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Che cos’è il polipropilene (PP), e a cosa serve?

Il polipropilene (PP) è un “polimero di addizione” termoplastico fatto dalla combinazione di monomeri di propilene. È usato in una varietà di applicazioni che includono imballaggi per prodotti di consumo, parti in plastica per varie industrie tra cui l’industria automobilistica, dispositivi speciali come cerniere vive e tessuti. Il polipropilene fu polimerizzato per la prima volta nel 1951 da una coppia di scienziati del petrolio Phillips di nome Paul Hogan e Robert Banks e successivamente dagli scienziati italiani e tedeschi Natta e Rehn. Divenne importante molto velocemente, dato che la produzione commerciale iniziò appena tre anni dopo che il chimico italiano, il professor Giulio Natta, lo aveva polimerizzato per la prima volta. Natta perfezionò e sintetizzò la prima resina di polipropilene in Spagna nel 1954, e la capacità del polipropilene di cristallizzare creò molto entusiasmo. Nel 1957, la sua popolarità era esplosa e la produzione commerciale diffusa iniziò in tutta Europa. Oggi è una delle plastiche più comunemente prodotte nel mondo.

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Secondo alcuni rapporti, l’attuale domanda globale del materiale genera un mercato annuale di circa 45 milioni di tonnellate e si stima che la domanda salirà a circa 62 milioni di tonnellate entro il 2020. I principali utenti finali del polipropilene sono l’industria dell’imballaggio, che consuma circa il 30% del totale, seguita dall’industria elettrica e dalla produzione di apparecchiature, che utilizzano circa il 13% ciascuna. Gli elettrodomestici e l’industria automobilistica consumano entrambi il 10% ciascuno e i materiali da costruzione seguono con il 5% del mercato. Altre applicazioni insieme costituiscono il resto del consumo globale di polipropilene.

Il polipropilene ha una superficie relativamente scivolosa che può renderlo un possibile sostituto di plastiche come l’acetale (POM) in applicazioni a basso attrito come gli ingranaggi o per l’uso come punto di contatto per i mobili. Forse un aspetto negativo di questa qualità è che può essere difficile incollare il polipropilene ad altre superfici (cioè non aderisce bene a certe colle che funzionano bene con altre plastiche e a volte deve essere saldato nel caso sia necessario formare un giunto). Anche se il polipropilene è scivoloso a livello molecolare, ha un coefficiente di attrito relativamente alto – motivo per cui l’acetale, il nylon o il PTFE sarebbero usati al suo posto. Il polipropilene ha anche una bassa densità rispetto ad altre plastiche comuni, il che si traduce in un risparmio di peso per i produttori e i distributori di parti in polipropilene stampate a iniezione. Ha una resistenza eccezionale a temperatura ambiente ai solventi organici come i grassi, ma è soggetto a ossidazione a temperature più alte (un potenziale problema durante lo stampaggio a iniezione).

Uno dei maggiori vantaggi del polipropilene è che può essere fabbricato (sia tramite CNC o stampaggio a iniezione, termoformatura, o crimpatura) in una cerniera viva. Le cerniere viventi sono pezzi di plastica estremamente sottili che si piegano senza rompersi (anche su gamme estreme di movimento vicine ai 360 gradi). Non sono particolarmente utili per applicazioni strutturali come sostenere una porta pesante, ma sono eccezionalmente utili per applicazioni non portanti come il coperchio di una bottiglia di ketchup o di shampoo. Il polipropilene è particolarmente adatto per cerniere viventi perché non si rompe quando viene piegato ripetutamente. Uno degli altri vantaggi è che il polipropilene può essere lavorato a CNC per includere una cerniera viva, il che consente uno sviluppo più rapido del prototipo ed è meno costoso di altri metodi di prototipazione. Creative Mechanisms è unica nella nostra capacità di lavorare cerniere vive da un singolo pezzo di polipropilene.

Un altro vantaggio del polipropilene è che può essere facilmente copolimerizzato (essenzialmente combinato in una plastica composita) con altri polimeri come il polietilene. La copolimerizzazione cambia le proprietà del materiale in modo significativo, consentendo applicazioni ingegneristiche più robuste di quelle possibili con il polipropilene puro (più che altro una plastica di base da sola).

Le caratteristiche sopra e sotto menzionate fanno sì che il polipropilene sia usato in una varietà di applicazioni: piatti, vassoi, tazze, ecc. lavabili in lavastoviglie, contenitori opachi da asporto e molti giocattoli.

Quali sono le caratteristiche del polipropilene?

