![\"\"](\"https:\/\/prusament.com\/\/wp-content\/uploads\/2021\/10\/UVOD_1-scaled.jpg\")
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nEcco perch\u00e9 abbiamo deciso di esplorare in dettaglio la resistenza chimica dei materiali di stampa. Vi mostreremo i polimeri chimicamente resistenti e imparerete come l’esposizione ai prodotti chimici influisce sulla durata del materiale. <\/p>\n\n\n\n
Prusament PLA, PVB, PETG, ASA e PC-Blend sono stati esposti a varie sostanze chimiche: abbiamo scelto quelli che sono pi\u00f9 comuni e sicuri da utilizzare.<\/p>\n\n\n\n
Crediamo che i nostri test vi aiuteranno a scegliere il materiale adatto alle vostre esigenze.<\/p>\n\n\n\n
Dove si usano materiali chimicamente resistenti?<\/h2>\n\n\n\n
La capacit\u00e0 del materiale di resistere a certi prodotti chimici \u00e8 molto importante nell’industria: Nel settore manifatturiero e automobilistico, i prodotti finali sono spesso esposti a molti agenti aggressivi. Le parti per le linee di produzione sono comunemente a contatto con lubrificanti e prodotti di pulizia. I componenti delle automobili sono esposti – oltre ai lubrificanti e agli oli – a sostanze per la manutenzione. <\/p>\n\n\n\n
<\/a>L’industria farmaceutica e alimentare richiedono una stabilit\u00e0 chimica dei materiali usati. E poich\u00e9 i nuovi filamenti sono resistenti e stabili, troverete anche in queste industrie un impiego della stampa 3D e delle parti stampate.<\/p>\n\n\n\n
Resistenza chimica dei polimeri<\/h2>\n\n\n\n
La resistenza chimica \u00e8 la capacit\u00e0 del materiale di resistere quando \u00e8 esposto a un ambiente chimicamente aggressivo. Attualmente, \u00e8 disponibile un ampio assortimento di polimeri in grado di resistere agli acidi, ai solventi, all’alcool o all’acqua calda e ad altre sostanze. Questo articolo coprir\u00e0 i polimeri pi\u00f9 comunemente usati per la stampa 3D – e sono per lo pi\u00f9 adatti all’uso in circostanze impegnative.<\/p>\n\n\n\n
Fattori chiave che influenzano la resistenza chimica dei polimeri<\/h2>\n\n\n\n
Struttura molecolare del polimero<\/strong><\/p>\n\n\n\n La resistenza chimica della plastica dipende principalmente dalla struttura fisica e chimica del polimero e dalla composizione chimica della sostanza. I polimeri usati per la stampa 3D hanno catene formate come una fase amorfa (disordinata) o semi-cristallina (parzialmente ordinata) dopo il raffreddamento. Nel semicristallino, i segmenti ordinati sono circondati da gruppi disordinati di catene. Il rapporto di questi segmenti (chiamato cristallinit\u00e0) influenza la resistenza alla temperatura, la forza e la tenacit\u00e0 del polimero. Influisce anche sulla resistenza del polimero all’aggressivit\u00e0 chimica. Cos\u00ec, un polimero pi\u00f9 cristallino risulta pi\u00f9 resistente ad una sostanza aggressiva rispetto ad un polimero meno cristallino. Anche l’orientamento dei legami del polimero e la presenza di riempitivi nel materiale possono avere un effetto.<\/p>\n\n\n\n La capacit\u00e0 di un materiale di resistere a un ambiente chimicamente aggressivo dipende non solo dalla sua resistenza chimica, ma anche da altri fattori che lo stressano: ci\u00f2 include lo stress meccanico, l’assorbimento fisico della sostanza da parte del materiale, o la temperatura. Questi parametri possono influenzare significativamente i requisiti per la selezione del materiale. <\/p>\n\n\n\n Se il materiale non \u00e8 chimicamente resistente, si corre il rischio di una rapida degradazione dei suoi legami polimerici quando viene a contatto con una sostanza aggressiva. La conseguenza \u00e8 una minore resistenza alla trazione, una minore tenacit\u00e0 all’urto e una minore durata del materiale – che pu\u00f2 portare alla rottura del componente.