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Elastomeri

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Gruppo M
Gruppo O
Gruppo Q
Gruppo R
Gruppo U
AEM, CSM, EPDM, EVA, FEPM, FFPM, FPM
CO, ECO (Epicloridrina)
FMQ, MQ, PMQ, PVMQ, VMQ (Fluorosilicone, Silicone)
CR, IIR/BIIR/CIIR, HNBR, NBR/NBR-PVC, NR/IR, SBR, XNBR
AU, EU (PU, Poliuretano per stampaggio e per colata poliestere/polietere)
 


Regolamento Europeo CE 1907/2006 REACH

GLI ELASTOMERI
 
 
 
 

raccolta di lattice da un' Hevea Brasiliensis

Elastomero:
Elastomero è una parola fantastica, tutto ciò che significa in realtà è "gomma".

Le gomme naturali (poliisoprene), secondo la normativa UNI 7703, si ottengono coagulando il lattice ricavato da piante tropicali (in particolare Hevea Brasiliensis) e raccolte tramite incisione del tronco della pianta.
Le gomme sintetiche vengono prodotte a partire da semplici idrocarburi.

Ciò che rende speciali gli elastomeri è il fatto che rimbalzano, o per essere più precisi possono essere allungati o schiacciati notevolmente per poter poi tornare rapidamente alla lunghezza iniziale (elasticità). Questo perché le molecole in un pezzo di gomma, qualsiasi tipo di gomma, non sono ordinate ma si aggrovigliano una con l'altra in una massa disordinata. Quando si allunga un pezzo di gomma tutto viene rimescolato: le molecole sono obbligate ad allinearsi nella direzione in cui viene tirata la gomma e così facendo diventano più ordinate. Se le si allunga a sufficienza le catene si allineeranno per cristallizzarsi.

catena polimerica disordinata

catena polimerica disordinata

catena polimerica ordinata

catena polimerica ordinata
 
Ma le molecole della gomma amano il loro stato di riposo, amano essere disordinate, quando si rilascia il pezzo di gomma precedentemente allungato le molecole quindi tornano rapidamente al loro stato di disordine e si riaggrovigliano tornando ad uno stato di entropia, alla sua forma originale.
Naturalmente non tutti i polimeri amorfi sono elastomeri, alcuni sono termoplastici. Il fatto che un polimero amorfo sia un termoplastico o un elastomero dipende dalla sua temperatura di transizione vetrosa, o Tg: è la temperatura oltre la quale un polimero diventa morbido e pieghevole e al di sotto della quale diventa rigido e vetroso. Se un polimero amorfo ha una Tg inferiore alla temperatura ambiente quel polimero sarà un elastomero, poiché è morbido e gommoso a temperatura ambiente. Se un polimero amorfo ha una Tg superiore alla temperatura ambiente, sarà un termoplastico, poiché è rigido e vetroso a temperatura ambiente. Si può dire in pratica che per quanto riguarda i polimeri amorfi, gli elastomeri hanno una Tg bassa ed i termoplastici hanno una Tgalta (attenzione però, questo funziona solo per i polimeri amorfi, e non per i polimeri cristallini).
 
Vulcanizzazione:
Tanto tempo fa l'unica gomma a disposizione era il lattice naturale, il poliisoprene. Preso direttamente dall'albero, il lattice di gomma naturale non è molto utile, si scioglie e diventa appiccicaticcio quando viene scaldato e diventa rigido e fragile quando viene raffreddato.
Nel 1839 nel Massachusetts Charles Goodyear, un pensatore e inventore con poco successo fino a quel momento, cercava di rendere più utile la gomma: si accorse che versando un pò di zolfo nel lattice di gomma riscaldato in un pentolino otteneva una miscela che non si scioglieva e non si appiccicava quando veniva riscaldata e non diventava fragile quando la lasciava all'aperto tutta la notte durante il freddo inverno. Chiamò la nuova gomma, gomma vulcanizzata.
Lo zolfo ha formato dei ponti (reticolazioni) che legano tutte insieme le catene polimeriche della gomma (vedi figura). I ponti formati da piccole catene di atomi di zolfo legano una catena di poliisoprene ad un'altra fino a quando tutte le catene sono unite in una supermolecola gigante, un oggetto fatto con gomma reticolata è in effetti formato da un'unica molecola.
Questo particolare processo di reticolazione della gomma si chiama "vulcanizzazione", in onore al Dio greco del fuoco.

