I raggi UV e gli effetti sulla plastica
Allo stesso modo in cui la nostra pelle può essere soggetta a danni quando viene a contatto con i raggi ultravioletti (UV) (ad esempio, il sole), anche la plastica può risentirne. Per gli ingegneri ciò significa che i progetti che richiedono l'uso di materie plastiche potrebbero non funzionare uniformemente, con il rischio di tempi di inattività operativa e budget in sofferenza.
La buona notizia è che esistono diversi modi per fornire resistenza a questi effetti spesso dannosi.
Il pericolo dei raggi UV
Parte dello spettro elettromagnetico, la radiazione ultravioletta è divisa in tre tipi. Nello specifico:
Le lunghezze d'onda della luce visibile sono minuscole, misurate in miliardesimi di metro. Il miliardesimo di metro è denominato nanometro, o nm. Gli UVA hanno un intervallo di lunghezze d'onda di 320-400 nm, mentre gli UVB hanno un intervallo di 280-320. Invece, la gamma degli UVC si aggira intorno ai 100-280.
Se prendiamo la pelle come esempio, gli UVA possono provocare un'abbronzatura della carnagione, mentre gli UVB possono produrre bruciature nella stessa. L'effetto comune dell'UVC è il germicidale, che è il termine scientifico per indicare l'uccisione o l'inattivazione di microrganismi mediante la distruzione degli acidi nucleici e la danneggiamenti del loro DNA. Ciò li rende inutili quando si tratta di eseguire funzioni cellulari fondamentali.
In che modo la plastica viene influenzata dai diversi tipi di UV?
Se la plastica è stata colpita dai raggi ultravioletti, è possibile notare:
- un aspetto gessoso
- la superficie dei componenti che diventa friabile
- una variazione di colore sulla superficie del materiale
In termini di componenti con maggiori probabilità di rischio di danni da raggi UV, i componenti automobilistici sono in cima all'elenco. Gli effetti si traducono prevalentemente in un cambiamento dello strato superficiale del materiale. Inoltre, alcune plastiche, se danneggiate dai raggi UV, in ultima analisi portano al non funzionamento totale del componente: non sono buone notizie quando un progetto è stato quasi o del tutto completato.
Radicali liberi ed energia UV
Se assorbita dalla plastica, l'energia UV può eccitare i fotoni. Questi, a loro volta, possono creare radicali liberi. Quindi, prima di rendervene conto, si verifica il deterioramento, poiché i residui del catalizzatore spesso fungono da recettori. Il fatto è che molte materie plastiche pure semplicemente non possono assorbire le radiazioni UV, mettendo a grave rischio il vostro progetto e i suoi componenti.
Ovviamente è possibile evitare il deterioramento dei raggi UV nelle materie plastiche. Si possono usare bloccanti, stabilizzatori o assorbitori con grande efficacia, inoltre anche il biossido di titanio può essere vantaggioso. Anche i benzofenoni e altri composti organici possono assorbire i raggi UV e riemetterli come calore, il che non è altrettanto dannoso.
Alcuni esempi di materiali in cui gli stabilizzatori UV o altre soluzioni possono eliminare completamente il problema del deterioramento dei raggi UV includono:
Poliolefina: guaine termoretraibili e cappucci terminali
Nylon: fascette e basette per fascette
Tuttavia, non date mai per scontato che uno di questi materiali sia resistente ai raggi UV. Solitamente non lo sono e devono essere trattati in modo specifico. Cercate sempre la dicitura "resistenti ai raggi UV" nei dettagli del prodotto.
Un materiale chiamato nero di carbonio, che offre una colorazione nera, può ridurre il rischio di tale deterioramento, in quanto fornisce uno dei rivestimenti protettivi delle superfici. Questi ultimi possono includere la metallizzazione o la verniciatura, sebbene il nero di carbonio sia un'opzione in genere a basso costo. Può anche essere efficace come alternativa.
Quali materie plastiche sono più sensibili al deterioramento da raggi UV?
Se state per intraprendere un nuovo progetto, vale la pena sapere quali tipi di plastica sono più suscettibili a questo tipo di degrado.
Il polipropilene (PP) e il polietilene a bassa densità (LDPE) sono solo due tipi di polimeri ad alto rischio, con i raggi ultravioletti che interagiscono con legami terziari di carbonio all'interno della loro struttura a catena. Questo reagisce con l'ossigeno nell'atmosfera. Successivamente, vengono prodotti i gruppi carbonilici nella catena principale e le aree del componente esposte potrebbero essere soggette a screpolature o scolorimento.
In termini di tipi di cambiamenti estetici che potreste notare con la plastica non resistente ai raggi UV, potrebbe verificarsi qualsiasi cosa, dall'ingiallimento alla lisciviazione dei materiali colorati, oltre allo sbiancamento della sua superficie. Una qualsiasi di queste alterazioni comporta in ultima analisi un progetto meno economico e tempi di inattività maggiori in termini di sostituzione dei componenti.
È possibile rilevare un attacco dei raggi UV alla plastica?
Come si dice "prevenire è meglio che curare". Tenendo presente questo aspetto, esiste un modo per rilevare tali interferenze UV all'inizio del progetto o per escluderle completamente prima che inizino?
