Nelle diverse applicazioni dei prodotti in plastica, la resistenza all'usura rappresenta un indicatore di prestazione fondamentale che influenza in modo significativo sia l'usabilità che la durata dei componenti in plastica. Con il crescente utilizzo delle materie plastiche nell'industria automobilistica, meccanica, elettronica e in altri settori, migliorarne la resistenza all'usura è diventato più importante che mai. Per ridurre efficacemente l'attrito e l'usura, vengono comunemente utilizzati due metodi principali: aggiungendo sostanze lubrificanti e incorporando materiali di rinforzo. Di conseguenza, l'integrazione di materiali di rinforzo per migliorare la resistenza all'usura e l'autolubrificazione si è affermata come la soluzione preferita nel settore. Di seguito, esamineremo sette riempitivi comunemente utilizzati che migliorano la resistenza all'usura delle materie plastiche.
Sebbene i lubrificanti possano ridurre in una certa misura l'attrito, presentano notevoli svantaggi. Con il tempo, gli oli possono degradarsi, diminuendo il loro effetto lubrificante. Richiedono inoltre una manutenzione e una riapplicazione regolari, con un conseguente aumento dei costi operativi e della manodopera. Inoltre, i lubrificanti tendono ad attrarre polvere e detriti, causando la contaminazione delle parti interne e potenziali guasti alle apparecchiature.
1. Politetrafluoroetilene (PTFE, Teflon)
Scoperto da DuPont nel 1938, il PTFE è comunemente noto come Teflon. Offre eccezionali proprietà antiaderenti e un'eccellente autolubrificazione, che lo rendono ideale per rivestimenti antiaderenti come quelli utilizzati nelle pentole.
Come additivo antiusura, la micropolvere di PTFE presenta il coefficiente di attrito più basso tra tutti gli additivi antiattrito. Forma una pellicola liscia e lubrificante sulle superfici dei componenti, riducendo efficacemente l'usura, soprattutto nelle applicazioni ad alto carico. Il rapporto di aggiunta ottimale è 15% per le plastiche amorfe e 20% per le plastiche cristalline. La micropolvere di PTFE è ampiamente utilizzata in materie plastiche ingegneristiche, rivestimenti, inchiostri, lubrificanti e gomma per migliorare la resistenza all'usura, la resistenza ai graffi e le proprietà antiaderenti, migliorando al contempo la lubrificazione complessiva. Ad esempio, i componenti in POM rinforzati con PTFE dimostrano una resistenza all'usura superiore e una maggiore durata.
2. Disolfuro di molibdeno
Il bisolfuro di molibdeno (MoS₂) è una polvere lubrificante solida scura con una lucentezza metallica e una consistenza liscia. Offre prestazioni eccezionali ad alte temperature e pressioni, ed è spesso considerato un lubrificante solido di alta qualità.
Nelle materie plastiche ingegneristiche, viene utilizzato principalmente per rinforzare il nylon. Ad esempio, il Nylon 66 miscelato con MoS₂ mostra rigidità, durezza e stabilità dimensionale migliorate rispetto alla resina pura. La struttura cristallina del MoS₂ migliora la capacità portante e la resistenza all'usura del materiale. Sebbene la resistenza agli urti possa essere leggermente ridotta, è ampiamente utilizzato in ingranaggi, cuscinetti, guarnizioni e cursori per ridurre l'usura e migliorare l'affidabilità operativa.
3. Grafite
La grafite ha una struttura reticolare a strati che consente alle sue molecole di scorrere facilmente con un attrito minimo. Questa proprietà è particolarmente preziosa in ambienti umidi, dove l'acqua può aumentare l'attrito.
Come additivo antiusura, la grafite viene spesso applicata a componenti esposti all'acqua, come corpi pompa, giranti e guarnizioni delle valvole. Aumenta significativamente la resistenza all'usura delle materie plastiche in condizioni di umidità o sott'acqua, riducendo la necessità di manutenzione e prolungandone la durata.
4. Polisilossano
Il polisilossano è un additivo antiusura migratorio. Quando aggiunto ai materiali termoplastici, migra gradualmente verso la superficie formando una pellicola protettiva continua.
La viscosità del polisilossano ne determina le prestazioni: una viscosità inferiore comporta una migrazione più rapida e una migliore resistenza all'usura. Tuttavia, se troppo fluido, potrebbe evaporare o migrare troppo rapidamente, riducendone l'efficacia. La scelta della viscosità corretta è essenziale per prestazioni ottimali.
5. Fibra di vetro
La fibra di vetro è un materiale inorganico composto principalmente da biossido di silicio. Offre elevata resistenza, resistenza termica e resistenza alla corrosione.
Sebbene fragile di per sé, rinforza significativamente le strutture plastiche fornendo un legame meccanico tra le molecole polimeriche. Questa integrazione migliora l'integrità strutturale e la resistenza all'usura. È comunemente utilizzato in pompe, valvole, cuscinetti, ingranaggi e supporti per migliorarne la durata e la capacità di carico.
6. Fibra di carbonio
La fibra di carbonio viene prodotta carbonizzando precursori organici ad alte temperature. Come la fibra di vetro, migliora l'integrità strutturale, la resistenza all'usura e la capacità di carico.
Tuttavia, è più morbido e meno abrasivo della fibra di vetro, il che lo rende adatto ad applicazioni in cui è necessario evitare graffi superficiali. Le sue proprietà autolubrificanti lo rendono ideale per cuscinetti, ingranaggi e fasce elastiche oil-free in applicazioni di fascia alta come l'industria aerospaziale e i macchinari di precisione.
7. Fibra aramidica (Kevlar)
La fibra aramidica, sviluppata da DuPont negli anni '60, è una fibra sintetica ad alta resistenza con un'eccellente resistenza al calore e agli agenti chimici. È da cinque a sei volte più resistente dell'acciaio.
Come additivo antiusura, è più morbido e meno abrasivo delle fibre di vetro o di carbonio. È particolarmente utile in applicazioni in cui la protezione superficiale è fondamentale. Ad esempio, in combinazione con polietilene ad altissimo peso molecolare, viene utilizzato nei caschi tattici per migliorare la resistenza all'usura e l'assorbimento degli urti.
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