vulcanizzazione

Queste reticolazioni legano insieme tutte le molecole del polimero, così anche quando la gomma diventa bollente non possono scorrerere una sull'altra o una intorno all'altra: è il motivo per cui non fonde. Inoltre poiché tutte le molecole del polimero sono legate insieme, non si possono staccare facilmente una dall'altra: è il motivo per cui non diventa fragile quando si raffredda.
Le reticolazioni rendono gli elastomeri più resistenti, ma il rovescio della medaglia e che poiché i materiali reticolati non si fondono è molto difficile riciclarli. Per ovviare a questo problema si possono creare legami incrociati che si possano invertire o disfare, una famiglia di materiali che utilizza reticolazioni reversibili sono gli elastomeri termoplastici.
Charles Goodyear non è mai diventato ricco per la sua invenzione, trascorse la sua vita in azioni legali per violazioni di brevetto. Quando morì, la sua società, Goodyear, diventò quel gigante di successo che tutti conosciamo.
 
Gli elastomeri oggi e la loro classificazione:
Nell'industria della gomma per classificare i vari elastomeri si fa riferimento alla norma ISO 1629 (derivata dalla precedente ASTM D 1418-79). Il gruppo di appartenenza del polimero è indicato dall'ultima lettera del suo codice identificativo, la rimanente parte del codice definisce univocamente l'elastomero e fornisce alcune informazioni specifiche. Gli elastomeri del gruppo "M" contengono catene polimeriche sature di polietilene, quelli del gruppo "O" contengono atomi di ossigeno, quelli del gruppo "Q" contengono atomi di ossigeno e silicio, quelli del gruppo "R" contengono carbonio insaturo, quelli del gruppo "U" contengono carbonio, ossigeno e azoto.
 

Gruppo "M"

ASTM D 1418-79

DIN/ISO 1629

Altre denominazioni
ACM ACM Gomma Poliacrilica, Poliacrilato, Copolimero acrilato di etile
AEM, EACM   Gomma Etilenacrilica, Etilene Acrilato
CM   Cloropolitene, Polietilene clorurato
CSM CSM Polietilene clorosolfonato, clorosulfonilpolietilene
EPDM EPDM Gomma Etilene-propilene-diene, Terpolimero EP
EPM EPDM Gomma Etilene-propilene, Copolimero EP
EVA   Copolimero etilene vinilacetato
EVM   Gomma etilene-vinil-acetato, acetato di vinile
FEPM FEPM TFE/P, Gomma Copolimero Tetrafluoretilene Propilene
FEPM FEPM TFE/P/VDF, Terpolimero tetrafluoroetilene-propilene-vinildenfluoruro,
FFKM FFPM Gomma perfluorocarbonica, Perfluoro elastomero, Tetrafluoroetilene-Perfluoroviniletere
FKM FPM Gomma fluorurata, Gomma fluorocarbonica, Esafluoropropilene-Vinildenfluoruro-Tetrafluoroviniletere
TPE   Elastomero termoplastico
Denominazioni commerciali gruppo M: Cyanacryl, Hycar, Elaprim AR, Vamac, Hypalon, Bayer C-M, Buna-AP, Keltan, Dutral, Nordel, Vistalon, Royalene, Epcar, Piracritten, Aflas, Fluoraz, Isolast, Kalrez, Parofluour, Zalak, Tecnoflon PFR, Chemraz, Spectrum, Kaflon, Viton, Tecnoflon, Flourel, EPR, Santoprene
 
