Il policarbonato è un materiale plastico estremamente versatile, il quale trova impiego in decine di campi differenti, tra cui l’industria automobilistica e quella aeronautica.
Esso infatti può essere utilizzato per creare oggetti estremamente robusti, in grado di sopportare la luce solare e gli sbalzi di temperatura, senza perdere le sue peculiarità meccaniche.
Il policarbonato è molto apprezzato anche perché permette di creare oggetti grandi, dato che è capace di sostenere pesi abbastanza considerevoli senza deformarsi.
Questo materiale plastico può essere sottoposto a numerose lavorazioni, ottenendo sempre ottimi risultati; tra essi: diverse tecniche di stampaggio, taglio laser, tornitura e lucidatura, operazioni di incollaggio e saldatura chimica.
Noi di Bellelli Ufficio abbiamo scelto il policarbonato come materia principe per la realizzazione dei nostri prodotti, proprio per le sue notevoli caratteristiche!
Si tratta infatti di un poliestere dell'acido carbonico che viene ricavato da un composto di origine organica, chiamato bisfenolo, il quale presenta un'altissima resistenza ai raggi UV e un’ottima trasparenza alla luce.
È bene sottolineare, inoltre, che il policarbonato è atossico e possiede un elevato grado di stampabilità, con pochissime limitazioni di spessore e curvatura.
Tecniche di stampaggio delle materie plastiche
I materiali plastici, dal latino plasticus (plasmare - modellare), devono il loro nome alla capacità che hanno di subire deformazioni, se sottoposti a determinate sollecitazioni termiche o chimiche.
Il policarbonato, ad esempio, viene lavorato ad alte temperature (tra i 170°C e i 225°C). In questo modo, il rischio di modificare le proprietà meccaniche del materiale è praticamente nullo, pertanto si possono ottenere forme personalizzate, con un altissimo grado di precisione.
Per effettuare lo stampaggio di un oggetto realizzato in policarbonato, opaco oppure trasparente, si parte dalla materia prima, che per la maggioranza delle applicazioni è formata da fogli a spessore predeterminato, molto sottili oppure più grossi.
Il policarbonato è disponibile anche in blocchi, riservati però ad applicazioni particolari, in cui si deve effettuare una considerevole quantità di operazioni di rimozione di materiale dopo lo stampaggio.
I risultati ottimali si ottengono a partire da lamine con uno spessore piuttosto limitato, solitamente tra 4 mm e 1 cm, già colorate.
Anche se è possibile aggiungere successivamente un pigmento superficiale, il risultato non sarà mai paragonabile a quello di una distribuzione volumetrica, in particolare per l'eccezionale indice di rifrazione della luce che rende il policarbonato più trasparente del vetro.
Per effettuare la stampa si usano presse a caldo, che richiedono l'utilizzo di forme particolari, che ricalcano l'interno e l'esterno del profilo che si vuole ottenere e la cui forma dipende notevolmente dal risultato finale.
Solitamente, il prodotto è pronto dopo lo stampaggio (che può avvenire anche in serie su grandi numeri), ma per alcune tipologie di oggetti conviene effettuare un passaggio di finitura per eliminare sbavature ed altre lievi imperfezioni, come ad esempio i bordi di raccordo.
Difetti di stampaggio nel policarbonato
Per quanto tecnologicamente avanzato, lo stampaggio del policarbonato può presentare alcune piccole imprecisioni.
Si tratta però di problematiche che difficilmente sfuggono al controllo di qualità e che, per un prodotto di alto profilo, non risultano visibili all'utente finale.
In alcuni casi si tratta di errori progettuali che possono minare la robustezza strutturale, mentre in altri sono soltanto difetti di ordine estetico.
È ovvio che sia per l’uno che per l’altro, è possibile attuare delle rettifiche preventive o correttive.
• I più comuni difetti di stampaggio del policarbonato sono le bolle, o i vuoti, che si formano all’interno dei pezzi. A seconda della loro entità, essi possono incidere o meno a livello estetico oppure sulle proprietà meccaniche del materiale.
• La depressione, o contrazione volumetrica, si presenta tipicamente quando lo spessore medio è molto alto e ci sono notevoli differenze fra le parti. Questo fenomeno si manifesta come un lieve abbassamento o incavo in alcuni punti, a causa di tensioni interne durante la stabilizzazione termica del pezzo.
• Le bruciature si formano quando un gas usato per lo stampaggio non viene sfiatato correttamente all’esterno.
• La deformazione è legata ai pezzi con pareti troppo sottili; essa si manifesta di solito quando la velocità di raffreddamento non è uniforme e alcune parti induriscono prima del previsto, tendendo ad arricciarsi.
• La sbavatura è un fenomeno che si verifica nei punti di giunzione tra due pezzi di uno stampaggio. Esso consta sostanzialmente di una piccola quantità di materiale residuo che si infiltra sui bordi di attacco, il quale può essere eliminato facilmente con uno strumento abrasivo.
• Se le lamine di policarbonato vengono colorate in maniera incauta è possibile che i pigmenti utilizzati non si distribuiscano in maniera perfetta formando dei vortici.
• Nelle giunzioni molto grandi, si possono creare cordoni di saldatura, ovvero linee e ispessimenti nei punti in cui i blocchi di policarbonato vengono uniti.
Non si tratta di un semplice difetto estetico, il cordone di saldatura può essere problematico per la sicurezza. Laddove infatti bisogna far passare viti o altri elementi, è preferibile incrementare leggermente lo spessore per evitare la formazione di crepe da tensione.
