spesso verniciati o ricoperti con un rivestimento resistente ai raggi UV, una soluzione semplice e veloce.
Infine, i progettisti di componenti devono chiedersi per quanto tempo il prodotto dovrà resistere ai raggi UV. A differenza delle scottature al mare, la fotodegradazione è un processo lento. Supponiamo che i componenti debbano restare all'aperto solo per alcuni mesi o addirittura per un anno o due: è davvero così importante che non ingialliscano un po' se mantengono le proprietà elettriche, termiche o meccaniche necessarie durante tutto il ciclo di vita previsto? Se volete conoscere altri materiali o valutare altre alternative per rendere i vostri componenti più resistenti ai raggi UV, non esitate a contattare uno dei nostri application engineer all'indirizzo [email protected] o al numero +39 0321 381211