5 nozioni essenziali per saldare correttamente tutti i termoplastici

Ho pensato a questo articolo parecchie volte e avevo rinunciato a scriverlo perché io, in realtà, non sono un esperto in questo campo.

Ne utilizzo esclusivamente le nozioni tecniche, per ciò mi serve, nei progetti di saldatura a ultrasuoni (o come la richiamerò spesso nella sua forma breve SUS) e quindi se vuoi il mio è più uno studio indiretto rispetto a chi, come te probabilmente, ha maturato una significativa esperienza nello stampaggio.

In realtà però mi sono reso conto che, prima di proseguire oltre nell’analisi dei vari temi sulla saldatura a ultrasuoni, c’è bisogno di chiarire alcuni punti fondamentali e di sfatare alcuni falsi miti che perdurano nell’immaginario collettivo di chi come te, oltre a stampare, pratichi in forma più o meno estesa la SUS.

Se ti aspettavi la solita pappardella con la storia di quando nel 1786 fu isolato lo stirene o di quando nel 1953 Ziegler propose un sistema di produzione su vasta scala di polimeri, beh, mi dispiace informarti che qui non troverai nulla di simile.

Le storielle piacciono a tutti ma non sono utili a nessuno. Questa è la verità.

Questo blog è fatto per darti informazioni utili e solo questo voglio fare quindi qui leggerai solo informazioni sui termoplastici che siano collegate esclusivamente con la saldatura a ultrasuoni.

Sfatiamo subito qualche mito o informazione non corretta.

La saldatura a ultrasuoni può essere impiegata per saldare tutti i termoplastici.

Con il termine tutti intendo esattamente l’insieme completo, amorfi e semi-cristallini.

Ora io immagino che sarai un po’ perplesso perché, se hai esperienza in merito, avrai già affrontato questo argomento svariate volte col tuo o i tuoi fornitori abituali e la risposta non è stata la stessa.

Un altro aspetto che è importante chiarire immediatamente riguarda la possibilità di saldare resine termoplastiche diverse.

Solo termoplastici identici possono essere saldati in modo omogeneo.

Le eccezioni sono l’ABS col PMMA e l’ABS col PC.

Il PC col PMMA ha una saldabilità limitata (si parla in linguaggio tecnico di melt-mix connection).

In realtà ci sono 3 fondamentali motivi per cui la stragrande maggioranza delle società che lavora nella SUS evita di approfondire l’argomento:

I.        Pochissimi hanno un’esperienza davvero completa e professionale su applicazioni complesse che richiedono polimeri “difficili” da trattare con la SUS. Per difficili intendo principalmente semi-cristallini con punti di fusione molto alti (verso i 300°C) come il PEEK o il PPS

II.        La maggior parte dei fornitori (il 99%!) tende ad evitare progetti complessi e a bollarli con un “non si può fare”

III.        La maggior parte dei fornitori (il 99%!) non ha gli strumenti avanzati adeguati per poterti supportare in progetti totalmente nuovi che siano davvero innovativi

Certo tu potresti obiettare che circa il 90% del mercato mondiale è fatto da alcune famiglie di semi-cristallini (PP e PE) e alcune amorfi (PMMA, ABS e PC). Questa infatti è la quali totalità dei progetti di SUS che hai affrontato nella tua carriera.

In questo hai sicuramente ragione ma permettimi di fare un’importante considerazione che è sempre più importante nel mercato globale attuale e che sta letteralmente uccidendo un numero sempre maggiore di aziende in Italia.

Il discorso chiaro è che, se il lavoro è semplice, lo possono fare tutti, e la vera guerra sarà su chi accetta di lavorare al prezzo più basso.

Vuoi essere uno di questi?

Io non credo.

A fronte di questa considerazione, l’unica arma davvero efficace per la tua azienda è di fare ciò che nessuno (o pochissimi) fanno; specializzarsi con un focus preciso verso un settore o un’area non ancora occupata o non satura.

L’obiettivo è semplicemente di presentarti davanti al tuo cliente e imporgli le tue condizioni.

Come puoi avere successo in questo?

Fare qualcosa che nessuno sa fare e fagli notare che: “..o con me o con nessuno!”

Ti piace questa condizione?….Lo so non ne avevo dubbi!