• Le imperfezioni superficiali sui manufatti in policarbonato sono di solito legate a utensili usurati e non manutenuti, che lasciano segni circolari o a spirale durante la lucidatura post stampaggio.
Questo difetto si previene mantenendo aggiornato il parco macchine e verificando periodicamente la qualità degli strumenti installati.
La presenza di imperfezioni di questo tipo è legata anche alla quantità dei passaggi di finitura e si risolve abbastanza facilmente effettuando goffratura tramite sabbiatura.
• Anche le impronte di tiratura e i residui di sformatura possono essere difetti più o meno visibili. Essi sono dovuti alla rimozione dei pezzi dagli stampi con appositi strumenti, quali pinze o lame, che possono lasciare il segno (graffi, linee, puntini).
• Problemi superficiali, come jetting e bucce d’arancia, invece derivano da sbalzi termici e variazioni di flusso.
I metodi di controllo usati dalla nostra azienda, per evitare la formazione di difetti nei pezzi di policarbonato, comprendono il controllo visivo, i test distruttivi del componente e il controllo della densità.
Parametri stampaggio ad iniezione
Lo stampaggio a iniezione è un processo evoluto che richiede attrezzature specifiche e il rispetto rigoroso dei parametri operativi.
Molti dei difetti che si riscontrano nei pezzi in policarbonato stampato, infatti, derivano dal mancato rispetto delle regole.
Vediamo quelle più importanti.
• Le temperature di operazione sono importantissime per preservare tutte le caratteristiche di partenza e per non generare problemi strutturali gravi, come: presenza di crepe nelle curve, perdita di trasparenza e di colore, deformazioni superficiali, come buccia d'arancia e depressione.
• Alla temperatura è strettamente legato lo spessore perché, maggiore è l'altezza della lamina da trattare, più difficile sarà mantenerla uniforme e, di conseguenza, la forza da esercitare per cambiare forma al policarbonato varia.
È molto difficile effettuare numerose deformazioni con un solo step, perché la temperatura può cambiare considerevolmente anche a pochi centimetri di distanza nello stesso stampo.
• I tempi per lo stampaggio sono molto importanti; essi devono essere abbastanza brevi per poter garantire una temperatura uniforme ed evitare la formazione di difetti.
I tempi sono ancor più importanti quando l'oggetto in policarbonato da modellare deve assumere forme con cuspidi, perché in questo caso lo spessore diventa molto sottile.
Il policarbonato nelle parti più sottili infatti, se non si presta particolare attenzione, rischia di perdere la sua proprietà meccanica già dentro lo stampo.
• La pressione è un altro elemento importante perché deve essere commisurata allo spessore e alla viscosità del pezzo.
Molti stampaggi per iniezione richiedono un aumento della pressione su una sola delle superfici della lamina, per far aderire l'altra alla forma, riducendo così notevolmente i costi di lavorazione e il rischio di difetti estetici.
La pressione è fondamentale perché l'aria ad alta temperatura deve essere spinta con intensità e uniformità nel tempo più breve possibile, per aderire al calco senza fenomeni di assottigliamento locale che potrebbero rendere inutilizzabile l'oggetto finito.
Ogni singolo passaggio deve essere eseguito con la massima attenzione e diligenza, anche le rifiniture finali e le lavorazioni intermedie: tagli con lama calda, con seghe tradizionali, tagli laser, operazioni di perforazione e finitura.
Se un singolo pezzo è difettoso, una volta assemblato ad altri, la robustezza e la qualità del pezzo finale potrebbe essere compromessa.
Stampaggio a iniezione ABS
Lo stampaggio a iniezione con plastica ABS offre ottimi risultati grazie a presse ad una e a due iniezioni.
Esso ricalca le tecniche utilizzate per il policarbonato, anche su oggetti di piccole dimensioni, con deformazione termoplastica e iniezione di resina.
La plastica ABS si presenta leggermente più morbida al tatto rispetto al policarbonato; essa è molto diffusa per le sue ottime proprietà meccaniche e per la resistenza agli urti.
Inoltre, si tratta di un materiale plastico che non rilascia contaminanti e sostanze tossiche, anche durante la lavorazione a caldo, requisito che la rende ideale per la realizzazione di manufatti su misura.
La resistenza a urti, taglio e stress chimico rendono la plastica ABS adatta per realizzare oggetti di uso comune.
Stampaggio policarbonato trasparente
Il policarbonato è disponibile sia opaco che traslucido e trasparente.
Questo materiale plastico presenta un indice di rifrazione migliore di quello del vetro, senza rischio di ingiallimento o cambiamento del colore e della trasparenza, in caso di prolungata esposizione alla luce solare.
Il policarbonato viene spesso utilizzato per realizzare pensiline per esterni e oggetti simili, destinati ad essere esposti alle intemperie.
Per via della sua struttura polimerica, esso ha una tolleranza alta; è molto resistente agli urti ed è molto poco influenzato dalle temperature estreme.
Lo stampaggio a iniezione del policarbonato trasparente consente di ottenere numerose forme geometriche e grandezze differenti, con una perfetta ripetibilità.
Lo stampaggio a iniezione del policarbonato avviene con tempi di riscaldamento e raffreddamento della temperatura molto rapidi.
Ciò consente la massima malleabilità, un bassissimo margine di errore e una trasparenza cristallina.