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Proprietà di base del materiale SAN
Il copolimero stirene-acrilonitrile (SAN) è un tecnopolimero versatile caratterizzato da una combinazione unica di materiali composta per il 70-80% da stirene e per il 20-30% da acrilonitrile. Questa composizione conferisce al materiale proprietà eccezionali che lo predestinano ad applicazioni tecniche impegnative (Liao et al., 2018). L’elevata polarità chimica del componente acrilonitrile influenza in modo significativo la morfologia del materiale e porta alle tipiche strutture amorfe che conferiscono al SAN la sua caratteristica trasparenza e le sue proprietà meccaniche uniformi.
Proprietà caratteristiche:
- Alta trasparenza grazie alla struttura amorfa
- Eccellente resistenza chimica agli acidi e agli idrocarburi
- Temperatura di transizione vetrosa tra 95°C e 112°C
- Modulo E di circa 3500-3800 MPa
- Eccellente stabilità dimensionale sotto carico termico
- Resistenza limitata ai raggi UV
Cristallinità e morfologia strutturale
Il SAN è prevalentemente un copolimero amorfo che non presenta strutture cristalline distinte. Questa natura amorfa è fondamentale per comprendere le proprietà meccaniche del materiale. A differenza dei polimeri semicristallini polimeri il SAN non ha un punto di fusione punto di fusionetma è caratterizzato dalla sua temperatura di transizione vetrosa caratterizzata dalla sua temperatura di transizione vetrosa. La cristallinità ha un effetto limitato ma comunque importante sulla stabilità meccanica della SAN.
La morfologia amorfa del SAN standard determina un’elevata trasparenza, un’eccellente stabilità dimensionale e proprietà meccaniche uniformi). Se si formano aree cristalline a causa di speciali varianti del copolimero o del controllo del processo, queste aumentano generalmente la rigidità e la durezza, ma comportano una maggiore fragilità.
Effetti della cristallinità sulle proprietà meccaniche:
- Le aree cristalline aumentano la rigidità, la durezza e la stabilità dimensionale
- Resistenza all’urto e capacità di allungamento ridotte con una maggiore cristallinità
- Le aree amorfe garantiscono un migliore smorzamento e un comportamento meccanico uniforme
- Minore fragilità rispetto alle plastiche cristalline
Orientamento delle molecole durante la lavorazione
L’orientamento molecolare gioca un ruolo centrale nelle proprietà meccaniche e nella qualità di lavorazione del SAN. Poiché il SAN è un polimero prevalentemente amorfo Il SAN è un polimero prevalentemente amorfo, le macromolecole si orientano parzialmente lungo la direzione del flusso durante la tecnologia di stampaggio a iniezione ed estrusione. Questo orientamento è particolarmente pronunciato nei metodi di lavorazione veloci e nei componenti a parete sottile o allungata.
Le proprietà meccaniche possono essere aumentate localmente attraverso un orientamento molecolare mirato o legato al processo. In particolare, la resistenza alla trazione, alla flessione e all’impatto sono influenzate positivamente dall’orientamento. Le macromolecole orientate garantiscono anche una migliore stabilità dimensionale e una minore deformazione del materiale sotto carico, un aspetto di fondamentale importanza per le parti di precisione. Gli effetti positivi dell’orientamento delle molecole includono una maggiore resistenza meccanica e rigidità nella direzione dell’orientamento, una migliore stabilità dimensionale e fedeltà di forma, una qualità superficiale e una trasparenza uniformi e proprietà di smorzamento meccanico ottimizzate.
Tuttavia, un orientamento eccessivo può portare allo sviluppo di tensioni interne, che possono causare cricche da stress sotto l’effetto di sollecitazioni chimiche. Questo rischio è particolarmente rilevante alle alte pressioni di lavorazione.