Alcune delle proprietà più significative del polipropilene sono:

1. Resistenza chimica: Le basi e gli acidi diluiti non reagiscono facilmente con il polipropilene, il che lo rende una buona scelta per i contenitori di tali liquidi, come i detergenti, i prodotti di primo soccorso e altro.
2. Elasticità e resistenza: Il polipropilene agirà con elasticità su una certa gamma di deformazione (come tutti i materiali), ma sperimenterà anche una deformazione plastica all’inizio del processo di deformazione, quindi è generalmente considerato un materiale “duro”. La tenacità è un termine ingegneristico che viene definito come la capacità di un materiale di deformarsi (plasticamente, non elasticamente) senza rompersi.
3. Resistenza alla fatica: Il polipropilene mantiene la sua forma dopo molte torsioni, piegamenti e/o flessioni. Questa proprietà è particolarmente preziosa per fare cerniere vive.
4. Isolamento: il polipropilene ha una resistenza molto alta all’elettricità ed è molto utile per i componenti elettronici.
5. Trasmissività: Anche se il polipropilene può essere reso trasparente, è normalmente prodotto per essere naturalmente opaco. Il polipropilene può essere usato per applicazioni in cui un certo trasferimento di luce è importante o dove ha un valore estetico. Se si desidera un’alta trasmissività, plastiche come l’acrilico o il policarbonato sono scelte migliori.

Il polipropilene è classificato come un materiale “termoplastico” (al contrario di “termoindurente”) che ha a che fare con il modo in cui la plastica risponde al calore. I materiali termoplastici diventano liquidi al loro punto di fusione (circa 130 gradi Celsius nel caso del polipropilene). Un importante attributo utile dei termoplastici è che possono essere riscaldati al loro punto di fusione, raffreddati e riscaldati di nuovo senza degradazione significativa. Invece di bruciare, i termoplastici come il polipropilene si liquefanno, il che permette loro di essere facilmente stampati a iniezione e poi successivamente riciclati. Al contrario, le plastiche termoindurenti possono essere riscaldate solo una volta (tipicamente durante il processo di stampaggio a iniezione). Il primo riscaldamento provoca l’indurimento dei materiali termoindurenti (simile a una resina epossidica in 2 parti) con un conseguente cambiamento chimico che non può essere invertito. Se si provasse a riscaldare una seconda volta una plastica termoindurente a una temperatura elevata, semplicemente si brucerebbe. Questa caratteristica rende i materiali termoindurenti cattivi candidati per il riciclaggio.

Perché il polipropilene è usato così spesso?

Il polipropilene è usato sia in applicazioni domestiche che industriali. Le sue proprietà uniche e la sua capacità di adattarsi a varie tecniche di fabbricazione lo rendono un materiale prezioso per una vasta gamma di usi. Un’altra caratteristica inestimabile è la capacità del polipropilene di funzionare sia come materiale plastico che come fibra (come quelle borse promozionali che vengono regalate in occasione di eventi, gare, ecc.) La capacità unica del polipropilene di essere prodotto con diversi metodi e in diverse applicazioni ha fatto sì che iniziasse presto a sfidare molti dei vecchi materiali alternativi, in particolare nelle industrie dell’imballaggio, delle fibre e dello stampaggio a iniezione. La sua crescita è stata sostenuta nel corso degli anni e rimane uno dei principali attori dell’industria plastica in tutto il mondo.

A Creative Mechanisms, abbiamo utilizzato il polipropilene in una serie di applicazioni in diversi settori. Forse l’esempio più interessante include la nostra capacità di lavorare a CNC il polipropilene per includere una cerniera viva per lo sviluppo di prototipi di cerniere vive. Il polipropilene è un materiale molto flessibile e morbido con un punto di fusione relativamente basso. Questi fattori hanno impedito alla maggior parte delle persone di essere in grado di lavorare correttamente il materiale. Fa le gomme. Non taglia in modo pulito. Comincia a sciogliersi per il calore della fresa CNC. In genere ha bisogno di essere raschiato per ottenere qualcosa di simile a una superficie finita. Ma siamo stati in grado di risolvere questo problema che ci permette di creare nuovi prototipi di cerniere viventi in polipropilene. Guarda il video qui sotto:

Quali sono i diversi tipi di polipropilene?

Sono disponibili due tipi principali di polipropilene: omopolimeri e copolimeri. I copolimeri sono ulteriormente suddivisi in copolimeri a blocchi e copolimeri casuali. Ogni categoria si adatta a certe applicazioni meglio delle altre. Il polipropilene è spesso chiamato “l’acciaio” dell’industria plastica a causa dei vari modi in cui può essere modificato o personalizzato per servire al meglio un particolare scopo. Questo si ottiene di solito introducendo additivi speciali o producendolo in un modo molto particolare. Questa adattabilità è una proprietà vitale.