A questo punto hai due strade davanti a te:

1. Decidi di investire importanti risorse nella tua azienda in termini di innovazione, R&D e formazione puntando a sviluppare in modo autonomo delle soluzioni migliorative e differenzianti
2. Ti affidi a un professionista del settore e utilizzi il suo know-how per proporre a clienti storici e potenzialmente nuovi delle soluzioni innovative che ti garantiscano un vantaggio competitivo sulla concorrenza

In entrambi i casi puoi tranquillamente smettere di saldare quei vetrini in PMMA+ABS, o le prese elettriche, a 10 centesimi al pezzo e dedicarti a progetti più complessi che ti frutteranno nel medesimo tempo di lavoro un guadagno 8, 10 volte maggiore con un bel margine che ti permetta di sorridere e campare bene anche in questi tempi di crisi e di contrazione del mercato interno.

Per questo insisto nel dirti che la chiave della tua sopravvivenza o della tua prosperità sta nell’affrontare progetti complessi, con polimeri complessi e affidarti a un professionista del mestiere.

Il concetto fondamentale che voglio trasmetterti qui è che tutti i termoplastici si posso saldare a ultrasuoni sotto precise considerazioni di carattere funzionale e dimensionale.

Questo cosa significa in termini pratici?

Ogni termo-polimero ha un caratteristiche “melting point” e di conseguenza necessita di un’ampiezza caratteristica per essere saldato.

Nelle così dette “guide tecniche di saldatura a ultrasuoni” che si trovano su internet o sui muri dei bagni degli autogrill, il grado di saldabilità viene espresso con termini tecnici assolutamente poco precisi come: buono, medio, eccellente+, pessimo-, e altri aggettivi che non voglio dire proprio niente!

Sono frasi messe sotto la forma delle informazioni che però sono tutto tranne che utili e precise. Prova per esempio a scendere in strada e chiedere a 20 persone cose intendo per buono. Se sei in Italia ti daranno almeno 50 definizioni diverse!

In questo blog si parlerà sempre in termini di ampiezza di saldatura (intesa come valore di picco, valore della semi-onda) con un preciso numero di riferimento perché è il parametro fondamentale che ti servirà per lavorare correttamente.

Questo parametro, che ho deciso di metterti a disposizione gratuitamente per i più noti polimeri su mercato e che troverai sotto forma di tabella alla fine del post è il punto di partenza di ogni processo di saldatura a ultrasuoni professionale.

Una delle cose importanti da sapere è che questo valore è relativo e non assoluto.

Sarà per te il punto di partenza per poi effettuare una regolazione più precisa.

Perché ti sto dicendo tutto questo?

Perché, come sicuramente saprai bene, su mercato ci sono un numero infinito di blends, compounds, compositi, cariche minerali, materiali di rinforzo che rendono questo valore variabile nell’applicazione pratica.

Ora, dopo qualche migliaio di test, ti posso dire che la variabilità del valore di ampiezza oscilla tra + e – 15% del valore classico.

Se vuoi sapere effettivamente con che ampiezza per esempio stai saldando la tua girante in NORYL allora vai direttamente al mio post sul calcolo dell’ampiezza negli insiemi sonici (sonic stack).

Un’informazione importante da tenere sempre a mente è che le cariche minerali in genere, come il vetro per esempio, sono dei fattori migliorativi per la SUS. Il contributo di queste cariche, irrigidendo la struttura a livello molecolare, migliora la trasmissione meccanica degli ultrasuoni e fa si che si possa correggere il valore dell’ampiezza col seguente coefficiente di riduzione:

0,92 > Kr < 0,83

Altre componenti all’interno del polimero hanno un effetto opposto, come gli antiurto che modificano il valore di ampiezza richiesto sperimentale di circa un +12%.

L’ultima considerazione che ritengo particolarmente utile da evidenziare è che, mentre per gli amorfi all’aumentare della temperatura vi è una diminuzione progressiva (con caratteristiche lineari) della viscosità, per i semi-cristallini si ha un comportamento molto più accentuato e brusco che può inficiare il contenimento del materiale nell’area di giunzione (di conseguenza avere un impatto negativo sulla tenuta del giunto una volta raffreddato).

Per questo motivo ti consiglio, in caso di utilizzo di materiali semi-cristallini, di utilizzare una modifica della forza di saldatura durante il ciclo per compensare questo effetto indesiderato.

Anche per questo post è tutto.

Se hai domande o chiarimenti da sottopormi usa pure lo spazio sottostante.

Buon lavoro e, chiunque tu sia, sii sempre unico.

Francesco