La plastica che prende il posto del metallo
Il tecnopolimero non è un materiale, è una classe. Il vocabolario lo definisce come il polimero dalle caratteristiche fisiche e meccaniche tanto elevate da poter fare da materiale strutturale dove prima stava un metallo. Dietro la parola non c’è una formula chimica: c’è un livello di prestazione.
La voce enciclopedica elenca le qualità che quel livello richiede, e sono sei: rigidità, tenacità, stabilità alle temperature elevate, resistenza all’invecchiamento, duttilità e lavorabilità. Valgono insieme, non una alla volta. Un polimero rigidissimo ma fragile non è un tecnopolimero, e non lo è nemmeno uno che regge il calore ma non si lascia stampare.
In inglese la stessa classe si chiama engineering plastics, plastiche da ingegneria, e il confronto implicito è sempre lo stesso: da una parte le plastiche di largo consumo degli imballaggi e delle stoviglie, dall’altra i polimeri che stanno dentro un pezzo che lavora.
Dove passa il confine di un tecnopolimero
Il confine non è fissato da una norma, e chi legge una scheda tecnica farebbe bene a saperlo. Una dispensa universitaria di scienza dei materiali lo dice apertamente: la definizione è abbastanza arbitraria e dipende dal possesso di un equilibrio di proprietà adatto all’impiego ingegneristico, non dal superamento di una soglia misurabile.
Quello che esiste è una convenzione industriale, ripetuta con piccole varianti da tutti i trasformatori: una scala a tre gradini, dove a salire crescono insieme la temperatura di lavoro, la stabilità dimensionale e il costo della materia prima.
I tre gradini della scala dei tecnopolimeri
Sul gradino basso stanno i polimeri di largo consumo: polietilene, polipropilene, polistirene, PVC. Sono i materiali dei film, dei contenitori e del monouso, e il loro impiego continuo si ferma poco sopra gli 80 °C.
Sul gradino di mezzo stanno i tecnopolimeri in senso stretto: poliammidi, poliacetale, policarbonato, PET e PBT, ABS. È la fascia che le classificazioni di settore collocano fra i 90 e i 150 °C di esercizio continuo, ed è qui che la plastica comincia a fare ingranaggi, cerniere, corpi di apparecchi e pezzi che devono tenere la quota.
Sul gradino alto stanno i polimeri ad alte prestazioni: polisulfone, polietersulfone, polifenilsulfone, polieterimmide, polisolfuro di fenilene, polietereterchetone, poliimmidi, insieme ai fluoropolimeri come PTFE e PVDF. Qui l’esercizio continuo raggiunge e supera i 200 °C, e il polietereterchetone lavora in continuo fino a circa 260 °C con una fusione intorno ai 340 °C.
Le soglie di temperatura vanno prese per quello che sono, cioè fasce indicative: cambiano da una fonte all’altra e dipendono dal carico applicato e dal metodo di prova con cui si misura la deformazione al calore.
Che cosa fa salire un polimero di gradino
La scala è meno arbitraria della parola, perché quello che fa salire un materiale succede dentro la catena.
Il primo fattore è la rigidità dell’ossatura. Una catena fatta di soli legami fra atomi di carbonio ruota con facilità, e basta poco calore per rimetterla in movimento. Infilarci degli anelli aromatici significa inserire tratti che non ruotano: la temperatura a cui il polimero smette di essere vetroso sale, e con lei l’intera scala termica del materiale. Non è un caso che i nomi dei polimeri ad alte prestazioni contengano quasi tutti le parole etere, sulfone, immide o chetone: sono i ponti che tengono insieme gli anelli.
Il secondo è l’attrazione fra catene vicine. Un gruppo polare, come l’ammide, l’estere o il sulfone, tira verso di sé la catena accanto e rende più difficile farle scorrere l’una sull’altra: ne escono rigidezza e resistenza meccanica maggiori a parità di peso.
Il terzo è la regolarità della catena, che decide se il solido riesce a organizzarsi in zone ordinate. Chi ci riesce guadagna durezza e tenuta ai solventi; chi non ci riesce resta disordinato e in cambio ritira in modo più prevedibile, cosa che pesa dove la quota di un pezzo deve restare quella per anni.
Le cariche, come la fibra di vetro, alzano modulo e temperatura di distorsione al calore, ma non spostano il polimero di classe: cambiano la mescola, non la famiglia.
I tecnopolimeri nell’attrezzatura sanitaria
In reparto la parola compare quasi sempre in due posti.
Il primo è l’arredo mobile. Piani di lavoro, pannelli laterali, cassetti e paracolpi dei carrelli sono stampati in tecnopolimero perché un pezzo unico stampato pesa meno del corrispettivo metallico, non arrugginisce, sopporta i disinfettanti di reparto e non ha giunzioni in cui si annidi lo sporco. Il telaio resta d’acciaio, la carrozzeria no.
Il secondo è il pezzo che lavora dentro uno strumento: ingranaggi e cerniere, corpi di valvole e rubinetti, isolanti di connettori, ruote e forcelle. Qui il polimero non prende il posto del metallo per il peso, ma perché scorre su sé stesso senza lubrificante e perché isola.
C’è poi il gradino alto, che in sanità ha una ragione precisa: i cicli in autoclave. Un manico di strumento, un vassoio di sterilizzazione o un corpo di dispositivo che rientra a vapore a 121 o a 134 °C non si fa con un polimero di consumo, ed è il motivo per cui in quella zona compaiono i sulfoni e i chetoni aromatici.
Perché tecnopolimero non è una specifica
Una scheda che dichiara solo tecnopolimero ha detto a quale famiglia appartiene il pezzo, non di che cosa è fatto. Fra due materiali che portano legittimamente quel nome possono correre cento gradi di temperatura di esercizio, comportamenti opposti in acqua calda e resistenze chimiche incompatibili: la poliammide riprende umidità e cambia quota, il policarbonato no ma teme gli alcali, il poliacetale teme gli acidi. Il dato che dice qualcosa è la sigla, con accanto la condizione a cui il numero vale.
Vanno tenuti distinti anche due termini vicini. Un tecnopolimero è un termoplastico: fonde, si stampa e si può rifondere. Un termoindurente, come una resina epossidica reticolata, una volta preso non torna più fluido, e per questo resta fuori dalla classificazione. Un composito è un’altra cosa ancora, cioè una matrice polimerica più un rinforzo, dove le prestazioni le porta il rinforzo e il polimero fa da legante.