<\/p>\n\n\n\n Assorbimento della sostanza<\/strong><\/p>\n\n\n\n Quando un polimero subisce una reazione chimica, la struttura della catena polimerica viene modificata. Quando una sostanza viene fisicamente assorbita dal polimero, la catena non viene modificata, ma la sostanza viene assorbita nella plastica come una spugna che assorbe l’acqua. Internamente, la sostanza chimica pu\u00f2 causare cambiamenti nel peso, nella mobilit\u00e0 delle catene polimeriche e nelle dimensioni del componente plastico. Questo pu\u00f2 anche manifestarsi come ammorbidimento o, al contrario, come infragilimento della plastica.<\/p>\n\n\n\n Temperatura<\/strong><\/p>\n\n\n\n La maggior parte dei processi di distribuzione sono dipendenti dalla temperatura. In pratica, questo significa che la degradazione chimica dei polimeri aumenta esponenzialmente con l’aumento della temperatura della sostanza. In generale, maggiore \u00e8 la temperatura della sostanza, minore \u00e8 la resistenza del materiale all’ambiente. Per esempio, si pu\u00f2 osservare che lo stesso materiale \u00e8 pi\u00f9 resistente in acqua fredda che in acqua calda alla stessa concentrazione e durata di esposizione.<\/p>\n\n\n\n Concentrazione della sostanza chimica<\/strong><\/p>\n\n\n\n Nella maggior parte dei casi, l’aumento della concentrazione della sostanza attiva accelera la degradazione del polimero.<\/p>\n\n\n\n Sollecitazioni meccaniche che agiscono sul materiale<\/strong><\/p>\n\n\n\n Lo stress meccanico \u00e8 un fattore importante quando viene esposto ad ambienti chimicamente aggressivi. Caricare un materiale in un ambiente chimicamente aggressivo pu\u00f2 portare alla rottura dei legami covalenti, anche se il carico \u00e8 inferiore al carico di snervamento del materiale. Si formano delle crepe che penetrano ulteriormente nella profondit\u00e0 del materiale, il che pu\u00f2 portare alla rottura dell’integrit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n Design del modello 3D<\/strong><\/p>\n\n\n\n Un altro parametro importante nei modelli stampati in 3D \u00e8 il design e la qualit\u00e0 del modello stampato. Le sostanze corrosive possono penetrare attraverso l’oggetto stampato e ridurre significativamente la sua durata. Pertanto, \u00e8 essenziale scegliere il materiale giusto e i parametri di stampa appropriati per il modello.<\/p>\n\n\n\n In generale, i materiali tecnici sono i pi\u00f9 resistenti ai prodotti chimici: Tra quelli con un’eccellente resistenza chimica ci sono PP (polipropilene), PA (poliammide, nylon), PE (polietilene), PEEK (polietereterchetone), PTFE (politetrafluoroetilene, Teflon), PVC (cloruro di polivinile), o PVDF (fluoruro di polivinilidene).<\/p>\n\n\n\n I materiali con una buona resistenza chimica includono PC (policarbonato), TPU, PETG, ASA o ABS. Tuttavia, la resistenza di questi materiali dipende dall’ambiente specifico, dalla temperatura ambientale e da altri tipi di sollecitazioni. Per esempio, il materiale ABS si degrada molto rapidamente in acetone. <\/p>\n\n\n\n I materiali che non hanno caratteristiche tecniche – come PLA, PVB – non sono adatti all’uso in ambienti chimicamente aggressivi – con acidi, alcoli, ecc. <\/p>\n\n\n\n Di seguito \u00e8 riportata una tabella indicativa dei polimeri pi\u00f9 comunemente usati per la stampa 3D che sono stati testati con diverse sostanze chimiche. Secondo la valutazione della resistenza da A a D, si pu\u00f2 determinare quale polimero \u00e8 adatto per essere utilizzato con una determinata sostanza. I test sono stati eseguiti a 23 \u00b0C.<\/p>\n\n\n\n * Fridex \u00e8 il nome industriale di un composto chimico usato nei refrigeranti antigelo per automobili. \u00c8 un refrigerante concentrato a base di glicole etilenico.<\/em><\/p>\n\n\n\n ** Savo \u00e8 un agente pulente e disinfettante. Il disinfettante \u00e8 l’ipoclorito di sodio, 4.7 g \/ 100 g.