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Che cos’è il cloruro di polivinile (PVC), e per cosa viene usato?

Il cloruro di polivinile (PVC) è uno dei polimeri termoplastici più comunemente usati in tutto il mondo (accanto a poche materie plastiche più diffuse come PET e P.P.). È una plastica naturalmente bianca e molto fragile (prima dell’aggiunta di plastificanti). Il PVC esiste da più tempo della maggior parte delle plastiche, sintetizzato per la prima volta nel 1872 e prodotto commercialmente dalla B.F. Goodrich Company negli anni ’20. In confronto, molte altre plastiche comuni sono state sintetizzate e commercializzate solo negli anni ’40 e ’50. È usato più comunemente nell’industria delle costruzioni ed è anche usato per insegne, applicazioni sanitarie e fibre per l’abbigliamento. Il PVC fu scoperto accidentalmente due volte, una volta nel 1832 dal chimico francese Henri Victor Regnault, e poi riscoperto nel 1872 da un tedesco di nome Eugene Baumann.

Le forme di base e le funzioni del cloruro di polivinile (PVC)

Il PVC è prodotto in due forme generali: un polimero rigido o non plastificato (RPVC o uPVC), e la seconda come plastica flessibile. Nella sua forma base, il PVC è caratterizzato da una struttura rigida e fragile. Mentre la versione plastificata ha vari usi in diversi settori, anche la versione rigida del PVC ha la sua parte di usi. Industrie come l’idraulica, le fognature e l’agricoltura possono utilizzare il PVC rigido in molte funzioni.

Il PVC flessibile, plastificato o regolare è più morbido e più facile da piegare rispetto al PVC rigido a causa dell’aggiunta di plastificanti come gli ftalati (ad esempio il diisononil ftalato o DINP). Il PVC flessibile è comunemente usato nell’edilizia come isolante sui fili elettrici o nei pavimenti di case, ospedali, scuole e altre aree in cui un ambiente sterile è una priorità. In alcuni casi, il PVC può fungere da efficace sostituto della gomma. Il PVC rigido è anche usato nell’edilizia come tubo per l’impianto idraulico e per i rivestimenti, comunemente indicato con il termine “vinile” negli Stati Uniti. Il tubo in PVC è spesso indicato dalla sua “tabella” (ad esempio, Schedule 40 o Schedule 80). Le differenze significative tra gli schemi includono cose come lo spessore della parete, la pressione nominale e il colore.

Alcune delle caratteristiche più importanti della plastica di PVC includono il suo prezzo relativamente basso, la sua resistenza al degrado ambientale (così come ai prodotti chimici e agli alcali), l’alta durezza e la straordinaria resistenza alla trazione per la plastica nel caso del PVC rigido. Il PVC rimane ampiamente disponibile, comunemente usato e facilmente riciclabile (classificato dal codice di identificazione della resina “3”).

Quali sono le caratteristiche del cloruro di polivinile (PVC)?

Alcune delle proprietà più significative del cloruro di polivinile (PVC) sono:

1. Densità: Il PVC è molto denso rispetto alla maggior parte delle materie plastiche (peso specifico intorno a 1,4)
2. Economia: Il PVC è facilmente disponibile ed economico.
3. Durezza: Il PVC rigido si classifica bene per durezza e durata.
4. Forza: Il PVC rigido ha un’eccellente resistenza alla trazione.

Il cloruro di polivinile è un materiale “termoplastico” (al contrario del “termoindurente”), che ha a che fare con il modo in cui la plastica risponde al calore. I materiali termoplastici diventano liquidi al loro punto di fusione (una gamma per il PVC tra i bassissimi 100 gradi Celsius e valori più alti come 260 gradi Celsius a seconda degli additivi). Un attributo utile primario dei termoplastici è che possono essere riscaldati al loro punto di fusione, raffreddati e riscaldati di nuovo senza degradazione significativa. Invece di bruciare, le termoplastiche come il polipropilene si liquefanno, permettendo loro di essere facilmente stampate a iniezione e poi successivamente riciclate. Al contrario, le plastiche termoindurenti possono essere riscaldate solo una volta (tipicamente durante il processo di stampaggio a iniezione). Il primo riscaldamento provoca l’indurimento dei materiali termoindurenti (simile a una resina epossidica in 2 parti), con un conseguente cambiamento chimico che non può essere invertito. Se si provasse a riscaldare una seconda volta una plastica termoindurente a una temperatura elevata, si brucerebbe soltanto. Questa caratteristica rende i materiali termoindurenti cattivi candidati per il riciclaggio.

