Materiali innovativi: Il Groffee.

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Nuovo materiale scoperto nella categoria dei materiali innovativi: il Groffee.

Il Groffee non è altro che una miscela di carta non stampata, fondi di caffè e cera d’api. Nasce quindi dall’unione di un materiale composito, uno organico di scarto ed un legante di origine naturale.

Questo materiale nasce principalmente dallo studio dettagliato di uno dei suoi ingredienti principali, i fondi di caffè: nonostante molti di noi ormai siano passati dall’uso della tradizionale moka da caffè alla macchinetta con cialde, la quantità di caffè non utilizzata rimane la stessa, se non di più. Molti non sanno che i fondi di caffè posseggono svariate qualità, tra cui:

– ottimo concimante per il terreno, ricco di azoto, calcio, magnesio e potassio;

– fertilizzanti per varie tipologie di piante;

– repellente per le lumache;

– completamente biodegradabile;

– repellente per gatti e cani;

Posando la nostra attenzione su queste caratteristiche nasce l’idea di  creare dei vasi in materiale biodegradabile che sostituiscano i contenitori di plastica per le piante.

In questo modo si eviterebbe lo shock che la pianta subisce a seguito della rinvasatura o della messa in terra, e il caffè contenuto nel materiale sarebbe di aiuto alla pianta durante buona parte della crescita. La sua biodegradabilità, inoltre, permetterebbe al vaso di uniformarsi al terreno circostante, senza alterarlo, evitando cosi la dispersione di vasi di plastica gettati poi nella spazzatura. Inoltre la scelta di utilizzare la cera d’api non è casuale: i primi esperimenti sono stati fatti utilizzando lo zucchero, che risultò non  sufficientemente “colloso” da unire insieme tutti e gli altri ingredienti. La cera, utilizzata per sostituirlo, conferisce un’aspetto più solido e resistente al vaso, dando la possibilità di aprire dei fori in qualsiasi punto del vaso per la fuoriuscita dell’acqua in eccesso e la traspirazione della pianta.

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INGREDIENTI

– Fondi di Caffè (2/4);                         – Carta di bamboo (o carta non stampata) (1/4);

– Cera d’Api non trattata (1/4);                – Forma / Vaso

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FASI DI PREPARAZIONE DEL GROFFEE

FASE 1

Disponendo di cialde per la macchinetta del caffè, le si apre e si preleva il contenuto.

Nel nostro caso le scelta delle cialde di marca Nespresso non è stata casuale: questa casa produttrice, infatti, offre la possibilità ai propri clienti di consegnare le cialde utilizzate nel punto vendita più vicino, così che possano essere lavate e riutilizzate sempre come cialde del caffè, invece che essere gettate nella spazzatura.

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FASE 2

In una ciotola si riducono in pezzi di piccole dimensioni i fogli di carta e li si mescola con i fondi di caffè. La quantità di acqua residua contenuta nei fondi di caffè aiuterà la carta ad unirsi ad essi, creando un unico composto.

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FASE 3

Dopo aver fatto sciogliere in padella la cera d’api, senza portarla ad ebollizione , la si mescola al composto precedentemente ottenuto (l’aggiunta di questo materiale renderà il vaso impermeabile e più resistente).

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FASE 4

A questo punto si può scegliere un vaso di una qualsiasi dimensione e forma, che fungerà da base per il calco. Si applica il Groffee lungo i lati e sulla base del vaso, pressandolo e compattandolo adeguatamente, e lo si lascia asciugare all’aria. Eventualmente, per essere sicuri che il calco abbia l’esatta forma del vaso originale, si può utilizzare un secondo vaso, identico al primo, posizionandolo all’interno di questo, di modo che il materiale sia bene fermo da entrambi i lati (utilizzando tra lo strato di materiale e il secondo vaso una pellicola trasparente si limitano al minimo le possibilità di rottura del Groffee solidificato).

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Si otterrà così un vero e proprio “contenitore” al 100% biodegradabile e al 100% funzionale per la pianta che vi verrà inserita.

Espandendo la produzione di questo materiale su larga scala, sarà inoltre possibile riutilizzare anche e soprattutto i fondi di caffè prodotti nei bar e nei ristoranti, che rappresentano il maggior luogo di spreco di questo materiale.

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La plastica: tipologie e tecnologie.

Un po’ di storia sulle materie plastiche.

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Nel 1920 H. Standinger teorizza che la plastica è formata da polimeri costituiti di macromolecole.

Tra il 1920 e 1930 si formulano il Cellophane, ossia un film trasparente, il cloruro di polivinile PVC, materiale utilizzato per creare fili elettrici e tubi; segue la creazione del Nylon per le fibre tessili, le resine ureiche per la produzione di casalinghi, il Perpex metacrilato polimerizzato per lenti, occhiali e macchine fotografiche e il Polistirolo che è una resina polistirenica ad uso espanso per coibentazione di case, aerei e frigo.

Nel 1950 si procede con altre creazioni come la fibra tessile, utilizzata per tessuti elastici e calze da donna, denominata Lycra; il politetrafluoretene PTFE noto con il nome di Teflon, con il quale si attuano il rivestimento anti-aderente delle padelle.

