Caratteristiche degli elastomeri termoplastici

GLI ELASTOMERI TERMOPLASTICI

Con elastomeri termoplastici, noti anche con l’abbreviazione TPE, si intende una famiglia di materiali termoplastici molto ampia e variegata. In generale, i TPE presentano le caratteristiche elastiche della gomma tipiche degli elastomeri reticolati (caucciù – gomma vulcanizzata), con la differenza di poter essere lavorati termoplasticamente. Le caratteristiche degli elastomeri termoplastici, prodotti su larga scala a partire dal 1970, hanno permesso loro di sostituire proprio i materiali gommosi termoindurenti che erano costosi e complessi da lavorare, oltre che impossibili da riciclare.

In questo articolo vedremo quindi le caratteristiche degli elastomeri termoplastici per lo stampaggio a iniezione e i settori in cui trovano applicazione.

TPE: LA VASTA GAMMA DELLE GOMME TERMOPLASTICHE

Per prima cosa, va premesso che esistono molte varietà di TPE. Si possono infatti impiegare sia tal quali che compoundati in varie formulazioni – miscelati tra loro o con materiali termoplastici rigidi o ancora con olii, cariche, stabilizzanti, coloranti e additivi in genere.

Questa moltitudine di formulazioni permette di ottenere una gamma molto ampia di elastomeri termoplastici che si possono sintetizzare nelle seguenti famiglie:

• le poliolefine termoplastiche / gli elastomeri termoplastici olefinici TPE-O (o TPO): blend a base di PP isotattico e gomme etilen-propileniche (EPDM). Elastomero olefinico termoplastico clorurato.
• i compound stirenici / le gomme termoplastiche stireniche / gli elastomeri termoplastici stirenici SBS, SEBS, SEPS (o TPS): copolimero a blocchi amorfo formato da stirolo e butadiene. Il TPS sostituisce molto bene la gomma vulcanizzata, con il vantaggio di essere lavorabile come materiale termoplastico.
• gli elastomeri termoplastici vulcanizzati TPE-V (o TPV): si tratta di un TPE a matrice a isole con segmenti flessibili a base di caucciù reticolati.
• il poliuretano termoplastico TPE-U (o TPU): copolimero a blocchi semicristallino.
• la poliammide termoplastica TPE-A (o TPA), ovvero elastomeri a base di blocchi rigidi di poliammide e blocchi flessibili di polietere e/o poliestere.
• gli elastomeri termoplastici etere – estere TPE-C (o TPC): copolimeri a blocchi con segmenti flessibili a base di polialchileneterdioli e/o esteri alifatici a catena lunga dell’acido bicarbossilico con segmenti PBT semi-cristallini. La gamma comprende TPC da gommosi a materie plastiche tecniche molto flessibili.

Ciascuna di queste “macrofamiglie” offre caratteristiche e proprietà molto diverse tra loro, è quindi bene analizzare i pro e i contro dei TPE per lo stampaggio a iniezione, mantenendo sempre una suddivisione di massima di questi materiali.

LA DIFFERENZA TRA GLI ELASTOMERI E LE GOMME VULCANIZZATE – TERMOINDURENTI

Come accennato nel precedente paragrafo, i TPE sono stati introdotti sul mercato nel momento in cui vi è stata la necessità di sostituire, là dove possibile, la gomma vulcanizzata. I materiali gommosi erano sempre più richiesti ed impiegati sul mercato, in particolar modo per quello dell’automotive. Tuttavia le gomme vulcanizzate – o termoindurenti – erano poco convenienti a livello economico e di lavorazione. Si è quindi concretizzata la necessità di ricorrere ad un materiale che avesse qualità simili alle gomme termoindurenti ma che offrisse maggiori vantaggi.

Il TPE presentava caratteristiche simili alla gomma, primo su tutti il “comportamento elastico”, ovvero la tendenza a deformarsi quando sottoposto a sollecitazione, per poi tornare alla forma d’origine a sollecitazione interrotta. Inoltre, i vantaggi degli elastomeri termoplastici su caucciù / gomma termoindurente erano numerosi. Ad esempio, la lavorabilità come termoplastici, la processabilità più semplice e i relativi costi più contenuti, la riciclabilità, la capacità di essere sovrastampati agli altri materiali termoplastici, la saldabilità e la colorabilità.

LE CARATTERISTICHE DEGLI ELASTOMERI TERMOPLASTICI – I PRO

Come già anticipato, in generale si può affermare che i principali vantaggi dei TPE sono:

• la più facile processabilità rispetto alle gomme vulcanizzate;
• la maggior economicità in termini di spesa energetica rispetto ai termoindurenti;
• l’essere sovrastampabili ai vari termoplastici in modo più facile, con una buona adesione;
• una buona resistenza agli agenti atmosferici;
• le ottime proprietà di isolamento elettrico;
• un buon comportamento elastico a basse temperature;
• una ottima colorabilità (TPO eccettuato);
• elevate sofficità e resilienza.

