Stesso polimero, diversa materia prima, diverso processo

Molti problemi nel cambio di materia prima compaiono quando una variante specifica deve sostituirne un’altra: simile nella descrizione, ma non necessariamente simile nella trasformazione.

Il PP può essere omopolimero, copolimero, random, una variante ad alta fluidità, caricato con talco, rinforzato con fibra, modificato all’urto o stabilizzato per uso esterno. Il PE può essere HDPE per tubi, LDPE/LLDPE per film, una materia prima con alta resistenza alla fessurazione sotto tensione o una miscela con contenuto riciclato. ABS, PA6, PA66, PC, PMMA, POM, PET, PBT, PVC, PS, HIPS, PPS e PEEK hanno anch’essi varianti che in produzione non si sostituiscono automaticamente.

Nella scelta di una materia prima concreta non si valuta solo la famiglia polimerica, ma anche il prodotto, lo stampo o l’attrezzatura, i requisiti di qualità e le condizioni di processo.

Il sostituto si verifica nel processo, non solo nella scheda tecnica

MFR/MVR aiuta a confrontare i materiali, ma è solo un singolo punto di misura. Nella produzione reale entrano in gioco velocità di taglio, tempo di permanenza nel cilindro, stabilità termica, raffreddamento, superficie, ritiro, umidità, additivi, cariche e costanza tra lotti.

Due materie prime possono avere un campo di applicazione simile e, in produzione, differire comunque nel margine di regolazione. Una consente di mantenere ciclo o portata senza correzioni continue. L’altra richiede più spesso variazioni di temperatura, pressione di mantenimento, raffreddamento, velocità di traino o calibrazione.

Nella produzione in serie queste differenze diventano rapidamente costi: avviamento più lungo, più scarto, dimensioni meno stabili, superficie più difficile, linea più lenta o maggiore rischio di reclami.

Stampaggio a iniezione: la geometria del pezzo limita la scelta

Nello stampaggio a iniezione bisogna verificare se la materia prima è adatta allo stampo e al pezzo specifico.

Un componente a parete sottile con un lungo percorso di flusso richiede un approccio diverso rispetto a un alloggiamento con elevate esigenze estetiche. Un elemento a scatto richiede un altro equilibrio tra rigidità e resistenza all’urto rispetto a un componente rinforzato con fibra. Un pezzo con tolleranze strette reagisce in modo diverso a ritiro, raffreddamento e tensioni interne rispetto a una parte con requisiti tecnici più bassi.

L’ABS può dare una buona superficie, ma con una geometria sfavorevole occorre controllare tensioni e raffreddamento. PA6 o PA66 con fibra di vetro aumenta rigidità e resistenza termica, ma rende più importante la direzione del ritiro. Il PC richiede controllo di essiccazione, temperatura e tensioni. Il POM è adatto a elementi precisi e scorrevoli, ma richiede una gestione stabile della temperatura.

La domanda pratica nello stampaggio a iniezione è: se con questa materia prima si possono mantenere ciclo, dimensione, superficie e ripetibilità in questo stampo.

Estrusione: la stabilità conta nel tempo

Nell’estrusione una prova breve non è sempre sufficiente. La linea deve restare stabile durante una produzione più lunga.

Per tubi, profili, lastre e film contano pressione, comportamento del fuso nella testa, calibrazione, raffreddamento, traino, spessore di parete, brillantezza, dimensione e qualità superficiale.

L’HDPE per tubi si valuta in modo diverso dal PE per film. Il PVC per profili dipende dall’intera formulazione: stabilizzazione, lubrificazione, cariche e finestra di processo. PET e PBT richiedono controllo dell’umidità. PS e HIPS possono essere interessanti per il costo, ma hanno limiti in resistenza all’urto e temperatura. Il PMMA offre buone proprietà ottiche, ma richiede controllo di tensioni e superficie. PPS e PEEK richiedono alta temperatura dello stampo o dell’attrezzatura, processo stabile e controllo qualità più preciso.

Nell’estrusione le differenze tra materie prime si vedono spesso come dimensioni variabili, cambiamento di brillantezza, calibrazione più difficile, più scarto in avviamento o margine minore quando si aumenta la portata.

Il prezzo al chilogrammo non dice quanto costa produrre

Confrontare i prezzi delle materie prime è semplice. Più difficile è confrontare il costo che compare dopo l’avviamento della produzione.

Un materiale più economico può richiedere una produzione più lenta, raffreddamento più lungo, più correzioni, maggiore margine di sicurezza o controllo qualità più intenso. Un materiale più costoso può ridurre il costo totale se accorcia il ciclo, stabilizza la dimensione, migliora la superficie e riduce lo scarto.

Quando si cambia materia prima conviene verificare:

• tempo di avviamento,
• quantità di scarto durante la regolazione,
• stabilità dimensionale,
• ripetibilità della superficie,
• portata richiesta,
• numero di correzioni del processo,
• proprietà del prodotto nel tempo.

Questi parametri mostrano se la sostituzione ha senso produttivo e non solo dal punto di vista degli acquisti.

Rimacinato e riciclato richiedono una valutazione ancora più precisa

Con rimacinato e riciclato non basta la corrispondenza della famiglia polimerica. Contano storia del materiale, grado di degradazione, umidità, filtrazione, contaminazioni, stabilizzazione, odore, colore, proprietà meccaniche e costanza tra lotti.

Le domande corrette sono concrete: quale percentuale si può utilizzare, se il lotto è stabile, se serve filtrazione, se bisogna modificare la stabilizzazione, come cambiano dimensione, superficie, colore, odore e proprietà meccaniche.

Solo una prova di questo tipo mostra se il riciclato aiuta a ridurre costo e impronta ambientale senza trasferire problemi al processo o al cliente.

Stesso polimero non significa stessa produzione

PP per una cerniera integrale, PP con talco per un pezzo più rigido e PP ad alta fluidità per pareti sottili sono tre casi diversi. HDPE per tubo, PE per film e PE con contenuto riciclato richiedono anch’essi una valutazione diversa. PA non rinforzato, PA-GF30 e PA stabilizzato termicamente non si processano nello stesso modo. Lo stesso vale per PC, PMMA, POM, PET, PBT, PVC, ABS, PS, HIPS, PPS e PEEK.

Il cambio di materia prima va valutato insieme al processo, per evitare che il risparmio sul materiale ritorni più tardi come ciclo più lungo, più scarto, dimensione instabile, avviamento più difficile o reclamo.

Lo stesso polimero può dare risultati produttivi diversi. La differenza sta nella variante concreta della materia prima, nelle condizioni di trasformazione e nei requisiti del prodotto finito.