ASTM D 1418-79

DIN/ISO 1629

Altre denominazioni

AECO (ETER)   Gomma Terpolimero Epicloridrina-etilenossido-allilglicidiletere, Epicloridrina
CO CO Gomma epicloridrinica, Poliepicloridrina, Epicloridrina
ECO ECO Gomma Copolimero Epicloridrina-etilenossido, Epicloridrina
Denominazioni commerciali gruppo O:
 

Gruppo "Q"

ASTM D 1418-79

DIN/ISO 1629

Altre denominazioni

FVMQ, MFQ FMQ Gomma fluorosiliconica, Fluorosilicone, Trifluoro-propil-metil-vinil-polisilossano
MQ MQ Gomma siliconica, Silicone, Polimetil-silossano
PMQ, MPQ PMQ Gomma siliconica, Silicone, Polifenil-metil-silossano
PVMQ, MPVQ PVMQ Gomma siliconica, Silicone, Polifenil-vinil-metil-silossano
Q   Gomma siliconica, Silicone, Polisilossano
VMQ, MVQ VMQ Gomma siliconica, Silicone, Polivinil-metil-silossano
Denominazioni commerciali gruppo Q: Silopren, Silastic, SE Bensil, Rhodosil, 
 

Gruppo "R"

ASTM D 1418-79

DIN/ISO 1629

Altre denominazioni

BIIR BIIR Gomma Bromobutilica, Bromobutile, Isobutene-isoprene bromurato, Isoprene-Isobutilene bromurato
BR BR Gomma Butadiene, Polibutadiene
CIIR CIIR Gomma clorobutilica, Clorobutile, Isobutene-isoprene clorurato, Isoprene-Isobutilene clorurato
CR CR Gomma Cloroprene, Policloroprene, Neoprene
ENR   Gomma epossidata
HCR   Gomma Cloroprene Idrogenata, Policloroprene Idrogenato
HNBR   Gomma Nitrile Idrogenata
IIR IIR Gomma Butilica, Isobutene-isoprene, Isoprene-Isobutilene, Butile
IR IR Gomma Poliisoprene sintetica, Isoprene sintetico
LNR   Gomma NR liquida
NBIR   Gomma Terpolimero acrilonitrile-butadiene-isoprene
NBR NBR Gomma Nitrile Butadiene, Acrilonitrile, Antiolio, Copolimero Butadiene-acrilonitrile
NBR-HR NBR-HR Nitrile/Antiossidante interpolimerizzato, Terpolimero Butadiene-acrilonitrile/N-(4-anilino) fenil-metacrilammide
NBR-PVC NBR-PVC Nitrile-PVC, Nitrile-Polivinilcloruro, Copolimero, Butadiene-acrilonitrile-Polivinilcloruro
NR   Gomma Naturale, Caucciù, Para, Poliisoprene naturale, Isoprene naturale
OENR   Gomma NR estesa all'olio
OESBR   Gomma SBR estesa all'olio
SBR SBR Gomma Stirene Butadiene Copolimero, Stirolica
XNBR XNBR Gomma Nitrile carbossilata
Denominazioni commerciali gruppo R: Buna-CB, Budene, Ameripol CB, CIS-4, Diene, Taktene, Esso Butyl, Neoprene, Bayprene, Butaclor, Petro-Tex, Denka, Therban, Polysar Butyl, Enjay Butyl, Petro-Tex Butyl, Bucar, Exxon Butyl, Buna-N, Perbunan, Hycar, Krynac, Elaprim, JSR-N, Europrene, Linatex, Buna-P, Buna Hüls, Buna-S, Phioflex, Phiolite, Goodrich, Firestore
 

Gruppo "U"

ASTM D 1418-79

DIN/ISO 1629

Altre denominazioni

AU AU Poliestere-Uretano, Gomma poliuretanica, Poliuretano, PU, PUR, Poliesteri modificati con diisocianati
EU EU Polietere-Uretano, Gomma poliuretanica, Poliuretano, PU, PUR, Poliesteri modificati con diisocianati
Denominazioni commerciali gruppo U: Vulkollan, Baytec, Desmoflex, Desmopan, Urepan, Estane, Pellethane, Adiprene, Elastollan, Diprane, Urethane, Ureflex, Hyperlast, Adipol, Disorgin, Eladur, Eladur NG, Imuthane
 
Gli elastomeri si possono inoltre suddividere a seconda delle loro prestazioni:
 
  • Elastomeri per impieghi generici, come IR, NR e SBR: si deteriorano in ambienti aggressivi come calore, olii, idrocarburi, ossidanti, ozono e solventi. Buone invece le loro prestazioni meccaniche, discrete alle basse temperature.