<\/em><\/p>\n\n\n\n Valutazione: <\/strong><\/p>\n\n\n\n A<\/strong> – Resiste molto bene. Il polimero non si scioglie, non assorbe sostanze e non si gonfia dopo una settimana di immersione (meno dell’1% di variazione del peso e delle dimensioni).<\/p>\n\n\n\n B<\/strong> – Resiste da moderatamente a bene. Leggero gonfiore o cambiamento di peso (2 – 3% di cambiamento di peso o dimensioni). <\/p>\n\n\n\n C<\/strong> – Resiste poco. Si verifica un significativo rigonfiamento e cambiamento di peso del campione di prova (4-5% di cambiamento di peso o dimensioni) con un’esposizione prolungata del polimero.<\/p>\n\n\n\n D<\/strong> – Non resiste. Un colore rosso indica una variazione significativa del peso, un forte rigonfiamento (variazione del peso o delle dimensioni superiore al 5%) o la distruzione completa della fibra (2). <\/p>\n\n\n\n I dati per la valutazione dei polimeri sono stati ottenuti dalle nostre misurazioni in condizioni di laboratorio e da una pubblicazione scientifica (1)<\/em><\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n Per un’analisi pi\u00f9 accurata dei risultati sono necessari test di laboratorio pi\u00f9 estesi. La durata del materiale e la sua resistenza chimica sono influenzate non solo dalla sostanza stessa, ma anche da influenze ambientali come la temperatura, la concentrazione della sostanza, lo stress meccanico sul componente e altri fattori menzionati sopra.<\/p>\n\n\n\n La resistenza di ogni materiale variava a seconda della composizione chimica dell’ambiente a cui era esposto. \u00c8 stato misurato l’effetto dell’ambiente sulla resistenza del materiale. Due propriet\u00e0 del materiale – la sua forza e la sua resistenza – sono state confrontate in modo pi\u00f9 dettagliato. <\/p>\n\n\n\n Pi\u00f9 di 400 provini sono stati stampati per ogni materiale, sottoposti a carico chimico e poi sottoposti a misure di resistenza alla trazione Charpy e di forza d’impatto. La resistenza alla trazione \u00e8 stata misurata secondo la norma ISO 527 su una macchina di prova universale. La resistenza all’impatto \u00e8 stata misurata secondo la norma ISO 179. <\/p>\n\n\n\n Il modello dei corpi di prova \u00e8 stato generato dal programma PrusaSlicer. Il G-code conteneva le impostazioni di stampa per il profilo del materiale Prusament per il materiale dato – cio\u00e8 Prusament PLA, Prusament PETG, Prusament ASA, Prusament PC Blend e Prusament PVB, riempimento 100%, 2 perimetri, altezza strato 0,2 mm. L’orientamento del modello sul piano di stampa era sull’asse XY. <\/p>\n\n\n\n Tutti i materiali sono stati testati in nove sostanze, che hanno mostrato diverse composizioni chimiche – acqua, etanolo (EtOH), alcol isopropilico (IPA) 75% e 99%, aceto 8% (il cui componente principale \u00e8 l’acido acetico), sale da cucina (NaCl) 10%, acido citrico (C6H8O7), Fridex (glicole etilenico) e Savo (contenente ipoclorito di sodio come principio attivo. Mescolato con acqua in un rapporto di 1:10). <\/p>\n\n\n\n L’esposizione dell’ambiente chimico al materiale \u00e8 stata effettuata a temperatura ambiente di circa 23\u00b0 a quattro intervalli di tempo – 1 ora, 7 ore, 24 ore e 7 giorni. <\/p>\n\n\n\n I dati ottenuti dalle misure di resistenza alla trazione e all’impatto sono mostrati graficamente. I valori ottenuti sono stati convertiti in percentuali – \u00e8 quindi possibile vedere come le propriet\u00e0 del materiale cambiano a seconda del tempo di esposizione e dell’ambiente chimico. L’aumento o la diminuzione della resistenza chimica in un particolare ambiente pu\u00f2 essere tracciato dai cambiamenti percentuali sui grafici. Per confrontare il cambiamento nella forza o nella tenacit\u00e0 del materiale con il valore di base, un campione di prova (chiamato standard) che non \u00e8 stato esposto a nessuna sostanza chimica viene mostrato su ogni grafico. La stampa dello standard \u00e8 stata effettuata nelle stesse condizioni.