Plastiche rinforzate: tipologie, applicazioni, lavorazioni

Le materie plastiche rinforzate sono ottenute a partire dalle normali resine a cui vengono aggiunte fibre o sferette di vetro o cariche minerali varie (es. fibre di carbonio, aramidiche ecc.) per ottenere manufatti che, rispetto alle resine di base, presentano migliori caratteristiche di resistenza meccanica, rigidità, resistenza agli urti, deformazione a caldo.

Le tipologie di plastiche rinforzate

Si possono distinguere due macrocategorie di materie plastiche rinforzate:

• resine rinforzate termoindurenti: le più usate sono le resine poliestere insature e le resine epossidiche;
• resine termoplastiche rinforzate: possono essere a base di polipropilene, polietilene, poliammidi, polimeri stirenici, policarbonato, polibutilenetereftalato, ecc.

Le applicazioni delle plastiche rinforzate

Le plastiche rinforzate, grazie alle loro caratteristiche di leggerezza e resistenza alla fatica e alla corrosione, trovano impiego nei settori più svariati:

• settore edilizio e delle costruzioni;
• industria dei trasporti;
• settore marina;
• industria elettrica ed elettronica;
• industria aerospaziale;
• altri vari: es. articoli per lo sport e il tempo libero, industria del giocattolo, articoli casalinghi, parti di apparecchiature medicali, turbine eoliche.

In generale in tutte le aree geografiche il settore dell’edilizia e costruzioni e il settore dei trasporti rappresentano i settori di impiego più consistenti.

I materiali di rinforzo delle plastiche rinforzate

Per quanto concerne le tipologie di materiali di rinforzo, le fibre di vetro continueranno ad essere quelle maggiormente utilizzate; tuttavia le fibre di carbonio e quelle aramidiche saranno quelle a maggior tasso di crescita: per esempio si stima che nel 2015 il business mondiale delle plastiche rinforzate con fibra di carbonio arrivi ad un valore di circa 18 miliardi $, in crescita rispetto al 2010 di circa il 7% medio annuo.

Compositi plastica – legno (WPC: wood plastic composites);

Si segnala infine, a titolo di completezza, che un tipo di materiale composito destinato ad avere una forte crescita nei prossimi anni è quello dei compositi plastica – legno (noti con la sigla WPC: wood plastic composites); questo materiale non può essere considerato a tutti gli effetti un materiale plastico “rinforzato”, ma piuttosto un materiale composito, e, pertanto, non è compreso nei dati di mercato riportati nel presente articolo. Si tratta comunque di un mercato destinato a crescere a ritmi del 10 – 11% medio annuo in USA (dove nel 2015 genererà un mercato di circa 2,9 miliardi $) e a tassi ancor superiori (13 – 14%) in Europa. I fattori di traino per il mercato di questi materiali sono la durata, la minima richiesta di manutenzione, la resistenza a degradazione da insetti o agenti atmosferici, la possibilità di essere tagliati come il legno; inoltre, essendo a base di fibre naturali, sono percepiti come materiali ecologici. Le principali applicazioni in Nord America sono nei rivestimenti in edilizia e nelle recinzioni in sostituzione del legno; in Europa le applicazioni più promettenti sono nel settore di interni di automobili e nei beni di largo consumo.

Tecnologie di produzione delle plastiche rinforzate

Numerose sono le tecnologie impiegate per la produzione di manufatti in plastiche rinforzate. Se ne citano di seguito alcune tra le più diffuse:

• tecnologie di stampaggio: SMC (Sheet Molding Compound) e BMC (Bulk Molding Compound); la prima è la più utilizzata e permette di ottenere una vasta gamma di manufatti di forme diversificate per diversi settori applicativi;
• procedure aperte di laminazione manuale (hand spray) e di impregnazione manuale (spray up);
• tecnologia di stampaggio a trasferimento di resina (RTM): resina e rinforzo vengono miscelate all’interno di uno stampo sigillato nel quale la resina viene percolata tramite pompe pneumatiche;
• processi in continuo: es. pultrusione, nella quale la fibra impregnata passa attraverso una maschera in metallo riscaldata che le conferisce la forma voluta;
• tecnologie filament winding e centrifugal casting utilizzate per ottenere manufatti di forma cilindrica quali tubazioni, canali, serbatoi, ecc.
• bulk casting, tecnologia di nicchia idonea a ottenere articoli ad uso decorativo quali pianali, mensole, box doccia;
• tecnologie automatizzate di deposizione di materiale grezzo sullo stampo: il materiale depositato può essere a forma di nastro (automated tape laying) o a forma di filo (fiber placament);

Tra le tecnologie che recentemente stanno avendo maggior sviluppo compaiono l’infusione sottovuoto e la tecnologia LRFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics):

• infusione sottovuoto: in un contenitore in cui è posto il rinforzo viene fatta entrare, per effetto del vuoto praticato all’interno, la resina catalizzata che si deposita sul rinforzo. L’evoluzione più recente di tale tecnica permette, tramite l’impiego di resine a reticolazione ritardata e opportuni sistemi di canalizzazione delle medesime, di ottenere manufatti di grosse dimensioni e con elevato contenuto di resina (fino al 60%), con ottenimento di manufatti con ottime caratteristiche di resistenza;
• tecnologia LFRT: va rapidamente erodendo quote alla tecnologia concorrente GMT (Glass Matt Thermoplastics), che era stata introdotta alla fine degli anni ’70 del secolo scorso per l’ottenimento di lastre, utilizzate al 95% nella produzione di componentistica per auto motive.

Il mercato delle plastiche rinforzate

Il mercato delle plastiche rinforzate è stato valutato in 228,4 miliardi di dollari nel 2019 e si prevede che raggiungerà 295,6 miliardi entro il 2027, crescendo a un CAGR del 4,1% dal 2020 al 2027.