Perché il cloruro di polivinile (PVC) è usato così spesso?

Il PVC offre un’ampia varietà di applicazioni e vantaggi in diverse industrie sia nella sua forma rigida che flessibile. In particolare, il PVC rigido possiede un’alta densità per la plastica, che lo rende estremamente duro e generalmente incredibilmente forte. È anche facilmente disponibile ed economico, il che, combinato con le caratteristiche di lunga durata della maggior parte delle plastiche, lo rende una scelta facile per molte applicazioni industriali come l’edilizia.

Il PVC ha una natura estremamente durevole e leggera, il che lo rende un materiale attraente per la costruzione, l’idraulica e altre applicazioni industriali. Inoltre, il suo alto contenuto di cloro rende il materiale resistente al fuoco, un altro motivo per cui ha guadagnato tale popolarità in varie industrie.

Quali sono i diversi tipi di PVC?

Il cloruro di polivinile è ampiamente disponibile in due grandi categorie: rigido e flessibile. Ogni tipo ha i suoi vantaggi e gli usi ideali per le diverse industrie. Il PVC flessibile può fungere da isolante per cavi elettrici e da alternativa alla gomma. Il PVC rigido ha vari usi nell’edilizia e nell’idraulica, fornendo un materiale leggero, economico e durevole da usare.

Come si produce il PVC?

Il cloruro di polivinile si ottiene da uno dei tre processi di emulsione:

1. Polimerizzazione in sospensione
2. Polimerizzazione in emulsione
3. Polimerizzazione in massa

Cloruro di polivinile per lo sviluppo di prototipi su macchine CNC, stampanti 3D, & macchine per lo stampaggio a iniezione

Sono due i problemi principali nel lavorare con il PVC che lo rendono relativamente problematico e generalmente non raccomandato per l’uso da parte di non professionisti. Il primo è l’emissione di gas tossici e corrosivi quando si fonde il materiale. Questo accade in un modo o nell’altro durante la stampa 3D, la lavorazione CNC e lo stampaggio a iniezione. Consigliamo di dare un’occhiata alle schede tecniche MSDS per diversi gas idrocarburi clorurati come il clorobenzene e di discutere il processo di produzione con un produttore professionista. La seconda è la natura corrosiva del PVC. Questo è problematico quando il PVC viene ripetutamente a contatto con ugelli metallici, taglierine o strumenti di stampo fatti di un materiale diverso dall’acciaio inossidabile o qualche altro metallo altrettanto resistente alla corrosione.

Stampa 3D:

Il cloruro di polivinile è disponibile in forma di filamento come bacchetta di plastica (il materiale usato per la saldatura), ma non è attualmente adattato per un uso specifico nella stampa 3D. Anche se c’è un numero crescente di plastiche e sostituti plastici disponibili per la stampa 3D, di gran lunga, i due più comuni sono ancora ABS e PLA. A Creative Mechanisms, tipicamente stampiamo in 3D con ABS. Per una lista di ragioni per cui e confrontare le due plastiche più comuni per la stampa 3D (ABS e PLA) per la stampa 3D, leggi qui.

