Poliarilsolfoni (PSU, PES, PPSU): caratteristiche, applicazioni, mercato

I poliarilsolfoni appartengono alla famiglia delle termoplastiche amorfe resistenti alle alte temperature (HT), classificabili tra le resine “specialty” (quindi ad altissime prestazioni) e derivano il loro nome dalla presenza nella catena molecolare di gruppi solfonici (SO2). La famiglia di questi polimeri comprende:

• polisolfoni (PSU);
• polietersolfoni (PES);
• polifenilsolfoni (PPSU).

Non sono invece comprese le polieterimmidi (PEI) e il policarbonato resistente alle alte temperature (HT – PC), che, pur essendo sempre dei polimeri “specialty” del tipo HT, sono famiglie a sé stanti.

Le caratteristiche dei poliarilsolfoni

Le caratteristiche salienti dei polisolfoni sono le seguenti:

• eccellenti proprietà meccaniche in un range molto ampio di temperature: generalmente da –50°C fino a +185°C per il PSU, fino a +220°C per il PPSU e +225°C per il PES; quest’ultimo, oltre ad essere quello con maggior resistenza alla temperatura, è anche quello con il più elevato modulo elastico. Rispetto al PEEK che ha una resistenza a temperature anche più elevate, i poliarilsolfoni hanno la caratteristica di mantenere le proprietà costanti anche al variare della temperatura stessa. Le proprietà meccaniche in generale possono essere ulteriormente migliorate mediante aggiunta di fibre rinforzanti. In alcuni casi i poliarilsolfoni rinforzati con fibre al carbonio possono competere con i metalli fino a temperature di 200°C;
• elevata resistenza all’usura;
• elevata stabilità dimensionale;
• buone proprietà dielettriche;
• elevata resistenza all’invecchiamento anche ad elevate temperature;
• buona resistenza alla maggior parte degli agenti chimici: acidi, basi, alcoli, idrocarburi alifatici; la resistenza ai detergenti, oli e alcoli è buona anche a temperature elevate;
• resistenza all’idrolisi e al vapore vivo;
• capacità di essere sottoposti a processi di sterilizzazione anche ripetuti;
• intrinseca autoestinguenza in caso di fiamma;
• buon aspetto estetico in termini di trasparenza del manufatto.

Inoltre, non essendo materiali tossici, i polisolfoni secondo la US FDA (Food and Drug Administration) possono essere usati a contatto dell’acqua potabile oltre che a contatto prolungato degli alimenti.

Tali proprietà spiegano la molteplicità delle applicazioni high tech a cui questi polimeri sono idonei. Si tratta, in sintesi, di materiali dotati di un’elevatissima versatilità, superiore a quella di molte altre plastiche engineering.

Le applicazioni dei poliarilsulfoni

Molteplici sono le applicazioni dei poliarilsolfoni in settori per la maggior parte a elevato contenuto tecnologico, quali le seguenti:

• industria dell’automotive:
• industria meccanica in generale: rotori, parti di ingranaggi, ruote che vanno soggette ad attrito, giranti di pompe, valvole, pistoni, ecc;
• industria elettrica ed elettronica;
• articoli casalinghi;
• settore medicale;
• impianti idraulici e sanitari;
• membrane;
• impieghi come materiale di sicurezza:
• altri vari: gabbie per animali per test di laboratorio che debbano essere particolarmente trasparenti, resistenti all’urto e siano in grado di sopportare operazioni frequenti di pulizia e sterilizzazione; come additivo sotto forma di polvere (impact modifier) per conferire particolare resistenza a resine epossidiche rinforzate, ecc.

Dei vari settori di impiego quello delle membrane è oramai divenuto il più consistente in termini di volumi consumati, seguito immediatamente dal settore dell’automotive.

Tecnologie di trasformazione dei poliarilsolfoni

Le tecnologie di trasformazione utilizzate per la produzione di manufatti in poliarilsolfoni sono:

• lo stampaggio a iniezione: è la tecnologia più usata. Date le temperature elevate in gioco, il processo di trasformazione richiede accorgimenti particolari, superiori a quelli normalmente adottati per le altre termoplastiche. I poliarilsolfoni utilizzati nello stampaggio a iniezione per applicazioni nella componentistica per auto motive sono in forte concorrenza con altri polimeri semicristallini, in particolare polifenilen solfuro (PPS);
• l’estrusione soprattutto per l’ottenimento di film e semilavorati (fogli, tubi, barre e tondi);
• il soffiaggio per l’ottenimento di corpi cavi (es. produzione di biberon).

Inoltre, i manufatti in poliarilsolfoni si prestano a operazioni di saldatura, all’incollaggio mediante adesivi, allo stampaggio di scritte o elementi decorativi, nonché a processi di metallizzazione. Un’evoluzione importante è la tecnica che utilizza PES come legante in miscela con PTFE per il rivestimento di padelle antiadesive.

Il mercato dei poliarilsolfoni

Il mercato globale dei poliarilsolfoni è stato stimato in 1,61 miliardi di dollari nel 2017 ed è probabile che nei prossimi anni si assisterà a una forte crescita della domanda con un CAGR sano del 7,7%.