LE PROPRIETÀ

Scendendo ora nello specifico delle varie famiglie di TPE, si possono individuare le seguenti proprietà:

• il TPA resiste a oli, ai carburanti, alle basse temperature e agli urti. Offre inoltre flessibilità e resilienza ottime.
• il TPO è molto più resistente ad invecchiamento, agli agenti atmosferici e all’ozono rispetto ai vulcanizzati. Oltre a questo, le poliolefine termoplastiche sono caratterizzate da una buona resistenza chimica e agli urti, hanno proprietà reologiche simili ai plastomeri, assicurano un ottimo aspetto superficiale, sono adeguate al contatto alimentare, offrono una buona stabilità agli UV ed un eccellente isolamento termico.
• il TPS permette di ottenere una buona resistenza all’ossidazione (TPE-SEBS o TPE-SEPS). I TPS sostituiscono molto bene la gomma vulcanizzata e aderiscono bene a varie materie plastiche, come ad esempio a PP, PE, PS, ABS, PA, PPO, PBT. In particolare, l’SBS garantisce ottima colorabilità ed elasticità e qualità tattili ed estetiche molto buone. L’SBS è adatto al sovrastampaggio, è di facile trasformazione ed è completamente riciclabile. Il SEBS offre un’ottima elasticità sia a freddo che a caldo e una buona resistenza agli UV e all’invecchiamento. È indicato per applicazioni soft touch e costampaggio. Col SEBS è possibile ottenere una ampia gamma durezze. Garantisce un elevato isolamento termico e una buona resistenza chimica.
• il TPU permette di ottenere una elevata resistenza a usura e abrasione, oltre che ad oli, grassi, carburanti, solventi e ai raggi UV. Il poliuretano termoplastico conferisce flessibilità e ritorno elastico anche a temperature molto basse. In aggiunta, garantisce un’estetica molto buona.
• il TPV offre elasticità e resistenza all’invecchiamento, alla fatica e alla lacerazione. Sono disponibili formulazioni resistenti a oli ed espandibili. Garantisce un elevato isolamento elettrico e termico nonché una buona resistenza chimica. Infine, il TPV è un materiale completamente riciclabile.

LE CARATTERISTICHE DEGLI ELASTOMERI TERMOPLASTICI – I CONTRO

Anche per i contro, ci sono alcune caratteristiche che accomunano gli elastomeri termoplastici. Ad esempio, tra gli svantaggi del TPE rispetto alle gomme termoindurenti figurano alcune proprietà inferiori. Nello specifico, in generale i TPE hanno una minore resistenza alla temperatura e agli agenti chimici, peggiori flessibilità e compression set – ovvero la misura della deformazione permanente residua dopo che il materiale è stato sottoposto ad un carico di compressione.

I LIMITI

Nello specifico di ciascun gruppo di TPE, a seguire un elenco dei limiti di questi materiali:

• Il TPO necessita di trattamenti pre-colorazione, le sue prestazioni diminuiscono a temperature elevate ed è meno rigido rispetto al PP standard.
• Il TPA è sensibile a solventi organici e a termo ossidazione.
• Il TPS permette di realizzare prodotti che, in genere, sono meno elastici rispetto a quelli realizzati in SBS. D’altro canto l’SBS ha una scarsa resistenza al calore, poca stabilità ai raggi UV e all’ozono ed è sensibile a grassi e idrocarburi.
• Il TPV non resiste ad acidi e basi e al fine di resistere agli UV necessita di additivi. Inoltre, non offre una buona resistenza a grassi e idrocarburi.
• Il TPU ha una bassa resistenza chimica, è sensibile all’idrolisi, la sua lavorabilità è più difficile rispetto agli altri elastomeri termoplastici e il rapporto tra prestazioni e prezzo non sempre è ottimale.

LE TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE

• Lo stampaggio e il costampaggio a iniezione;
• l’estrusione e la coestrusione;
• la termoformatura;
• la filmatura;
• il soffiaggio.

I SETTORI APPLICATIVI

Gli elastomeri termoplastici trovano impiego in una grande varietà di settori e prodotti, data la loro ampia gamma e le proprietà che possono offrire. In particolare, i TPE sono molto utilizzati nello stampaggio multi iniezione o costampaggio, in quanto trovano una importante applicazione in tutti quei prodotti che hanno bisogno di comfort e di un buon grip nell’utilizzo.

Per fornire una panoramica degli articoli che si possono realizzare con i TPE, proponiamo a seguire una lista sintetica (non esaustiva) che copre tutte le famiglie analizzate in questo articolo:

• automotive, per guarnizioni di finestrini, tappetini, sportelli di air-bag, coperture di cruscotti, tubi di aspirazione, comparto braccioli e console portaoggetti;
• rivestimenti di cavi;
• attrezzatura sportiva, ad esempio le pinne, le maschere e i componenti per gli scarponi da sci;
• membrane per tetti;
• giocattoli;
• manopole, bottoni e guarnizioni;
• impugnature e manici, ad esempio di forbici, coltelli, cacciaviti e attrezzi in genere, spazzolini da denti e rasoi;
• elettronica: le spine, gli anelli di tenuta, le prese e i rivestimenti di cavi;
• medicale ed articoli sanitari.

CONSIDERAZIONI FINALI

Per concludere, come già scritto, i TPE sono presenti sul mercato in una vasta gamma e trovano impiego in una grande varietà di applicazioni. Bemar Plast è in grado di offrire la propria consulenza gratuita al fine di individuare il TPE più adatto per la realizzazione del prodotto ideato, richiesto o progettato dal cliente.