<\/p>\n\n\n\n Resistenza alla trazione: <\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore Iniziale: 55 <\/strong>MPa = 100%<\/p>\n\n\n\n Secondo i valori del grafico, si pu\u00f2 osservare che la resistenza alla trazione del PLA \u00e8 diminuita leggermente a contatto con l’acqua. La diminuzione della resistenza \u00e8 stata pi\u00f9 pronunciata in ambienti pi\u00f9 aggressivi. Una rapida diminuzione della resistenza \u00e8 stata registrata a contatto con Fridex (glicole etilenico) dopo 1 ora. Una graduale diminuzione della resistenza si \u00e8 verificata al contatto con l’IPA dopo pi\u00f9 di 24 ore. Quando il materiale PLA \u00e8 stato immerso in acetone, il corpo di prova \u00e8 collassato.<\/p>\n\n\n\n Resistenza all’impatto (secondo Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore Iniziale: 15 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n La resistenza agli impatti del PLA era leggermente pi\u00f9 alta quando era a contatto con ambienti meno aggressivi. Una diminuzione pi\u00f9 pronunciata della resistenza si \u00e8 verificata con l’esposizione in Fridex (glicole etilenico) e Savo. <\/p>\n\n\n\n Resistenza alla trazione:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 52 <\/strong>MPa = 100 %<\/p>\n\n\n\n Il materiale PVB ha dimostrato di essere altamente assorbente e quindi la sua forza ne ha risentito. Per le sostanze meno aggressive, non si \u00e8 registrata una rapida diminuzione della resistenza, ma la tendenza ha mostrato che la resistenza diminuiva con il passare del tempo. Al contatto con le sostanze Etanolo, IPA, Acetone il corpo di prova si \u00e8 ammorbidito e parzialmente dissolto dopo 1 ora, dopo un’esposizione pi\u00f9 lunga \u00e8 collassato. Tali sostanze infatti non sono state contrastate dal PVB, pertanto non \u00e8 stato possibile misurare i campioni.<\/p>\n\n\n\n Resistenza all’impatto (secondo Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 54 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n Il materiale PVB ha mostrato una bassa resistenza chimica e una significativa capacit\u00e0 di assorbimento. Ci\u00f2 ha comportato un aumento della resistenza all’impatto per tutte le sostanze testate. Le sostanze Etanolo, IPA e Acetone hanno completamente distrutto la struttura dei corpi di prova. Anche in questo caso, i campioni di prova erano inutilizzabili per ulteriori misurazioni dopo solo 1 ora di esposizione. <\/p>\n\n\n\n Resistenza alla trazione: <\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 47 <\/strong>MPa = 100 %<\/p>\n\n\n\n Per il PETG, la resistenza alla trazione \u00e8 cambiata significativamente al contatto con l’acetone. Per le altre sostanze, la forza si discosta di qualche punto percentuale. Cambiamenti pi\u00f9 significativi si sono verificati dopo periodi di esposizione pi\u00f9 lunghi. Durante l’esposizione alla sostanza per 7 giorni, la forza del corpo di prova immerso in etanolo, IPA 75% e IPA 99%, acetone \u00e8 diminuita.<\/p>\n\n\n\n Resistenza all’impatto (secondo Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 65 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n La resistenza agli impatti del PETG \u00e8 rimasta quasi invariata solo in caso di contatto con l’acqua. A contatto con Savo, il valore di resistenza \u00e8 rimasto quasi lo stesso dopo 24 ore. Tuttavia, \u00e8 diminuito con un tempo di esposizione pi\u00f9 lungo ed \u00e8 sceso a valori intorno al 92%. Per le altre sostanze si \u00e8 registrata una diminuzione significativa della resistenza. Nel caso di IPA, aceto, acetone e Fridex la diminuzione della resistenza \u00e8 pi\u00f9 pronunciata. <\/p>\n\n\n\n Resistenza alla trazione:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore Iniziale: 42 <\/strong>MPa = 100 %<\/p>\n\n\n\n L’ASA era resistente a sostanze come acqua, acido citrico, Fridex, Savo, anche con tempi di esposizione prolungati. Una diminuzione pi\u00f9 significativa della resistenza alla trazione si \u00e8 verificata in etanolo, IPA 75% e IPA 99%. In acetone, il corpo di prova \u00e8 crollato, quindi la misurazione non ha potuto essere eseguita.