Ogni oggetto in plastica che si tiene tra le mani è stato, in un momento preciso della sua vita, una massa informe e malleabile. A renderlo tale è stato il calore. Senza energia termica, infatti, i polimeri resterebbero rigidi, refrattari a qualsiasi tentativo di dar loro una forma utile. È proprio nell’incontro tra temperatura e materia plastica che nasce la base della trasformazione industriale moderna, un processo fatto di precisione, di tempi calcolati al secondo e di macchinari progettati per rispettare i principi della fisica dei materiali.
È molto interessante capire cosa succede quando un polimero viene riscaldato: si entra in un territorio in cui la chimica e l’ingegneria finiscono per intrecciarsi. Ed è un territorio che bisognerebbe analizzare con attenzione, perché dietro la semplicità di un prodotto utilizzato quotidianamente c’è una serie di operazioni complesse, che si basano su leggi precise.
Come avvengono le deformazioni delle plastiche nell’industria
Le deformazioni plastiche sono il risultato di un principio fisico semplice nella sua teoria, ma in realtà molto articolato: quando un polimero viene portato oltre una certa soglia di temperatura, le sue catene molecolari acquistano mobilità. Si muovono, scivolano le une sulle altre, si riorganizzano. In quel momento, il materiale diventa plasmabile.
A livello industriale, questo fenomeno viene sfruttato con tecniche diverse a seconda del tipo di prodotto finale desiderato. Le principali sono lo stampaggio a iniezione, l’estrusione, la termoformatura e il soffiaggio. Ciascuna di queste tecniche si basa sullo stesso principio (quello di riscaldare il polimero fino a renderlo fluido o semifluido, forzarlo in una forma e raffreddarlo) ma agisce con strumenti, tempi e parametri molto diversi tra loro.
Quello che rende l’argomento interessante è che non tutti i polimeri rispondono al calore allo stesso modo. Un polietilene ad alta densità si comporta in maniera diversa da un policarbonato. Inoltre, l’intervallo termico in cui ciascun materiale può essere lavorato è spesso molto stretto: bastano pochi gradi di troppo per degradare il polimero e pochi gradi in meno per ottenere un pezzo incompleto o difettoso.
Cosa succede dentro le macchine
Dentro una pressa a iniezione, per fare un esempio, il processo è molto preciso. I granuli di polimero entrano in un recipiente e vengono convogliati verso una vite senza fine riscaldata. Mentre avanzano lungo il cilindro, il materiale fonde progressivamente per effetto del calore generato dalle resistenze e dall’attrito meccanico della vite stessa. È un riscaldamento doppio, che unisce conduzione termica e forza meccanica.
Una volta raggiunta la consistenza desiderata, il polimero fuso viene iniettato ad alta pressione dentro uno stampo chiuso. Qui avviene la fase più delicata: il materiale riempie ogni cavità dello stampo seguendone tutti i contorni e poi, in pochi secondi, inizia a raffreddarsi. Il raffreddamento è importante quanto il riscaldamento, perché la velocità con cui il polimero solidifica determina le proprietà meccaniche del pezzo finito, la sua trasparenza e la sua resistenza agli urti.
La deformazione della plastica per la successiva modellazione
Prima ancora che un polimero attraversi il suo percorso dentro uno stampo, prima che assuma i contorni di un oggetto riconoscibile, deve attraversare una fase che spesso viene data per scontata: la deformazione. È un passaggio che precede la modellazione vera e propria.
Deformare un materiale plastico vuol dire, nello specifico, alterarne la geometria senza romperlo. Quando il calore inizia a compiere il suo lavoro, le catene polimeriche, fino a quel momento intrecciate e relativamente immobili, iniziano a scorrere, a distendersi, a orientarsi sotto l’effetto della temperatura e della pressione applicata.
È in questo momento, breve e delicato, che il polimero si trova nello stato ideale per essere modellato: abbastanza cedevole da accogliere una forma nuova, abbastanza coeso da non perdere la propria integrità strutturale.
La distinzione tra deformazione elastica e deformazione plastica è, in questo contesto, da considerare con attenzione. Nel primo caso il materiale, una volta rimossa la forza, torna alla configurazione originaria, come un elastico che si rilascia. Nel secondo caso, la modifica è permanente: le molecole si sono riorganizzate in una nuova disposizione e resteranno lì, anche dopo il raffreddamento. È esattamente questa seconda condizione quella che l’industria ricerca e utilizza, perché senza deformazione permanente non esisterebbe alcun prodotto finito.