Nel 1953 viene scoperto da K. Ziegler il Polietilene PE che ha ricevuto il Premio Nobel; segue nel 1954 l’assegnazione di un altro Premio Nobel a G. Natta per la scoperta del Polipropilene PP. In seguito, nel 1970 nascono i tecnopolimeri, speciali formazioni di plastiche con caratteristiche meccaniche e fisiche di altissimo livello.

La materia prima.  

Per quanto riguarda le materie plastiche, si considera ora la loro composizione, costituita da polimeri, macromolecole di sostanze organiche a elevato perso molecolare. I polimeri derivano da avviluppamenti chimici di un gran numero di piccole molecole di monomero del medesimo tipo.

Le sostanze naturali da cui derivano le materie plastiche, dopo apportuni processi, sono:

  • cellulosa (legno)
  • oli vegetali
  • mais e semi di soia
  • cereali

La maggior parte delle materie plastiche oggigiorno vengono prodotte da:

  • carbone
  • gas metano
  • petrolio

I polimeri. 

La trasformazione della materia prima avviene attraverso la polimerizzazione, che è il processo che permette di trasformare le materie prime in materie plastiche. Le materie prime vengono polimerizzate attraverso differenti procedimenti per ottenere materie plastiche sotto forma di granuli, pastiglie, polveri o liquidi. Le possibili polimerizzazioni sono: in massa, in soluzione, in sospensione e/o in emulsione.

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Le materie plastiche di base prodotte dalla polimerizzazione sono commercializzate sotto molte forme a seconda dell’impiego successivo come :

  • granuli, polveri per stampaggio di oggetti
  • resine liquide, da accoppiare a cemento, fibra di vetro, fibra di carbonio
  • vernici
  • adesivi
  • film

I campi di applicazione dei polimeri sono svariati.

In edilizia li ritroviamo nelle finestre in PVC, tubi per l’impianto idraulico PVC, fili elettrici PVC, canaline elettriche PVC, materiali espansi per le casseforme PS, calcestruzzo con resine sintetiche, fogli per impermeabilizzare bacini, strade, fondazioni PVC, lastre per isolamento termico PE PS PUR.

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In packaging utilizzati per film PE- LLD, contenitori PS, PC, in bottiglie PET.

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Nei mezzi di trasporto come spoiler, paraurti, parafanghi, cofani, portelloni PUR ( poliuretani ) RIM ( poliuretano rigido ), fari PC, camper, interni autobus, barche SMC, fibra di vetro impregnata con resina, parte di aerei, fibre di carbonio impregnate con resina.

Attualmente le materie plastiche costituiscono in media il 10% del peso di un auto ( 70-150kg) ma la percentuale è in aumento. Il 65% degli aerei di linea è costituito da materiali compositi rinforzati.

In elettronica si usano nei materiali isolanti Termoindurenti classici, PA (Nylon), PC (policarbonato), carrozzerie di computer, oggetti elettronici in genere, cassette VHS ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene), PS (polistirene), PC (policarbonato).

In casa nei mobili PP (polipropilene), PU (poliuretano) lampade PC (policarbonato), PMMA (polimetilmetacrilato).

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Produzione e Consumi. 

Si considera ora alcuni dati Economici e Produzione in Europa.

Nel 2003 nel settore della plastica sono state impiegate 1.000.000 persone e sono state prodotte materie plastiche per circa 29 miliardi di euro e prodotte macchine per la lavorazione delle plastiche per 9 miliardi di euro.

Per quanto riguarda i consumi nel 2002 sono stati consumati 96,6 Kg di plastica procapite e nel 2003 Kg. 98 procapite.

Inoltre nel settore del Packaging  nell’anno 2003 14 milioni di tonnellate di materiale, nel settore auto 3 milioni di tonnellate.

Le materie plastiche sono suddivise in tre grandi famiglie:

  • materiali termoplastici
  • materiali plastici termoindurenti
  • materiali plastici elastomerici (elastomeri)

I materiali termoplastici rammolliscono ripetutamente con il calore sino a diventare scorrevoli e solidificano per raffreddamento, In seguito ad un processo di trasformazione (stampaggio) essi assumono cambiamenti di stato re ersibili.

Gli scarti di lavorazione derivanti dallo stampaggio possono essere rigenerati e possono essere riutilizzati.

Possono essere termoformati (vasche da bagno o le cassette della frutta) e saldati.

Altri materiali plastici sono termoindurenti derivano da prodotti macromolecolari che, reagendo fra di loro, formano macromolecole strettamente reticolate dal lato chimico.

Non sono reversibili per cui, una volta stampati e avvenuta la reazione chimica non sono più utilizzabili se non come carica (particelle aggiunte alle plastiche per modificare le caratteristiche meccaniche).

Non sono termoformabili e saldabili.

Ora considerando i materiali plastici elastomerici, (elatomeri) possiamo specificare che sono materiali che a temperatura ambiente hanno un comportamento gommoelastico, e che se sollecitati a trazione o co,pressione di deformano, e che una volta eliminata la forza ritornano all’entità originale ( come gli stivali di gomma, le suole di ulcune scrpe, i tappi non di sughero per il vino, o la parte plastica delle chiavi delle macchine).

Si tocca ora il campo degli agenti ausiliari dei quali molti manufatti stampati hanno bisogno per migliorare la resistenza al fuoco, la sicurezza, l’igiene nel settore alimentare, le caratteristiche mecccaniche, la stampabilità.

Il processo di produzione dei semilavorati e dei manufatti.