Il primo segnale visivo è costituito da gravi crepe in un prodotto. Questo può essere visto attraverso la spettroscopia infrarossa che "implica l'interazione della radiazione infrarossa con la materia". Utilizzato per identificare e studiare le sostanze chimiche, si basa principalmente sulla spettroscopia di assorbimento e fa uso di uno spettrometro a infrarossi, che funziona per rilevare i gruppi carbonilici prima che causino problemi reali.
In che modo le sostanze chimiche anti-UV possono aiutare?
Quando si mescolano gli ingredienti, prima di usare lo stampaggio a iniezione per modellare il prodotto, è possibile utilizzare sostanze chimiche anti-UV. Ciò significa che è possibile prevenire un futuro attacco UV con la luce solare.
È interessante notare che le sostanze chimiche utilizzate in tali misure preventive sono simili a quelle usate nella creme solari. Mentre le creme solari proteggono la pelle dall'attacco dei raggi UV, le sostanze chimiche usate negli stabilizzatori UV aggiunti alle materie plastiche agiscono in modo analogo.
Ma non sono solo i raggi UV a rappresentare un rischio per la plastica. Altri fattori ambientali, dalla luce e dalle sostanze chimiche al calore, possono svolgere un ruolo importante nel degrado del materiale utilizzato in un determinato progetto.
Anche alcuni acidi, alcalini e sali possono essere responsabili di modifiche al polimero, che possono includere qualsiasi cosa, dalla disintegrazione chimica alla biodegradazione. Anche alcune variazioni possono ridurre il peso molecolare di un polimero per il riciclaggio, e questi cambiamenti sono generalmente chiamati "invecchiamento", dato che influenzano significativamente la durata di vita di un componente, insieme al suo aspetto.
Plastica resistente ai raggi UV: alcune considerazioni
Se si desidera che un progetto funzioni senza problemi, è essenziale utilizzare una plastica resistente ai raggi UV se, naturalmente, detta plastica sarà esposta alla luce UV. In caso contrario, gli ingegneri possono permettersi di essere meno selettivi, a condizione che la plastica scelta sia adatta all'applicazione.
Per i progetti che richiedono una plastica resistente ai raggi UV, questi materiali sono più che adatti allo scopo:
- Acrilico – Disponibile in una gamma di colori accattivanti, l'acrilico offre forza e rigidità. In termini di chiarezza ottica, si comporta in modo estremamente positivo e si lega in modo efficace a solventi e adesivi, oltre a rivelarsi facile da fabbricare. Ideale per l'uso esterno, ha proprietà di resistenza ottimale alle intemperie ed è versatile, durevole ed esteticamente gradevole, ecco perché è un ottimo materiale per le cerniere a libro.
- Fluoruro di poliviniltene (PVDF) – Resistente alla fiamma e con fantastiche proprietà di abrasione chimica, il PVDF è una buona scelta per le guarnizioni. Con una grande stabilità ai raggi UV, è conforme alla FDA ed è un termoplastico ingegneristico ad alta purezza con una serie di utilizzi.
- Politetrafluoroetilene (PTFE) – Con eccezionale resistenza agli agenti atmosferici, il PTFE rimane stabile anche a temperature fino a 260oC. Un fluoropolimero a basso attrito, offre grandi proprietà di isolamento elettrico, motivo per cui i tubi in PTFE sono spesso utilizzati per proteggere le fibre ottiche.
Il bello e il brutto
Servicethread.com sostiene l'ampio uso del polipropilene, ma suggerisce che non è adatto a progetti che saranno esposti ai raggi UV: "Data la struttura chimica del polipropilene, ha un elevato tasso di deterioramento quando esposto alla luce UV come il sole."
Nei casi in cui un componente sia soggetto a un'esposizione ai raggi UV a lungo termine, gli ingegneri devono fare molta attenzione a questi tipi di materiali.
Invece, il poliestere può essere un buon candidato per l'esposizione ai raggi UV. "Il poliestere è diverso. È una famiglia di materie plastiche che condividono una struttura simile di un estere tra due gruppi R legati. Poiché i gruppi R sono diversi tra loro, hanno caratteristiche diverse; tuttavia, le prestazioni complessive di queste plastiche rispetto al polipropilene sono molto più elevate per quanto riguarda la resistenza ai raggi UV."
Secondo un articolo pubblicato dall'Università di Stato della Carolina del Nord, il polipropilene può resistere solo sei giorni prima di perdere fino al 70% della sua resistenza a causa dei raggi UV. Il poliestere se la cava molto meglio. L'articolo rivela che dopo 12 mesi di esposizione ai raggi UV, si recupera oltre il 67% della resistenza di un componente.
È quindi fondamentale accertarsi dei materiali di cui si ha bisogno con largo anticipo rispetto al progetto. Questo aiuta a evitare inutili tempi di inattività garantendo che il lavoro rimanga entro i limiti del budget.
Prendete in considerazione l'applicazione del componente e l'ambiente in cui viene utilizzato, prima di scegliere i componenti giusti per il lavoro. Naturalmente, anche un progetto che richiede componenti resistenti alle intemperie probabilmente richiederà componenti resistenti ai raggi UV.
Assicuratevi che il vostro progetto sia attrezzato per gestire le influenze delle intemperie e avrete la certezza di un lavoro ben eseguito. Dopotutto, i raggi UV non solo influenzano l'estetica della plastica, ma anche la sua longevità.
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