Il più grande problema con il PVC per la stampa 3D è la sua natura corrosiva (potenzialmente compromettendo la funzionalità delle macchine tipiche se fosse usato per un lungo periodo). Un interessante kickstarter ha sviluppato un ugello (testa dell’estrusore) per la stampa 3D capace di PVC proposto dall’ingegnere e imprenditore Ron Steele che purtroppo ha chiuso senza abbastanza interesse nel 2014. Potete dare un’occhiata al passo introduttivo (video) qui:

Lavorazione CNC:

Il cloruro di polivinile può essere tagliato su una macchina CNC, ma ogni macchinista che ha provato ha probabilmente sperimentato il degrado della fresa a seconda del materiale di cui è fatta. Il PVC è corrosivo e abrasivo, e le frese che non sono fatte di acciaio inossidabile o di un materiale comparabilmente resistente alla corrosione si deteriorano col tempo.

Stampaggio a iniezione:

Il cloruro di polivinile può essere iniettato come le altre plastiche, ma il cloro nel materiale complica il processo. Questo perché il PVC fuso può emettere un gas corrosivo e tossico. Di conseguenza, i negozi devono essere dotati di buoni sistemi di ventilazione. Quelli che non lo sono probabilmente esiteranno a lavorare con questo materiale. Inoltre, materiali unici resistenti alla corrosione come l’acciaio inossidabile o la cromatura sono necessari per l’utensile dello stampo quando si stampa la plastica in PVC. Il ritiro del PVC tende ad essere tra l’uno e il due per cento. Può ancora variare in base a diversi fattori, tra cui il durometro del materiale (durezza), la dimensione della porta, la pressione di tenuta, il tempo di tenuta, la temperatura di fusione, lo spessore della parete dello stampo, la temperatura dello stampo e la percentuale e il tipo di additivi.

Il PVC è tossico?

Il PVC può costituire un pericolo per la salute se bruciato, poiché emette fumi di cloruro di idrogeno (HCl). Nelle applicazioni in cui la probabilità di incendio è alta, l’isolamento dei cavi elettrici senza PVC è talvolta preferito. I fumi possono anche essere emessi quando si fonde il materiale (come durante i processi di prototipazione e produzione come la stampa 3D, la lavorazione CNC e lo stampaggio a iniezione). Si consiglia di dare un’occhiata alle schede di sicurezza dei materiali (MSDS) per diversi gas idrocarburi clorurati come il clorobenzene e discutere il processo di produzione con un produttore professionale.

Quali sono i vantaggi del cloruro di polivinile?

Il PVC fornisce alle industrie una serie di vantaggi critici che hanno cementato il suo posto come una delle materie plastiche più popolari e ampiamente utilizzate sul mercato. Questi vantaggi includono:

1. Il cloruro di polivinile è facilmente disponibile e relativamente poco costoso.
2. Il cloruro di polivinile è molto denso e quindi molto duro e resiste molto bene alla deformazione da impatto rispetto ad altre plastiche.
3. Il cloruro di polivinile ha un’eccezionale resistenza alla trazione.
4. Il cloruro di polivinile è molto resistente agli agenti chimici e agli alcali.

I vantaggi del PVC hanno contribuito a consolidare il suo posto come una delle materie plastiche più usate nel mondo. Tuttavia, anche se è ampiamente efficace e popolare, devi considerare alcuni fattori quando usi il materiale.

Quali sono gli svantaggi del cloruro di polivinile?

Mentre il PVC ha una serie di vantaggi che lo rendono un materiale desiderabile per lavorare, ci sono alcune ragioni per prendere cautela. Gli svantaggi di cui bisogna tener conto quando si usa il PVC includono:

1. Il cloruro di polivinile ha una stabilità termica molto scarsa. Per questo motivo, gli additivi che stabilizzano il materiale a temperature più alte sono tipicamente aggiunti al materiale durante la produzione.
2. Il cloruro di polivinile emette fumi tossici quando viene fuso o sottoposto a un incendio.

Anche se ci sono alcuni difetti, il cloruro di polivinile è un materiale eccellente nel complesso. Ha una miscela unica di qualità che lo rendono particolarmente utile per il business delle costruzioni. Prendendo nota e tenendo conto dei difetti del materiale, è possibile navigare efficacemente e compensare in modo da poter utilizzare efficacemente il materiale nei vostri prossimi progetti.

Quali sono le proprietà del cloruro di polivinile?

*A stato standard (a 25 °C (77 °F), 100 kPa)