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  • coloranti: pigmenti organici ed inorganiciinsolubili che conferiscono il colore alla palstica, sono chiamati masterbatch
  • cariche: sono polveri (farine di legno), fibre (legno, vetro allumimio, carbonio, araldite),

            sferette di vetro, servono a risparmiare materiale, migliorare la lavorabilità e le caratteristi che meccaniche

  • agenti scivolanti e distaccanti: abbassano la viscosità delle masse plastiche, facilitano il distacco dagli stampi
  • agenti stabilizzanti: diminuiscono il degrado delle plastiche agli agenti atmosferici, ai raggi UV, all’ossidazione
  • agenti antistatici: impediscono alla plastica di attirare la polvere per effetto dell’eletricità statica
  • ritardi di fiamma: diminuiscono l’infiammabilità delle plastiche
  • agenti flessibilizzanti: migliorano la flessibilità delle plastiche fragili
  • agenti plastificanti : regolano la tenacità delle materie plastiche rigide

Seguono le tecnologie di lavorazione del materiale plastico.

Miscelazione.

I materiali termoplastici devono essere miscelati con agenti ausiliari. Alcuni esempi di apparecchi per la miscelazione della plastica con gli agenti ausiliari sono la dosatrice gravimetrica e dosatrice volumetrica.

Plastificazione dei polimeri. 

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Le premiscele di granuli o polveri ed additivi vengono fuse e omogeneizzate mediante estrusori-omogeneizzatori. La massa fusa viene poi lavorata a caldo o a freddo.

Per quanto riguarda la granulazione a freddo, una volta estruso il materiale ed omogeneizzato esce dalla matrice e viene raffreddato in un bagno d’acqua ed essiccato prima di passare alla granulatrice, una taglierina che riduce l’estruso filare i granuli cilindrici.

Con la granulazione a caldo invece, la massa fusa ed omogeneizzata, viene tagliata in granuli appena esce dalla matrice di estrusione. I granuli vengono raffreddati in acqua subito dopo il taglio. In questo caso i granuli hanno forma sferica o lenticolare.

Lo stampo.

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Lo stampo è composto di una matrice, detta anche femmina e di un punzone, detto anche maschio. L’unione dei due pezzi genera la forma da dare all’oggetto da stampare.

Può avvenire uno stampo a iniezione dove la vite per iniezione introduce la materia plastica nello stampo, mentre il pistone idraulico, attraverso un meccanismo a ginocchio, tiene lo stampo chiuso: infatti l’iniezione della plastica avviene ad alta pressione e tende ad aprire lo stampo.

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Lo stampo ad iniezione avviene in diverse fasi; nella prima fase vengono introdotti i granuli e gli agenti. La vite incomincia a girare miscelando i granuli, mentre le resistenze riscaldano il materiale.

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Segue la seconda fase in cui la vite avanza e spinge la massa fusa nello stampo,quindi la vite senza fine spinge la massa fusa nello stampo attraverso il canale d’iniezione ed inizia lo riempimento dello stampo. Per l’elevata spinta, la macchina tiene chiuso lo stampo attraverso un pistone idraulico. Lo stampo è opportunatamente riscaldato per permettere un buon flusso della plastica sino a riempire tutta la figura. Si arriva così alla terza fase in cui la vite senza fine esegue una post compressione a pressione più bassa per compensare il ritiro ( la plastica fusa, una volta solidificata tende a ritirarsi, cioè a diminuire il suo volume): a questo punto la vite sospende la spinta e il pezzo si raffredda per qualche istante nello stampo in modo che la plastica si solidifichi completamente per permettere al pezzo stampato di uscire dallo stampo senza deformarsi. Con la quarta ed ultima fase, l’iniezione è completata, il manufatto si è raffreddato ed è diventato solido e così è possibile aprire lo stampo per l’estrazione del pezzo stampato.

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Estrusione.

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In questo processo la massa fusa viene spinta dalla vite attraverso una matrice d’estrusione. Attraverso il processo di estrusione possono essere estrusi differenti profili. Il più interessante è il profilo cavo per cui l’estruso può essere svuotato creando un profilo resistente e leggero. Questa tecnica permette di estrudere profili a sezione cava utilizzando l’aria per svuotare il profilo. La linea completa di estrusione è composta dall’estrusione, da un’unità di classificazione granulometrica, da un’unità di raffreddamento per poi passare al taglio. I profilati di norma sono tagliati a 6 m per problemi di trasporto sui camion. I profilati sono di tre tipi, ossia profilati cavi, profilati aperti e profilati a barra piena.

Estrusione di film soffiato.

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Questo tipo di estrusione consente di produrre ad esempio i sacchi per rifiuti di colore nero. La linea di estrusione di film soffiato è costituita da un estrusore con matrice ad anello, un anello di raffreddamento ad aria, un dispositivo per il trascinamento del film e i rulli di avvolgimento del prodotto finale. Il tubo soffiato viene stirato sino a ¾ volte il diametro della matrice ad anello.

Estrusione di film piatto.

L’apparecchiatura per un film piatto contiene un estrusone con matrice piatta, rulli refrigeranti, dispositivo di taglio e unità di avvolgimento. La massa fusa che esce dalla matrice è pressata contro il primo rullo refrigerante mediante aria calda. Il raffreddamento è seguito dal taglio e dall’avvolgimento.