Parametri di processo per il controllo dell'orientamento delle molecole
Per controllare in modo specifico l’orientamento molecolare della SAN, si utilizzano principalmente tecniche di lavorazione che esercitano forze di flusso e di taglio mirate sulle catene polimeriche durante lo stampaggio (Università di Scienze Applicate di Osnabrück, 2023). Il metodo più importante è lo stampaggio a iniezione, in cui le macromolecole vengono allineate nella direzione del flusso grazie all’alta velocità di iniezione, all’aumento dello sforzo di taglio e alla speciale geometria delle porte.
Il controllo della temperatura, che comprende la temperatura dello stampo e della colata e la gestione della pressione, ha una forte influenza sul grado di orientamento. Procedure di raffreddamento controllate e strumenti ottimizzati per la temperatura consentono un rilassamento mirato dell’orientamento (JKU Linz, 2016).
Parametri critici del processo:
- Velocità di iniezione e pressione di lavorazione
- Temperatura del terreno e temperatura dello stampo
- Spessore dello strato di parete e geometria dello stampo
- Velocità di raffreddamento e regime di tempra
- Velocità del flusso e sforzo di taglio
- Velocità di estrusione per la produzione di profili
Approcci specifici al processo:
- Stampaggio ad iniezione: gestione della pressione e geometria del gate
- Estrusione: velocità di traino rispetto alla velocità di estrusione
- Additivi di rinforzo: fibre di vetro come coadiuvanti di orientamento
Applicazioni tecniche e ottimizzazione dei materiali
Il SAN viene utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni tecniche grazie alla sua combinazione unica di proprietà come la trasparenza, la stabilità dimensionale e la resistenza chimica. La sua resistenza ai detergenti, agli acidi e agli oli, unita alla stabilità dimensionale nello stampaggio a iniezione e all’eccellente aspetto superficiale, rende il SAN un materiale versatile per le applicazioni più esigenti. Le applicazioni tipiche includono recipienti da laboratorio, capsule di Petri, componenti medico-tecnici e imballaggi per alimenti e cosmetici. Il SAN viene utilizzato anche per le parti di automobili, come i componenti interni e gli elementi di controllo, per gli alloggiamenti elettronici per le parti tecniche trasparenti e per le parti stampate industriali per le attrezzature da ufficio e le coperture di precisione.
La varietà di gradi è dovuta principalmente ai diversi rapporti acrilonitrile-stirene e alle speciali miscele di copolimeri per le singole applicazioni. I gradi altamente trasparenti con un contenuto inferiore di acrilonitrile sono particolarmente adatti per i componenti ottici, mentre un contenuto superiore di acrilonitrile aumenta la resistenza chimica e la rigidità.
Conclusione
Le plastiche SAN sono un materiale molto interessante per le applicazioni tecniche grazie alla loro struttura amorfa e alla possibilità di orientamento molecolare mirato. Sebbene la cristallinità influisca sulle proprietà meccaniche, rimane limitata nella SAN standard a causa della sua natura amorfa. Il controllo mirato dell’orientamento molecolare attraverso l’ottimizzazione dei parametri di processo permette di migliorare le proprietà meccaniche a livello locale, mantenendo le caratteristiche di trasparenza e resistenza chimica.
Per gli utenti, la comprensione delle relazioni tra i parametri di lavorazione, l’orientamento molecolare e le proprietà risultanti è essenziale per la realizzazione di progetti impegnativi. La combinazione di stabilità dimensionale, trasparenza e resistenza chimica rende SAN una soluzione affidabile per lo stampaggio a iniezione, l’estrusione e la termoformatura nei laboratori, nella tecnologia medica e nella pratica industriale.
Elenco delle fonti
Università di Scienze Applicate di Osnabrück (2023). Dissertazione sulla lavorazione della plastica. Disponibile a:
https://opus.hs-osnabrueck.de/files/6039/kup_9783737611602.pdf
JKU Linz (2016). Tecnologia dei polimeri. Disponibile a:
https://epub.jku.at/obvulihs/download/pdf/1318154?originalFilename=true
Liao, Y. et al. (2018). Sintesi e proprietà di nuove miscele stirene-acrilonitrile-polipropilene con maggiore tenacità. Chemistry Central Journal, 12(1), 78. Disponibile a:
