ABS, PA, POM, PEEK… : come scegliere la plastica tecnica per un pezzo

Una plastica tecnica si sceglie come un componente: si parte da ciò che deve fare. Una stessa sigla copre decine di varianti, con o senza cariche, per lo stampaggio a iniezione o per l’estrusione, e due pezzi in ABS possono comportarsi in modo molto diverso. Prima di indicare un materiale, risponda a queste domande:

• Quali sollecitazioni? Carico permanente o occasionale, urti, vibrazioni, attrito. Sotto carico costante una plastica si deforma lentamente (è lo scorrimento viscoso, o creep): un pezzo che regge alla prova può deformarsi dopo mesi di servizio.
• Quale temperatura? Temperatura di esercizio continuativa, eventuali picchi, cicli di caldo e freddo. Le plastiche si ammorbidiscono molto prima dei metalli.
• Quale ambiente? Umidità, acqua calda, oli, detergenti, solventi, raggi UV per un pezzo da esterno.
• Quale aspetto? Trasparenza, colore, finitura superficiale, possibilità di incollare, verniciare o marcare.
• Quali requisiti normativi? Contatto alimentare, uso medicale, resistenza al fuoco.
• Quale produzione? Quantità, processo previsto e tolleranze richieste.

Queste risposte riducono già l’elenco a due o tre candidati, tra cui l’officina potrà aiutarLa a scegliere. Li descriva nella Sua richiesta invece di imporre un materiale: un’officina di lavorazione delle materie plastiche o di lavorazioni meccaniche CNC può proporre una variante più adatta o più economica.

I termoplastici si classificano su tre livelli:

• Plastiche di largo consumo (PE, PP, PVC, PS): economiche e leggere, per pezzi poco sollecitati (vaschette, coperchi, guide).
• Plastiche tecniche (ABS, PC, PA, POM, PBT): migliore comportamento meccanico e termico, per pezzi funzionali.
• Plastiche ad alte prestazioni (PEEK, PPS, PEI, PTFE): elevata resistenza al calore e agli agenti chimici, ma materiale e lavorazione decisamente più costosi.

Una seconda distinzione aiuta a prevedere il comportamento. Le plastiche amorfe (ABS, PC, PMMA) hanno poco ritiro in stampaggio, si incollano facilmente e possono essere trasparenti, ma resistono meno agli agenti chimici e possono criccarsi sotto tensione. Le semicristalline (PA, POM, PP, PE, PEEK, PTFE) resistono meglio all’usura, alla fatica e agli agenti chimici, ma hanno un ritiro maggiore e si incollano con più difficoltà.

Infine, le cariche cambiano le carte in tavola: le fibre di vetro aumentano la rigidità e la resistenza alla temperatura, a prezzo di un materiale più abrasivo per gli utensili e spesso più fragile; le cariche lubrificanti (PTFE, grafite, bisolfuro di molibdeno) riducono l’attrito.

• ABS: buon compromesso tra resistenza agli urti, rigidità e facilità di lavorazione. Si stampa, si lavora alle macchine utensili, si incolla e si verniciano facilmente, ma la resistenza alla temperatura è limitata e invecchia male al sole senza protezione. Custodie, coperchi, prototipi.
• PC (policarbonato): molto resistente agli urti, trasparente, più tollerante al calore dell’ABS. Si graffia facilmente e può criccarsi a contatto con certi solventi o oli.
• PMMA: molto trasparente, buona resistenza ai raggi UV, ma fragile. Si lavora bene con utensili affilati e si lucida. Vetrature, diffusori, espositori.
• PA 6 e PA 66 (poliammidi): resistenti all’usura, agli urti e alla fatica. Assorbono l’umidità dell’aria: il pezzo si gonfia e le sue proprietà cambiano, il che complica gli accoppiamenti stretti. Il PA 12 ne assorbe molto meno. Ingranaggi, rulli, boccole.
• POM (poliacetale): rigido, stabile, basso attrito, pochissimo sensibile all’umidità, molto piacevole da lavorare. È spesso la scelta migliore per un pezzo meccanico di precisione ottenuto per asportazione di truciolo. Esiste in versione copolimero (POM-C, la più diffusa) e omopolimero (POM-H). Si incolla male e sopporta male gli acidi forti.
• PP e PEAD: leggeri, economici, molto resistenti agli agenti chimici, ma poco rigidi, molto dilatabili e difficili da incollare. Il PP si presta alle cerniere integrate.
• PEEK: circa 250 °C in uso continuativo, eccellente resistenza chimica, sterilizzabile, con varianti biocompatibili. È molto costoso e impegnativo da stampare: da riservare alle esigenze che altri materiali non coprono (medicale, aeronautica, chimica).
• PTFE: attrito molto basso e inerzia chimica, ma tenero e soggetto a scorrimento viscoso. Non si stampa a iniezione in modo convenzionale: si lavora alle macchine utensili partendo da barre, tubi o lastre sinterizzate. Guarnizioni, rivestimenti, pezzi di scorrimento.