Estrusione su cavo o tondino metallico.

Il cavo di rame, acciaio o alluminio è trainato attraverso una matrice rotonda rotante e ricoperto di plastica. Dopo il raffreddamento viene avvolto il bobine per il trasporto. Con questa tecnica si producono cavi elettrici, reti per recinzioni, cavi per stendere la biancheria e tubi metallici.

Estrusione/soffiaggio.

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Questo processo consente di produrre oggetti cavi come bottiglie e flaconi. L’unità è composta da due sezioni: la prima è un estrusore che genera il parison, uno sbozzato di forma cilindrica cavo all’interno.

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Nella seconda sezione il parison passa nello stampo (nell’esempio di una bottiglia). Lo stampo della bottiglia è aperto per consentire al parison di entrare senza interferenza in quanto è allo stato plastico. Entrato completamente il parison, lo stampo della bottiglia si chiude bloccando la parte del parison che va a formare il collo e il sistema di chiusura della bottiglia ( chiusura a vite). Dopodichè dal collo della bottiglia viene immessa aria compressa che deforma il parison, facendolo aderire alle pareti dello stampo, prendendo la forma del medesimo.

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La bottiglia è formata. Lo stampo si apre per permettere a due taglierine di asportare le parti di plastica in eccesso dal collo della bottiglia e per staccarla dal parison. Dopodichè la bottiglia esce dallo stampo.

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Questo processo avviene in due fasi. Nella prima fase viene stampato con la tecnologia dell’iniezione uno sbozzato, un corpo cilindrico della forma di una provetta da laboratorio, che ha già la filettatura per avvitare il tappo. Lo stampaggio ad iniezione dà la sicurezza di avere spessori costanti ed alta precisione nella stampa della filettatura. Per essere rilavorato lo sbozzato viene sottoposto a riscaldamento per rendere deformabile la plastica. Nella seconda fase lo sbozzato opportunamente riscaldato, viene inserito nello stampo con la figura da realizzare. Immettendo aria compressa all’interno dello sbozzato, questo si deforma fino ad assumere la forma dello stampo. Terminata la formatura, lo stampo si apre e viene estratta la bottiglia finita.

Con il processo di produzione monofase, la macchina plurifunzione è in grado di produrre bottiglie finite partendo dai granuli di plastica. Una pressa stampa gli sbozzati che poi vengono spostati nella stazione di preriscaldamento; nella stazione successiva gli sbozzati vengono trasformati nella forma definitiva e quindi avviati al riempimento. Queste macchine sono situate direttamente nelle fabbriche di imbottigliamento ( acqua minerale, cosmetici, detersivi, oli) per risparmiare il trasporto di oggetti vuoti e voluminosi a basso valore.

Per quanto riguarda il processo di produzione bifase invece, gli sbozzati sono prodotti da aziende specializzate. Gli sbozzati, essendo meno ingombranti del prodotto finale, sono trasportati nelle aziende di imbottigliamento che hanno una macchina che soffia il prodotto finito da avviare all’imbottigliamento.

Iniezione/stiro/soffiaggio.

Questo processo avviene in tre fasi; nella prima fase viene stampato con la tecnologia dell’iniezione uno sbozzato o parison, un corpo cilindrico della forma di una provetta da laboratorio, che ha già la filettatura per avvitare il tappo. Lo stampaggio ad iniezione da la sicurezza di avere spessori costanti ed alta precisione nella stampata della filettatura. Per essere rilavorato lo sbozzato viene sottoposto a riscaldamento per rendere deformabile la plastica.

Nella seconda fase lo sbozzato passa in un altro stampo dove, attraverso la pre-soffiatura, viene trasformato un una preforma. La preforma è una forma cava di dimensione intermedia rispetto alla forma finale. Nella terza fase la preforma, opportunamente riscaldata, viene introdotta nello stampo definitivo per il soffiaggio. Questa tecnologia viene utilizzata quando si devono stampare contenitori di una certa dimensione e si vuole controllare la dilatazione e quindi lo spessore della pareti dello stampo.

Termoformatura.

Questo processo prevede lo stampaggio di una lastra di materia plastica riscaldata. La astra, allo stato plastico, viene forzata sulle pareti dello stampo creando depressione attraverso una macchina per il vuoto. La lastra è ottenuta da un premilastra che, tenendo fermi i bordi, obbliga la medesima a deformarsi per assumere la forma dello stampo. Lo stampo ha una serie di fori per permettere all’aria aspirata dalla macchina del vuoto di passare. La lastra viene riscaldata da una piastra che sovrasta lo stampo. Terminato il riscaldamento, la macchina del vuoto aspira aria e costringe l lastra a deformarsi e a prendere la forma dello stampo. Il manufatto stampato deve poi essere rifilato ai bordi.

Trasformatura a stampo positivo.

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Questo processo inverte il concetto della trasformatura classica: invece di aspirare la lastra sullo stampo, in questo caso è lo stampo che sale ed aderisce alla lastra, la quale è stata opportunamente riscaldata e deformata. Nella prima fase la lastra viene riscaldata dal riscaldatore sovrastante.

Nella seconda fase viene insufflata aria attraverso i buchi dello stampo in modo da trasformare la lastra. Nella terza fase la tavola stampo sale e lo stampo si posiziona della deformazione della lastra. Nella quarta fase si inverte il flusso d’aria compressa: si crea il cosiddetto “effetto vuoto” per far aderire la lastra allo stampo.

Stampaggio rotazione.

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E’ una tecnologia che permette di stampare oggetti vuoti all’interno, come ad esempio un pallone da calcio che è vuoto all’interno e non sarebbe stampabile con qualsiasi altra tecnologia. Inoltre si possono stampare manufatti di grosse dimensioni con stampi in lamiera o vetroresina ( resina e fibre di vetro) di costo contenuto. E? Una tecnologia lenta e non richiede impianti sofisticati.  

Il processo avviene in quattro fasi. Nella prima fase viene introdotto nello stampo il materiale da stampare (PET,PP) in polvere. Nella seconda fase lo stampo, montato su un braccio che ruota contemporaneamente secondo tre assi, viene posto in un forno. La temperatura scioglie la polvere portandola allo stato liquido: questa incomincia a scivolare su tutte le pareti dello stampo disponendosi uniformemente su di esse. Nella terza fase, quando il materiale ha ricoperto tutte le pareti dello stampo, questo viene tolto dal forno continuando a ruotare. Nella quarta fase, quando il pezzo stampato è completamente raffreddato, viene estratto dallo stampo. Nell’immagine si nota un impianto per lo stampaggio rotazionale a ciclo continuo. Mentre un braccio entra nel forno, l’altro ne esce e passa nella stazione di raffreddamento mentre un terzo porta lo stampo pronto per essere caricato di polvere.

Nelle immagini sottostanti si nota che sul braccio rotante si possono montare o un solo stampo se questo è di notevoli dimensioni, oppure fino a quattro stampi più piccoli, accelerando noteolmente i tempi di produzione.

Stampaggio per colata del Polluretano PUR.

Il PUR può essere stampato allo stato flessibile (imbottitura in genere) o rigido (carrozzerie). Inoltre lo si può stampare a bassa o ad alta pressione. Nel processo a bassa pressione, la testa di miscelazione (in rosso) viene accostata allo stampo per colorare il PUR. Il PUR nasce dalla miscela di resine termoindurenti denominate Isocinato e Poliolo.

Per colare il Poliuretano si utilizzano macchine che hanno un braccio molle che sostiene la testa di miscelazione: così è possibile iniettare il PUR in più stampi contemporaneamente muovendo solo la testa. Il PUR flessibile può essere stampato anche “autopellante o integrale”: il materiale iniettato crea una pelle, una finitura ad effetto pelle come nei braccioli delle portiere delle auto, nei volanti o delle sedie.

Stampaggio per colata del Poliuretano RIM (Reaction Injection Moduling)

Questo processo permette di utilizzare miscele liquide per un miglior riempimento dello stampo con pressione di riempimento bassa e quindi utilizzano stampi in alluminio. Si possono ottenere pezzi di grosse dimensioni e di ottima finitura.

Stampaggio per compressione.

Questa tecnologia vine utilizzata per le resine termoindurenti e gli elastomeri. La resina viene introdotta nello stampo preriscaldato. Il punzone chiude lo stampo per cui la pressione e la temperatura provocano la liquefazione della resina. In uno o due minuti si ottiene la completa reticolazione della resina, dopodichè il pezzo è pronto per uscire dallo stampo. Successivamente il manufatto deve essere sbavato, ossia l’asportazione della resina in eccesso ai bordi.

Stampaggio ad espansione.

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Questa tecnologia serve a produrre materiali che hanno la capacità di espandersi: ad esempio il polistirene ( polistirolo espanso). Vengono immessi in uno stampo di alluminio granuli con agenti schiumanti che rilasciano CO2 se riscaldati. Nello stampo viene immesso vapore a pressione 3 atm. I granuli si espandono anche 20 volte il loro volume iniziale sino a saturare lo stampo.

Calandratura.

Con questo procedimento si ottiene film di PVC partendo dalla resina. Passando fra i rulli la plastica viene gradatamente assottigliata sino a raggiungere lo spessore di 1,2 mm. I rulli possono anche goffrare il film imprimendo un disegno.

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Materiale di supporto: slide Prof. Carola Esposito Corcione.

Il cartone ondulato. Articolo a cura di Francesca Taurino ( con aggiunte di Valentina Dedonatis).

IL CARTONE ONDULATO.

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Un po’ di storia.

Il cartone ondulato è stato inventato e brevettato a metà dell’800, e ha tutt’ora una diffusione e un impiego impensabile. “Fatto di carta”, ma tutt’altro che fragile, il cartone ondulato, in costante evoluzione qualitativa sia nelle prestazioni che nei servizi offerti, è sempre stato e continua ad essere professionista nella nostra quotidianità.Il suo utilizzo è stato sostanzialmente quello dell’imballaggio.

Nella sua forma più semplice è costituito da due superfici di carta piana dette copertine che racchiudono una carta ondulata e che si legano tra loro con l’utilizzo di collanti naturali.

L’azione combinata delle copertine con l’onda interna conferisce rigidità e resistenza all’insieme e ne determina l’efficacia nel confezionamento e nel trasporto delle merci.

In Italia sono prodotti ogni anno circa 6 miliardi di m² di cartone che si trasformano in circa 11 miliardi di scatole.

Per cosa è nato l’imballaggio in cartone ondulato.