  • Elastomeri ad elevate prestazioni, come CO/ECO, CR, CSM, EPDM, IIR/CIIR/BIIR e NBR: forniscono buone prestazioni anche in ambienti aggressivi, ognuno con le proprie peculiarità.

  • Elastomeri speciali, come AU/EU, FFPM, FPM, FMQ, HNBR e VMQ: forniscono prestazioni anche estremamente elevate, sono molto più specifici ed offrono una soluzione a molti problemi progettuali.

 
Formulazione e preparazione degli elastomeri:
Le gomme sintetiche vengono preparate partendo da sostanze a basso peso molecolare dette monomeri, per formare, tramite reazioni chimiche, sostanze di peso molecolare elevato dette polimeri, questi sono immaginabili come catene di monomeri collegati tra loro da legami chimici
Le proprietà elastiche di una gomma sintetica vengono ottenute mediante l’inserimento di additivi e mediante il successivo riscaldamento (vulcanizzazione). Alla base elastomerica (polimero non vulcanizzato) si aggiungono altri ingredienti per la produzione di compound. Il primo passo per la produzione di un compound consiste nell’ammorbidire la base attraverso il passaggio in un mescolatore, onde facilitare la successiva addizione di ingredienti specifici nel mescolatore stesso. Questi ingredienti sono: cariche, plasticizzanti, antidegradanti, vulcanizzanti.
  • Cariche: le cariche nere consistono essenzialmente di nerofumo, le cariche bianche includono Carbonato di Calcio, silicati, ecc. Le cariche vengono impiegate con un duplice scopo, alcune per incrementare la densità del compound e renderlo meno costoso, altre per rinforzarlo ed incrementare le proprietà meccaniche come ad esempio la resistenza a trazione, all’abrasione, alla temperatura ecc.

  • Plasticizzanti: possono essere incorporati nel compound per scopi diversi: per incrementare la densità e rendere il compound meno costoso, per facilitare il processo di trasformazione del manufatto o per modificare alcune proprietà del manufatto vulcanizzato. Gli oli derivati dal petrolio sono i plasticizzanti più utilizzati sia per aumentare la densità che per facilitare il processo. Altre sostanze utilizzate possono essere grassi, oli vegetali, cere, saponi e vari tipi di resine.

  • Antidegradanti: sono sostanze organiche aggiunte in piccola percentuale per ritardare il deterioramento causato dagli agenti esterni, incrementando la vita del manufatto proteggendolo dagli effetti dell’ossigeno e dell’ozono, dal calore, dalla luce del sole e dall’umidità, nonché dalle radiazioni. Tra i più utilizzati ci sono gli antiossidanti, che proteggono dall’ossidazione e dal calore e gli antiozonanti, che ritardano l’apparizione di fessurazioni sulla superficie del manufatto causate dall’ozono dell'aria.

  • Vulcanizzanti: sono responsabili della reticolazione (vulcanizzazione) del compound. Lo Zolfo è il principale vulcanizzante per quelle basi elastomeriche contenenti un numero sufficientemente elevato di doppi legami nella loro struttura. Per ottenere un livello di vulcanizzazione corretto è necessario comunque utilizzare sostanze dette acceleranti ed attivatori. Gli elastomeri saturi non possono essere reticolati dai tradizionali sistemi allo Zolfo a causa dell’assenza di doppi legami nelle macromolecole della base elastomerica. Essi vengono quindi vulcanizzati utilizzando perossidi organici, eventualmente assistiti da co-agenti o promotori per incrementare l’efficienza dei perossidi stessi. Alcuni compound che utilizzano perossidi sono il Silicone, EPDM, FPM, ecc.

