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MATERIALI ELASTOMERICI: INNOVAZIONI NEL SETTORE AUTOMOTIVE (28 ottobre 2015) DOCENTE: ELIO DIANI

MATERIALI ELASTOMERICI: INNOVAZIONI NEL SETTORE AUTOMOTIVE

Elio Diani

ISEOLAGO HOTEL&SPA

Iseo, 28 ottobre 2015

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Automobile,Trasporti,Macchinari e Attrezzature, Elettricità,Edilizia,Farmaceutica, Alimentare

Guarnizioni motori, Automobile, Macchinari e Attrezzature, Trasporti, Farmaceutica, Alimentare, Tessile

Guarnizioni motori, Automobile, Macchinari e Attrezzature, Cinghie di Trasmissione, Nastri Trasportatori, Trasporti, Edilizia, Elettricità, Suole, Adesivi, Tessile, Carta

Gomma Naturale (NR)

Poliisoprene (IR)

Gomma Stirene Butadiene (SBR) Polibutadiene (BR) Gomma Butilica (IIR)

Pneumatici, Trasporti,Macchinari e Attrezzature, Edilizia, Farmaceutica, Alimentare,Tessile, Carta Pneumatici, Trasporti, Edilizia, Farmaceutica, Alimentare , Tessile, Carta Pneumatici, Trasporti, Edilizia, Cinghie di Trasmissione, Nastri Trasportatori, Elettricità, Suole,Farmaceutica, Alimentare , Tessile, Carta Pneumatici, Cinghie di Trasmissione, Nastri Trasportatori, Pneumatici, Cinghie di Trasmissione, Nastri Trasportatori,Elettricità, Edilizia,Farmaceutica, Alimentare

TIPI DI GOMMA SETTORI APPLICATIVI

Gomma Etilene Propilene (EPDM)

Gomma Etilene Vinilacetato (EVA) Macchinari e Attrezzature, Tessile, Suole, Adesivi

Gomma Nitrilica (NBR) Gomma Acrilica (ACM) Guarnizioni motori, Macchinari e Attrezzature, Tessile

Policloroprene (CR) Polietilene Clorosolfonato (CSM) Guarnizioni motori, Edilizia, Elettricità, Tessile

Gomma Poliuretanica (Ue) Guarnizioni motori, Automobile, Trasporti, Macchinari e Attrezzature, Tessile, Suole, Adesivi Guarnizioni motori, Macchinari e Attrezzature Gomma Fluorurata (CFM)

Gomma Siliconica (SI) Guarnizioni motori, Macchinari e Attrezzature, Trasporti, Edilizia, Elettricità, Sigillanti, Adesivi, Farmaceutica, Alimentare

PRINCIPALI TIPI DI GOMME VULCANIZZABILI

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ELASTOMERI TERMOPLASTICI: LE DATE SIGNIFICATIVE

1926 – PVC plastificato con ftalati: è il primo materiale termoplastico con alcune proprietà simili a quelle peculiari per le gomme vulcanizzate.

1958÷1960 – Copolimeri Stirene-Butadiene a blocchi (TPE-S) ed elastomeri termoplastici poliuretanici (TPE-U). I TPE trovano impiego sia in sostituzione dei tradizionali vulcanizzati che in applicazioni proprie (adesivi, modifica bitumi, lubrificanti, ecc.) con tassi di crescita spesso a doppia cifra.

1970÷1972 – TPE-S idrogenati, elastomeri termoplastici poliestere (TPE-E) ed elastomeri termoplastici olefinici (TPR o TPE-O) ottenuti per mescolazione di poliolefine con gomme EPR.

1980 – Elastomeri termoplastici poliammidici (TPE-A). Vengono contemporaneamente gettate le basi della “Vulcanizzazione Dinamica” e vengono prodotti i primi prototipi di “Thermoplastic Vulcanizates” (TPV o TPE-V).

1985 – MPR o “Melt Processible Rubbers”, rappresentano una famiglia del tutto particolare: sono ottenute per mescolazione di poliolefine funzionalizzate, mutualmente compatibili, che danno luogo ad un sistema monofasico in cui il reticolo tridimensionale termoreversibile è formato da legami a idrogeno. Ciò è in contrasto con la natura eterofasica, tipicamente a due fasi, di quasi tutte le altre famiglie di elastomeri termoplastici.

2001 – Vengono prodotti i “Super TPV” cioè elastomeri termoplastici dotati di eccezionali spettri prestazionali in grado di competere con le gomme vulcanizzabili in tutti i settori applicativi fatta eccezione per gli pneumatici e le applicazioni particolarmente critiche in termini di prestazioni dinamiche e di resistenza alla deformazione permanente.

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CONFRONTO TRA GOMME VULCANIZZABILI E TPE

Con le gomme termoplastiche è sufficiente la conoscenza specifica del processo di trasformazione adottato: si utilizzano infatti granuli di elastomero termoplastico o di compound, così come forniti dal produttore, dosando direttamente nella tramoggia di alimentazione eventuali agenti espandenti, pigmenti coloranti ecc., generalmente predispersi in opportune matrici polimeriche che ne agevolano la manipolazione.

I processi di trasformazione sono generalmente di tipo continuo e facilmente automatizzabili per cui i costi di produzione vengono notevolmente abbattuti.. Infine, gli elastomeri termoplastici possono essere facilmente riciclati per cui gli scarti di produzione sono ridotti al minimo o addirittura inesistenti.

Il maggior vantaggio risiede in ogni caso nella completa reversibilità del processo che consente di recuperare in ogni fase, compreso anche il prodotto finito, eventuali errori.