La funzione principale dell’imballo sono quella della protezione, conservazione, trasportabilità dei prodotti, nonché, in molti casi, la frammentazione in confezioni e dosi adatte alla distribuzione e alla vendita al dettaglio per il consumo familiare e individuale.

C’è però un’altra funzione, la cui importanza è aumentata enormemente negli ultimi decenni e continua a crescere sotto la spinta del marketing e  della pubblicità: è la funzione “immagine”, ovvero che illustra, che promuove, che fa vendere il prodotto.

Com’è fatto?

Le caratteristiche del cartone ondulato sono strettamente legate alle caratteristiche delle singole carte che lo compongono. In questo senso possiamo distinguere le carte in due macro categorie: le carte da copertina e le carte per ondulazione.

E’ un materiale che si caratterizza per due fattori:

  • Leggerezza;
  • Resistenza alla compressione;

Un’altra caratteristica che merita di essere evidenziata è quella della “fonoassorbenza”.

 Le limitazioni.

Ci sono però altrettanti fattori che ne limitano fortemente l’impiego, in particolare:

  • Difficoltà a utilizzare il cartone ondulato in condizioni di umidità elevata o quando sia richiesta la “lavabilità” dei prodotti realizzati (esistono comunque in commercio cartoni ondulati resistenti a umido, i quali hanno subito trattamenti particolari che ne migliorano notevolmente le prestazioni);
  • Impossibilità di utilizzare il cartone ondulato per impieghi che richiedano particolari prestazioni di “reazioni al fuoco” (ad esempio arredi per edifici pubblici).

Per questo motivo non esistono in commercio prodotti realizzati con carte già “trattate”, e il trattamento fatto in seguito, sul prodotto finito, presenta particolari difficoltà, proprio per la struttura stessa del cartone ondulato. Inoltre, un eventuale trattamento con vernici speciali comprometterebbe una delle principali caratteristiche, vale a dire la riciclabilità del materiale.

Le onde.

A seconda del numero di onde si parla di:

  • ONDA SEMPLICE: 2 copertine e 1 onda;
  • DOPPIA ONDA: 2 copertine, 2 onde e un foglio teso frapposto tra le due onde;
  • TRIPLA ONDA: 2 copertine, 3 onde e due fogli tesi frapposti tra le tre onde.
  • Esiste anche l’onda nuda, un cartone nel quale manca la copertina esterna e in cui l’ondulazione rimane scoperta; solitamente questo tipo di cartone viene utilizzato nel settore cartotecnico, accoppiato con una carta patinata.

L’evoluzione delle onde. 

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Classificazioni varie.

Le onde, inoltre, sono classificabili a seconda della loro altezza e quindi, a titolo esemplificativo, si possono avere onde alte, onde medie, onde basse e micro onde.

Ulteriore classificazione è quella delle copertine in base al tipo di carta utilizzata, con particolare riferimento alla composizione e alle caratteristiche meccaniche della stessa. Si possono avere quindi carte Kraft, Liner e Test.

Anche le carte per ondulazione sono classificabili a seconda delle caratteristiche meccaniche; sono identificabili carte semichimiche (S o SS) e Medium (M) o Fluting (F).

Si possono avere cartoni ondulati costituiti con carte prodotte sia da materiale riciclato sia con carte in fibra vergine. Il cartone può quindi essere costituito dallo 0% al 100% di materiale riciclato.

 

Carte per copertine.

Kraft: carta prodotta utilizzando un’elevata percentuale di fibre vergini di conifera; tipicamente  l’80%

Liner – Test: 100% di massa derivante da recupero con prestazioni differenziate.

Carte per ondulazione.

Tipo S: carte prodotte utilizzando un’elevata percentuale di fibre vergini di latifoglie; tipicamente maggiore al 65%.

Uso semichimica Medium o Fluting: carte prodotte utilizzando il 100% di materiale derivante da recupero, con prestazioni differenziate.

 

Prove sul cartone ondulato.

Suddivise per tipologia e per grammatura le carte che compongono il cartone, possiamo identificare e misurare le diverse caratteristiche del cartone ondulato per meglio rispondere alle diverse esigenze di impiego:

  • Grammatura del cartone: esprime il peso del cartone al metro quadrato; non sarà altro che la somma delle grammature delle copertine, più la grammatura delle onde (il peso al metro quadrato dovrà essere maggiorato secondo un coefficiente di ondulazione che varierà in base allo spessore ed al passo dell’onda) ed il peso dei collanti.
  • Spessore del cartone: misura la distanza in mm tra le due superfici esterne di un cartone ondulato.
  • Edge Compression Test (ECT): è una prova di compressione che si effettua su una striscia di cartone, volta a misura lo sforzo espresso in kN/m (nel sistema S.I.; si può ottenere comunemente anche il dato espresso in kg*cm) necessario per deformare la striscia stessa. Tale dato consente di confrontare i vari cartoni ondulati rispetto alla loro resistenza alla compressione ed è strettamente correlato con la resistenza all’impilamento degli imballi relativi.
  • Resistenza allo scoppio: misura la resistenza alla perforazione di una cartone ondulato. Si esprime in kPa nel sistema S.I. (o più comunemente in kg/cm²) ed è la misura della resistenza alla rottura di un cartone sottoposto ad una pressione in senso ortogonale alla sua superficie.
  • Box Compression Test (BCT): misura la resistenza di una scatola di cartone ondulato vuota alla compressione verticale, ovvero quanti chilogrammi può portare una scatola prima di schiacciarsi. Questo dato è fortemente correlato con quello di ECT del cartone che compone l’imballo.
  • Assorbimento d’acqua (COBB): misura in gr/m2 la quantità di acqua distillata che viene assorbita da un determinato cartone sottoposto ad una pressione di colonna d’acqua di 1 cm in un determinato intervallo temporale. Il dato che si ricava può essere utile sia per eventuali considerazione sulla stampa (dato che i colori nella stampa flexo sono a base acqua), sia nell’impiego del cartone in ambienti umidi (es. celle frigorifere o cantine).