 
La lavorazione inizia mescolando i materiali dopo il mescolamento, il compound deve essere preformato in modo da poter essere maneggiato in modo adeguato per alimentare le macchine che dovranno trasformarlo definitivamente in manufatto. A tale scopo vengono impiegati calandre o estrusori. A questo punto il compound può essere trasformato utilizzando la tecnologia conveniente allo scopo, stampaggio in pressa o estrusione, e subire il processo di vulcanizzazione, detto curing, in grado di reticolare le macromolecole e garantire al manufatto le necessarie proprietà fisiche, chimiche e meccaniche.
Come precedentemente anticipato, tutti gli elastomeri sono costituiti da combinazioni di ingredienti. La base elastomerica fornisce al compound le caratteristiche principali, come ad esempio la resistenza ad oli e all’ozono, la flessibilità a bassa temperatura e così via, ma anche gli altri ingredienti come i plasticizzanti, le cariche o gli antidegradanti contribuiscono alla definizione del comportamento del compound e, di conseguenza, risulta chiaro che é sviluppabile un numero pressoché infinito di compounds aventi caratteristiche diverse e che quindi esiste la possibilità di produrre mescole per impieghi specifici.
 
Gli elastomeri possono inoltre essere grossolanamente suddivisi secondo le prestazioni in servizio in tre gruppi distinti. All’interno di questi gruppi si trovano risposte a praticamente tutte le esigenze applicative:
  • Elastomeri per impieghi generici come NR ed SBR, che si deteriorano in ambienti aggressivi come aria calda, oli minerali, carburanti, ossidanti, ozono. Il vantaggio di questi materiali è rappresentato dal loro basso prezzo oltre che dalle discrete prestazioni alle basse temperature.

  • Elastomeri ad elevate prestazioni come CR, NBR, EPDM, IIR, CSM, PU e Silicone forniscono buone prestazioni anche in ambienti aggressivi a discapito di un lieve incremento di prezzo rispetto ai prodotti descritti prima. 

  • Elastomeri speciali, Come HNBR, FFKM, FKM, FPM e FVMQ, forniscono prestazioni elevate rispondenti a specifici bisogni del progettista. L’aumento di costo risulta però elevato.

 
Conservazione dei prodotti in gomma vulcanizzata:
Gli elastomeri sono suscettibili di variazione nelle loro caratteristiche fisiche durante lo stoccaggio e possono divenire inservibili a causa di indurimento, screpolature o di altro deterioramento. Tutto ciò è dovuto a combinazioni di fattori che devono essere minimizzati adottando idonei sistemi di imballaggio e stoccaggio (ISO 2230).
  • Temperatura: massimo 25 °C, possibilmente 15 °C.

  • Umidità: impedire lo sviluppo di condensa.

  • Ossigeno e ozono: proteggere da circolazione d’aria con imballo adeguato, soprattutto se il rapporto massa/volume è elevato (es. espansi). Tenere lontano da eventuali fonti di ozono, come motori elettrici e lampade fluorescenti.

  • Deformazione: le guarnizioni devono essere stoccate in condizioni di riposo, non compresse, né in tensione. Se questo è impossibile, ridurre al minimo le sollecitazioni.

  • Contatto con metalli: non mettere a contatto con metalli in genere, proteggere con carta o polietilene, evitare film in PVC.

  • Contatto con altri elastomeri: evitare contatto con elastomeri di altra natura (es. silicone con gomma naturale).

  • Contatto con liquidi o vapori: evitare contatti con fluidi di qualsiasi tipo.

  • Radiazioni: evitare l'esposizione alla luce solare ed a qualsiasi forma di radiazioni.

  • Pulizia: lavare eventualmente con acqua e sapone neutro, non utilizzare abrasivi o solventi. Lasciare asciugare a temperatura ambiente, eventualmente cospargere leggermente con talco.

 
I manufatti in gomma sintetica, se stoccati in condizioni adeguate, possono rimanere in condizioni tali da poter essere utilizzati anche a distanza di anni.
   
     
 
 
 
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