La differenza più evidente fra le gomme vulcanizzabili ed i TPE è data dalla semplice ed agevole processabilità di questi ultimi che ben si adatta ai metodi di trasformazione dei materiali termoplastici.

La produzione di un manufatto in gomma vulcanizzata procede attraverso una serie di operazioni unitarie, in generale abbastanza complesse, che richiedono conoscenze ed abilità specifiche di notevole spessore.

Il processo è di natura irreversibile: eventuali errori sono perciò difficilmente recuperabili e vengono quasi sempre pagati in termini di scarti di produzione destinati al cumulo dei rifiuti.

La sequenza delle operazione è discontinua e l’introduzione di procedure automatizzate risulta sempre abbastanza difficile.

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VERIFICA DELLA CONVENIENZA NELL’USO DI TPE

Volume di Produzione

Cos

to U

nita

rio d

i Pro

duzi

one

Gomme Vulcanizzate Convenzionali

Elastomeri Termoplastici

Punto di Uguale costo

I processi utilizzabili per la trasformazione delle gomme termoplastiche sono in generale più veloci e meno costosi sia in termini energetici che di mano d'opera rispetto a quelli delle tradizionali gomme vulcanizzate. Come risulta dal grafico riportato nella Figura ciò è particolarmente vero per elevati volumi di produzione e la convenienza della sostituzione di gomme vulcanizzabili con gomme termoplastiche, fatti salvi i requisiti di tipo tecnologico del prodotto finito, va accuratamente valutata caso per caso. In generale, per volumi di produzione inferiori ai 1000 pezzi è quasi sempre vantaggioso lo stampaggio a compressione di gomme vulcanizzabili grazie al basso costo delle materie prime e degli stampi che compensano il maggior impiego di mano d'opera.

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Compounding non necessario Vulcanizzazione non necessaria Formatura con le classiche tecniche dei termoplastici Lavorazioni più veloci (cicli di produzione più corti) Riciclabili Colorabili Trasparenti Verniciabili Stampabili Saldabili Sovrastampabili su un’ampia varietà di substrati Espandibili

VANTAGGI DEI TPE SULLE GOMME VULCANIZZABILI

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Eccellente resistenza agli oli ed al calore

Specifiche ASTM D2000 / SAE J200

Resistenza agli oli [ Rigonfiamento in Olio ASTM N° 3 (%) ] CLASSE

Resis

tenz

a al c

alore

[ Te

mpe

ratu

ra (°

C) ]

TIPO

140 120 100 80 50 30 20 10 N. D. A B C D E F G H I

75

100

125

150

175

200

225

250

275

50

A

B

C

D

E

F

G

H

J

RESISTENZA AGLI OLII E AL CALORE

Limite di temperatura per Impieghi severi sotto cofano

Gomma Naturale / SBR

Gomme Siliconiche

Gomme Nitriliche

Gomme Fluorosiliconiche

Gomme Etilene/Propilene

Gomme Fluorurate

Gomma Policloroprenica

Gomme Acriliche

H-NBR

ALCRYN

TPE-S

GEOLAST

SANTOPRENE

ZEOTHERM TPVs Du Pont ETPV

UNIPRENE XL

HYTREL

TPSiV

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GLI ELASTOMERI FLUORURATI stanno sostituendo le gomme NBR, HNBR ed Acriliche

gomme sintetiche in grado di fornire straordinari livelli di resistenza nei confronti di agenti chimici, olî e grassi lubrificanti, oltre a garantire livelli termici di completo servizio funzionale a più di 200°C bassissimi valori di permeabilità e elevate proprietà di ignifugità.

Applicazioni: guarnizioni di alberi rotanti, guarnizioni e cappucci stelovalvola; O-rings per sistemi alimentazione/iniezione carburante; tubi per alimentazione carburante; tenute in sistemi di stoccaggio e di rapida alimentazione carburante; guarnizioni per valvole e collettori; sfere per valvole di regolazione; tenute di alta pressione nei sistemi di iniezione gasolio.

PARTI CHE COMPONGONO IL MOTORE

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IMPIANTO DI RAFFREDDAMENTO

La gomma EPDM vulcanizzata è stata sostituita da gomme termoplastiche a base di etilene propilene

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SOFFIETTI

Devono garantire la protezione dalla polvere, sassi ecc… e resistere ai grassi

La tendenza è sempre più quella di sostituire la gomma vulcanizzata con elastomeri termoplastici prodotti mediante blow moulding

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GUARNIZIONI PER SIGILLARE

Un tempo, tali guarnizioni erano estrusi di gomma vulcanizzata, attualmente vengono prodotti con gomme termoplastiche

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CONCLUSIONI

In generale LE GOMME TERMOPLASTICHE stanno prendendo sempre più piede nel settore automotive, ma non solo, anche se il costo della meteria prima è superiore principalmente perchè

la loro trasformazione è più semplice e può essere completamente automatizzata

sono riciclabili, è quindi possibile recuperarle in ogni fase della loro lavorazione

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ISTRUIRE

PROVARE

OTTIMIZZARE

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FACCIAMO CENTRO INSIEME!

LA NOSTRA COLLABORAZIONE ALLE IMPRESE TRASFORMATRICI DI MATERIE PLASTICHE PER:

NOTA: SI DECLINA OGNI RESPONSABILITÀ DALL’UTILIZZO DELLE RELAZIONI ESPOSTE SENZA CHE SIA STATA PREVENTIVAMENTE INFORMATA LA DIREZIONE CESAP