Macchinario per stampaggio.

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Inconvenienti più diffusi nella fabbricazione del cartone ondulato.

La fabbricazione del cartone ondulato è strettamente legata al livello tecnologico del macchinario impiegato nonché alla qualità della materia prima utilizzata (la carta in bobine) ma dipende anche dall’abilità e dall’addestramento degli addetti al funzionamento dell’ondulatore. Gli inconvenienti più comuni sono:

  • Cartone prodotto con onda schiacciata o inclinata;
  • Cartone non planare o incurvato;
  • Copertine non incollate o danneggiate;

Il cartone ondulato è riciclabile e biodegradabile al 100%. Il riutilizzo del cartone permette non solo un notevole risparmio economico ma garantisce anche il rispetto dell’ambiente riducendo notevolmente il volume dei rifiuti che giungono in discarica. In Italia circa l’80% della fibra impiegata per la produzione del cartone ondulato deriva da materiale di riciclo detto macero e solo il 20% della fibra impiegata è fibra vergine proveniente da foreste ma sempre gestite secondo criteri di sostenibilità ambientale dall’industria cartaria stessa. Con il riutilizzo le fibre di cellulosa tendono a perdere le prestazioni originarie pertanto il ricorso alla fibra vergine è comunque necessario per garantire lo standard prestazionale anche delle carte più povere. Occorre ricordare, inoltre, che il cartone per uso alimentare impiegato a contatto diretto con alimenti deve essere prodotto con carte di pura cellulosa e senza contenuti di macero come previsto dal Decreto Ministeriale del 21 marzo 1973 e successive modifiche (esempio tipico il cartone per le pizze).

Con l’introduzione delle nuove normative legate al settore imballaggi, il cartone ondulato si è confermato come un materiale ecologico e molto adatto per l’imballaggio. I collanti sono ormai tutti naturali derivati da amido di mais o fecola.

Trasformato in imballaggio finito, il cartone ondulato diventa un contenitore robusto, versatile, ideale per raggruppare, trasportare e proteggere i prodotti in esso contenuti. Il modello di scatola più comune e più utilizzato per le sue doti di economicità di produzione e versatilità nell’utilizzo è senza dubbio la scatola americana.

Taglio di precisione e saldatura laser 3d

Lavorare in modo estremamente preciso qualsiasi tipo di superficie metallica con l’utlizzo dell’ esclusivo sistema di lavorazione 3D con laser allo stato solido.

Oltre alle comuni applicazioni di taglio laser 2D e 3D, sono possibili svariate ulteriori lavorazioni, applicabili anche a Rame e Ottone per spessori fino a 3 mm.

Alcuni esempi di possibili applicazioni:

Tecnologie medicali

L’utilizzo di questa macchina consente:

  • estrema precisione del taglio
  • assenza di rilavorazioni propedeutiche alla saldatura
  • assenza di deformazioni o punti di pressione su tubi con pareti sottili
  • tagli inclinati sui tubi
  • flessibilità nella produzione di piccole serie
  • risultati ottimali su acciaio inossidabile di spessore T = 0,1mm – 1,5mm

I vantaggi si riflettono nella riduzione dei processi e nella tecnologia di fissaggio semplificata per assenza di forze meccaniche in gioco.

Parti AHU/IHU 
Garantiamo tutti i requisiti posti da questo tipo di applicazione, e cioè

  • rifilatura dei particolari
  • lavorazione sulle 5 facce
  • produzione di varie tipologie di pezzi
  • tolleranza integrata durante il taglio
  • risultati ottimali su acciaio inox e alluminio di spessore variabile tra 0,4 e1,0 mm

I vantaggi dell’utilizzo del laser 3D in questo tipo di applicazioni risiedono nella possibilità di avere un design sofisticato anche per piccoli lotti e nelle aperture precise per inserimenti di ulteriori componenti.

Telefoni cellulari 
I requisiti soddisfatti in questo tipo di applicazione sono:

  • rifilatura del contorno
  • superficie esente da graffi
  • taglio in piano sulla superficie
  • precisione, spigoli vivi
  • tempi di lavorazione contenuti
  • risultati ottimali per alluminioacciaio inox, profondo stampaggio su spessori da 0,4 a 0,8mm.

La tecnologia laser 3D, rende inoltre possibile il disegno di carcasse sofisticate con aperture precise e possibilità di piccole aperture per interruttori e spine.

Questo laser permette inoltre svariate applicazioni per quanto riguarda la saldatura 2D e 3D .