Il polipropilene omopolimero è un grado per uso generale. Si può pensare a questo come allo stato di default del materiale polipropilene. Il polipropilene copolimero a blocchi ha unità di co-monomero disposte in blocchi (cioè, in uno schema regolare) e contiene ovunque tra il 5% e il 15% di etilene. L’etilene migliora alcune proprietà, come la resistenza all’impatto, mentre altri additivi migliorano altre proprietà. Il polipropilene copolimero casuale – al contrario del polipropilene copolimero a blocchi – ha le unità di co-monomero disposte in modo irregolare o casuale lungo la molecola di polipropilene. Di solito sono incorporati con una percentuale di etilene compresa tra l’1% e il 7% e sono selezionati per applicazioni in cui si desidera un prodotto più malleabile e chiaro.

Come è fatto il polipropilene?

Il polipropilene, come altre materie plastiche, inizia tipicamente con la distillazione di idrocarburi in gruppi più leggeri chiamati “frazioni”, alcuni dei quali sono combinati con altri catalizzatori per produrre materie plastiche (tipicamente tramite polimerizzazione o policondensazione).

Polipropilene per lo sviluppo di prototipi su macchine CNC, stampanti 3D, & macchine per stampaggio a iniezione:

Polipropilene per stampa 3D:

Il polipropilene non è facilmente disponibile in forma di filamento per la stampa 3D.

Lavorazione CNC del polipropilene:

Il polipropilene è ampiamente utilizzato come stock di fogli per la produzione di macchine CNC. Quando prototipiamo un piccolo numero di parti in polipropilene, di solito le lavoriamo a macchina CNC. Il polipropilene si è guadagnato la reputazione di materiale che non può essere lavorato. Questo perché ha una bassa temperatura di ricottura, il che significa che inizia a deformarsi sotto il calore. Poiché è un materiale molto morbido in generale, richiede un livello di abilità estremamente alto per essere tagliato con precisione. Creative Mechanisms ha avuto successo nel farlo. I nostri team possono utilizzare una macchina CNC e tagliare il polipropilene in modo pulito e con un dettaglio estremamente grande. Inoltre, siamo in grado di creare cerniere viventi con polipropilene che hanno uno spessore di soli 0,010 pollici. Fare cerniere viventi è un’impresa difficile di per sé, il che rende l’uso di un materiale difficile come il polipropilene ancora più impressionante.

Stampaggio a iniezione di polipropilene:

Il polipropilene è una plastica molto utile per lo stampaggio a iniezione ed è tipicamente disponibile per questo scopo sotto forma di pellet. Il polipropilene è facile da modellare nonostante la sua natura semi-cristallina, e scorre molto bene grazie alla sua bassa viscosità di fusione. Questa proprietà migliora significativamente la velocità con cui si può riempire uno stampo con il materiale. Il ritiro del polipropilene è di circa l’1-2%, ma può variare in base a una serie di fattori, tra cui la pressione di mantenimento, il tempo di mantenimento, la temperatura di fusione, lo spessore della parete dello stampo, la temperatura dello stampo e la percentuale e il tipo di additivi.

Altro:

Oltre alle applicazioni plastiche convenzionali, il polipropilene si presta bene anche alle applicazioni con le fibre. Questo gli conferisce una gamma ancora più ampia di usi che vanno oltre lo stampaggio a iniezione. Questi includono corde, tappeti, tappezzeria, abbigliamento e simili.

Image From AnimatedKnots.com

Quali sono i vantaggi del polipropilene?

1. Il polipropilene è facilmente disponibile e relativamente poco costoso.
2. Polypropylene has a relatively slippery surface.
3. Polypropylene is very resistant to absorbing moisture.
4. Polypropylene has good chemical resistance over a wide range of bases and acids.
5. Polypropylene possesses good fatigue resistance.
6. Polypropylene has good impact strength.
7. Polypropylene is a good electrical insulator.

What are the Disadvantages of Polypropylene?

1. Polypropylene has a high thermal expansion coefficient which limits its high temperature applications.
2. Polypropylene is susceptible to UV degradation.
3. Polypropylene has poor resistance to chlorinated solvents and aromatics.
4. Polypropylene is known to be difficult to paint as it has poor bonding properties.
5. Polypropylene is highly flammable.
6. Polypropylene is susceptible to oxidation.

Despite its shortcomings, polypropylene is a great material overall. It has a unique blend of qualities that aren’t found in any other material which makes it an ideal choice for many projects.

What are the properties of Polypropylene?

Property	Value
Technical Name	Polypropylene (PP)
Chemical Formula	(C3H6)n
Resin Identification Code (Used For Recycling)
Melt Temperature	130°C (266°F)
Typical Injection Mold Temperature	32 – 66 °C (90 – 150 °F) ***
Heat Deflection Temperature (HDT)	100 °C (212 °F) at 0.46 MPa (66 PSI) **
Tensile Strength	32 MPa (4700 PSI) ***
Flexural Strength	41 MPa (6000 PSI) ***
Specific Gravity
Shrink Rate	1.5 – 2.0 % (.015 – .02 in/in) ***