Indicazioni qualitative, da confermare sulla scheda tecnica della variante scelta. La colonna «Stampaggio» indica se il materiale viene comunemente stampato a iniezione; il costo relativo riguarda il materiale (€ economico, €€€€ molto elevato).

Lavorazione meccanica: semilavorati, nessuna attrezzatura

La lavorazione per asportazione di truciolo parte da barre, lastre o tubi e non richiede attrezzature dedicate: è la strada naturale per un prototipo o una piccola serie. La plastica si scalda durante il taglio, si dilata e a volte rilascia le tensioni interne: l’officina prevede spesso sgrossatura, stabilizzazione e finitura. Le tolleranze strette sono più difficili da rispettare che nel metallo: le limiti alle quote funzionali (vedere la guida sui materiali dei pezzi lavorati).

Stampaggio a iniezione: uno stampo, poi le serie

Lo stampaggio a iniezione delle materie plastiche inietta il materiale fuso in uno stampo. L’attrezzatura rappresenta un investimento che si ammortizza solo su una serie; in cambio, il prezzo di ogni pezzo scende. Il materiale deve esistere in una variante da stampaggio (il PTFE, per esempio, non ne ha), e il suo ritiro, più marcato per le semicristalline, influisce su precisione e deformazione. Le tolleranze di stampaggio sono in genere meno strette di quelle della lavorazione meccanica, e il pezzo deve rispettare regole di progettazione (angoli di sformo, spessori regolari). La guida sul prezzo di uno stampo a iniezione illustra nel dettaglio il costo dell’attrezzatura.

Stampa 3D: utile per testare, ma non equivalente

La produzione additiva realizza pezzi in plastica senza attrezzature, in particolare in poliammide. Ma un pezzo stampato non ha le proprietà di un pezzo stampato a iniezione o lavorato alle macchine utensili nella stessa famiglia: è spesso meno resistente in una direzione. Convalida la forma e il montaggio, non sempre la resistenza meccanica (vedere stampa 3D o lavorazione CNC).

Non esiste una soglia universale tra lavorazione meccanica e stampaggio: se la Sua quantità si colloca tra le due, faccia quotare entrambi i processi (vedere dal prototipo alla serie). Se la serie finale deve essere stampata a iniezione, realizzi il prototipo in un materiale simile, poi validi alcuni pezzi ottenuti dallo stampo prima di avviare la produzione.

• Dilatazione. Una plastica si dilata parecchie volte più dell’acciaio: un accoppiamento stretto a 20 °C può grippare o allentarsi a 60 °C. Preveda del gioco, soprattutto in un telaio metallico.
• Scorrimento viscoso. Un pezzo sotto carico permanente si deforma nel tempo. In un assemblaggio avvitato, preferisca un inserto metallico o una rondella larga per ripartire lo sforzo.
• Umidità. Le poliammidi si gonfiano e perdono rigidità; il POM è molto più stabile. Per un pezzo che deve mantenere le proprie quote, è spesso il criterio decisivo.
• Agenti chimici. La compatibilità dipende dal materiale, dalla concentrazione, dalla temperatura e dalla sollecitazione. Il PC e il PMMA possono criccarsi a contatto con certi solventi. Chieda al fornitore la resistenza chimica della variante, oppure faccia una prova.
• UV ed esterno. Senza stabilizzante, parecchie plastiche ingialliscono o diventano fragili. Specifichi l’uso all’aperto: esistono varianti stabilizzate.
• Resistenza al fuoco. In ambito elettrico o nei trasporti può essere richiesta una classe di reazione al fuoco (per esempio UL 94). Restringe la scelta: la indichi fin dalla richiesta.
• Contatto alimentare o medicale. Solo alcune varianti sono dichiarate conformi: chieda la dichiarazione del fornitore e la faccia convalidare dal Suo responsabile normativo. Vedere anche il settore medicale.

Un materiale indicato in modo impreciso comporta domande, preventivi fuori bersaglio o una brutta sorpresa alla consegna. Indichi:

• la designazione precisa: «POM-C naturale», «PA 6 caricato con il 30 % di fibre di vetro», «ABS nero» piuttosto che «plastica» o «nylon»;
• se il materiale è vincolante o meno: «o equivalente» consente all’officina di proporre la variante disponibile più economica;
• il colore e l’aspetto: naturale, nero, colorato in massa, eventuale lucidatura;
• le condizioni d’uso: temperatura, prodotti a contatto, umidità, esterno;
• i documenti richiesti (certificato del materiale, dichiarazione di conformità), da chiedere solo se servono;
• la quantità e, per un prototipo, la serie e il processo previsti successivamente.

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