Alcuni esempi di possibili applicazioni:

Tecnologia medicale 
I requisiti che siamo in grado di soddisfare sono

  • profondità di saldatura costante
  • protezione della superficie con Argon
  • giunzioni lisce e senza deformazioni e porosità
  • risultati ottimali per alluminio e titanio, per spessori di parete variabili tra 0,4 e 1,5mm

Ulteriori vantaggi sono:
· inserti vicini alla saldatura,
· uniformità del materiale,
· minor bisogno di rilavorazioni .

Automotive 
Questo tipo di laser ci consente di soddisfare pienamente i seguenti requisiti:

  • saldatura passante a piena penetrazione
  • risultati ottimali su acciaio inox con parete di spessore pari a 0,8mm.

Molto interessanti sono le riduzioni dei costi che accompagnano la maggior precisione dei componenti e la riduzione del peso .

Il cemento cellulare alleggerito

 

Il cemento cellulare alleggerito è uno dei prodotti più all’avanguardia per l’isolamento termico e acustico delle costruzioni edili.

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I calcestruzzi sono ottenuti mediante la mescolanza di un legante, solitamente cemento, di acqua, che ha lo scopo di attivare il processo di idratazione e quindi l’indurimento, e di aggregati di vario genere e pezzatura. I calcestruzzi cosiddetti leggeri si distinguono da quelli “tradizionali” per il fatto che sostituiscono in parte gli aggregati naturali, pietrisco e ghiaia, con aggregati leggeri, naturali o artificiali. Come noto, la qualità e la quantità degli inerti utilizzati può influire notevolmente sulle caratteristiche del calcestruzzo prodotto, soprattutto in termini di:

• Densità (γ)
• Resistenza meccanica (E)
• Conducibilità termica (γ)

Gli inerti si possono definire collaborativi quando le loro caratteristiche appena elencate sono simili a quelle della pasta cementizia utilizzata; se questi invece partecipano esclusivamente in termini di volume, cioè quando , E e λ sono differenti rispetto a quelli della pasta, vengono detti “virtuali”. Gli aggregati che costituiscono i calcestruzzi leggeri sono appunto di tipo virtuale.

La classificazione dei calcestruzzi viene spesso fatta in base alla loro densità; si identificano quindi quattro categorie:

CLS PESANTI(ad alta densità )CSL ORDINARI (tradizionali)CLS ALLEGGERITI  (argilla espansa) CLS LEGGERI (polistirolo)

Si può a questo punto fare un’ulteriore suddivisione di quelli che sono i
calcestruzzi leggeri:
• cls cellulari
• cls polistirolici
• cls Polycem

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS I calcestruzzi cellulari vengono alleggeriti con l’introduzione nell’impasto di bolle d’aria, attraverso l’introduzione di aria compressa o di schiume dense durante la preparazione dell’impasto in betoniera.
I calcestruzzi polistirolici sostituiscono, come suggerisce il nome, il polistirolo agli inerti classici, così come si fa normalmente anche con materiali di altra natura come argilla espansa, pomice, vermiculite che danno invece origine ai cosiddetti cls alleggeriti per via della loro massa più elevata.
Questo prodotto, fin dagli anni ’60, ha dato diversi problemi ai costruttori per via dell’estrema leggerezza delle sfere di polistirolo che galleggiano sulla superficie della malta. Il problema fu risolto già negli anni ’70, grazie al trattamento delle sfere con dei tensioattivi in modo da appesantirle e renderle meglio miscelabili.
I calcestruzzi Polycem consistono nella combinazione di quelli cellulari con quelli polistirolici in modo da unire la fluidità dei primi e la leggerezza dei secondi.

Ciascuno dei tre prodotti appena elencati offre caratteristiche differenti sul piano tecnologico, su quello prestazionale e su quello economico. I cls cellulari garantiscono resistenza meccanica e conducibilità termica simili a quelle dei cls polistirolici, ma, a differenza di questi ultimi che si preparano con una betoniera comune, necessitano di un macchinario apposito per la loro produzione.
I Polycem, offrono una conducibilità termica molto ridotta, ma garantiscono una più limitata resistenza a compressione rispetto ai cellulari e ai polistirolici presi separatamente ed inoltre, fino a qualche anno fa, necessitavano anch’essi di un macchinario apposito per la loro preparazione, Risulta quindi difficile stabilire quale tra questi sia il migliore compromesso, anche perché in questi ultimi anni gli additivi e le schiume utilizzate si sono evolute molto velocemente.

Le differenze sostanziali tra i calcestruzzi tradizionali e quelli leggeri sono dovute fondamentalmente alla sostituzione degli inerti naturali con sfere di polistirene espanso, che ne muta le prestazioni e quindi gli impieghi.
Il polistirene è una delle principali materie plastiche che derivano dal petrolio, è un materiale rigido, incolore e trasparente; il polistirene espanso (EPS) è una delle forme più importanti in cui viene utilizzato il polistirene.
Questo, utilizzato come “inerte virtuale”, dopo il processo di espansione, viene poi trattato con additivi, resine e cemento che gli impediscono di galleggiare nella pasta cementizia; le sfere sono ruvide e di colore grigiastro e hanno diametro variabile da 1 a 6 mm.
E’ insolubile in acqua e sublima sotto l’effetto del fuoco, ma senza emettere esalazioni nocive. All’interno dell’impasto non partecipa al processo di idratazione dei cementi; può coesistere con inerti reali e sopporta processi di maturazione accelerata.