<\/p>\n\n\n\n Resistenza all’impatto (secondo Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 25 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %<\/p>\n\n\n\n La resistenza all’urto di ASA \u00e8 diminuita quando \u00e8 stato usato in ambienti chimicamente aggressivi. Secondo il grafico possiamo confrontare la perdita di resistenza, che \u00e8 stata pi\u00f9 pronunciata per NaCl 10% dopo 24 ore di esposizione. Tuttavia, il contrario \u00e8 vero per i valori di tenacit\u00e0 misurati per i campioni esposti a etanolo, IPA 75%, o acido citrico, dove la tenacit\u00e0 \u00e8 stata quasi mantenuta rispetto al valore del campione di prova (standard). Il materiale ASA non resiste all’acetone, quindi anche qui il corpo di prova \u00e8 collassato durante l’esposizione.<\/p>\n\n\n\n Resistenza alla trazione:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 63 <\/strong>MPa = 100%<\/p>\n\n\n\n PC Blend ha dimostrato di essere un materiale con resistenza stabile, ma poco resistente all’acetone. La resistenza \u00e8 diminuita significativamente dopo 24 ore a contatto con l’acetone e la perdita di resistenza \u00e8 stata pi\u00f9 pronunciata con un’esposizione pi\u00f9 lunga.<\/p>\n\n\n\n Resistenza all’impatto (secondo Charpy):<\/strong><\/p>\n\n\n\n Valore iniziale: 110 <\/strong>kJ\/m2<\/sup> = 100 %. Charpy 100\/100. Si pu\u00f2 quindi affermare che la resistenza all’urto del provino \u00e8 superiore a 110 kJ\/m2<\/sup>. <\/p>\n\n\n\n Il valore 100% nel grafico indica la massima energia misurabile per la rottura del corpo di prova (standard). In pratica, questo significa che lo standard e gli altri corpi di prova con un valore del 100% hanno sopportato un impatto del martello di 4 J senza rompersi o subire danni significativi. Tenendo conto delle dimensioni del provino, si pu\u00f2 affermare che la resistenza all’impatto dei provini con un valore del 100% \u00e8 superiore al 100 kJ\/m2.<\/p>\n\n\n\n Prusament PC Blend \u00e8 uno dei nostri materiali chimicamente pi\u00f9 resistenti. Le sue eccellenti propriet\u00e0 sono confermate dai test di resistenza chimica. La resistenza alla trazione di PC Blend \u00e8 superiore a quella di altri materiali e non diminuisce significativamente anche quando le parti stampate sono esposte a sostanze chimiche selezionate. La resistenza all’urto di PC Blend \u00e8 significativamente pi\u00f9 alta, e il materiale \u00e8 in grado di mantenerla anche in ambienti chimicamente difficili.<\/p>\n\n\n\n<\/a>Resistenza chimica dei materiali di stampa 3D comunemente usati<\/h2>\n\n\n\n
Tabella della compatibilit\u00e0 chimica delle materie plastiche e della loro resistenza chimica<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nTest di resistenza chimica di Prusament PLA, PVB, PETG, ASA, PC Blend<\/h2>\n\n\n\n
Procedura di test<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/a><\/a><\/a>Risultati dei test<\/h2>\n\n\n\n
PLA<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPVB<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPETG<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nASA<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nPC Blend<\/h2>\n\n\n\n
<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\nConclusioni<\/h2>\n\n\n\n