Parte 3 della nostra serie “Il mondo dei materiali”: il poliuretano termoplastico crea un ponte tra gomma e plastica
Il Dr. Jürgen Hieber, sviluppatore presso la Freudenberg Sealing Technologies (FST) di Schwalmstadt, ci tiene a chiarire subito una cosa: “Non stiamo parlando di poliuretano normale, come quello usato come schiuma per i materassi. Alla Freudenberg lavoriamo con il poliuretano termoplastico, o TPU in breve”.
Il TPU è un materiale ibrido che combina le proprietà della gomma e della plastica. “I nostri colleghi giapponesi amano chiamarlo gomma di ferro. Il nostro materiale è elastico come la gomma, ma è – simbolicamente – stabile come il ferro”. Questa enorme resistenza rende il TPU la prima scelta come materiale di tenuta quando prevalgono le alte pressioni. Ad esempio, nell’idraulica.
Manovra di pale per escavatori a pieno carico
Un’applicazione classica del TPU è rappresentata dai cilindri che assicurano che le pale per escavatori possano essere manovrate in sicurezza anche quando sono a pieno carico e completamente estese. In questi cilindri vengono utilizzate guarnizioni di stelo, guarnizioni di pistone e tergicristalli in TPU. Devono resistere a pressioni fino a 400 bar. Per fare un paragone: la pressione degli pneumatici di un’automobile è compresa tra 2 e 3 bar. Le guarnizioni in TPU sono richieste anche in altre macchine da costruzione, oltre che in macchine agricole, macchine utensili e trapani a percussione.
Il sito di Schwalmstadt è il centro di eccellenza di FST per il TPU. “Produciamo noi stessi il TPU e ne utilizziamo regolarmente circa 50 diversi”, spiega il dott. Hieber, aggiungendo: “La nostra competenza sta nel selezionare le materie prime giuste e nel combinarle nelle giuste quantità per ottenere le proprietà desiderate”. Con il TPU questo non è affatto diverso da quello della gomma.
Tuttavia, la produzione di TPU avviene in modo completamente diverso, in grandi reattori come quelli utilizzati nell’industria chimica. Il termine tecnico per questa reazione chimica è polimerizzazione. Polioli, isocianati, estensori di catena, coloranti, superfluidificanti e stabilizzanti reagiscono per formare molecole con lunghe catene, note come polimeri. Un tema futuro è la produzione di TPU da materie prime biobased.
Il TPU con effetto anti-chip
non è solo particolarmente resistente alla pressione. È estremamente resistente all’ozono e può sopportare anche i carichi dei mezzi idraulici minerali. Oltre alla durata e alla resistenza all’usura, anche la resistenza alla propagazione dello strappo fa parte della lunga lista dei plus del TPU. “Mi piace spiegare la resistenza alla propagazione dello strappo con l’effetto del sacchetto di patatine. Un sacchetto di patatine è spesso difficile da aprire all’inizio, ci vuole forza. Ma una volta aperto, il sacchetto si strappa di nuovo molto rapidamente. Ma non con il TPU. Se viene danneggiato o tagliato, non si strappa più. Questo garantisce una lunga durata”. Alle alte temperature, tuttavia, la “gomma di ferro” raggiunge i suoi limiti di prestazione. A 120 gradi Celsius, di solito è finita.
Un aspetto positivo in termini di sostenibilità: le materozze possono essere fuse e rigranulate, cioè riutilizzate, con il TPU. Questo non è possibile con la gomma.
Rullare invece di sigillare
Con il TPU sono possibili anche legami bicomponenti con metallo o altre materie plastiche, anche al di là delle classiche applicazioni di sigillatura. I cosiddetti dischi di testurizzazione sono un’area di applicazione estremamente interessante. La testurizzazione è un processo di finitura delle fibre sintetiche nell’industria tessile. In questo processo, fili di fibre sintetiche lisce che ricordano le lenze da pesca vengono guidati a grande velocità su dischi di scorrimento a rotazione rapida con una superficie definita. Questi dischi di testurizzazione irruvidiscono i fili conferendo loro una struttura vaporosa simile a quella del cotone e proprietà corrispondenti. FST fornisce al produttore leader mondiale di questi dischi di attrito una soluzione a due componenti: il centro di Schwalmstadt applica un rivestimento in TPU intorno a una parte portante circolare in plastica. Entrambi i componenti si incastrano l’uno con l’altro in modo puramente meccanico.
TPU invece di PTFE?
Per quanto riguarda il futuro del TPU, sono ipotizzabili ulteriori applicazioni nella nicchia di mercato dei “dischi e rulli”. Un ulteriore punto di partenza per domani e dopodomani è la sostituzione del materiale di alta gamma PTFE con il TPU. Il PTFE fa parte dei “prodotti chimici della perpetuità” (PFAS), difficili da decomporre e sui quali i legislatori a livello internazionale hanno gettato un occhio critico. “Il PTFE ha caratteristiche uniche in termini di resistenza alle temperature e ai media che il TPU non può soddisfare. Tuttavia, il PTFE è stato spesso utilizzato nelle bombole in luoghi in cui le sue elevate prestazioni non sono richieste. Con il TPU, offriamo un’alternativa affidabile”, afferma Hieber, guardando al futuro.
Accenti di colore
Una guarnizione è nera (di fuliggine)? Non sempre in aree ampie! Il TPU, ad esempio, è di colore beige chiaro. Come tutti i materiali termoplastici, può essere facilmente colorato. Ad esempio, in blu Freudenberg. Da un lato, questo colore rappresenta l’azienda. D’altra parte, il colore blu è molto popolare nelle macchine per la lavorazione degli alimenti. Perché: nessun alimento è blu. Una particella rilasciata involontariamente dal materiale di sigillatura attirerebbe immediatamente l’attenzione.
