Assemblaggio di compositi termoplastici

La nuova vite FLOWpoint Delta PT combina le caratteristiche di due collaudati design di dispositivi di fissaggio, la vite Delta PT per l'assemblaggio di materie plastiche e la vite per perforazione a flusso FDS per l'assemblaggio di lamiere. Foto per gentile concessione di Semblex Corp.

L'opzione migliore per fissare la plastica contenente vetro, talco o altri riempitivi è generalmente una vite autofilettante, come la Delta PT. Foto per gentile concessione di Semblex Corp.

Gli inserti filettati sono un'altra opzione per il fissaggio dei compositi termoplastici. Tuttavia, potrebbe essere necessario aumentare la dimensione del foro consigliata, a seconda del contenuto di riempitivo del materiale. Foto per gentile concessione di SPIROL International Corp.

I saldatori a ultrasuoni sono più che capaci di saldare la plastica riempita. In effetti, una percentuale compresa tra il 10 e il 20% di riempitivo può effettivamente aiutare il processo rendendo il materiale più rigido. Foto per gentile concessione di Branson Ultrasonics

Oggigiorno la plastica e i compositi polimerici sono essenziali per un'ampia gamma di componenti di sicurezza e prestazioni delle automobili. Infatti, l’uso di compositi plastici e polimerici nei veicoli leggeri è aumentato da meno di 20 libbre per veicolo nel 1960 a 334 libbre per auto nel 2015.

Un materiale come il nylon 66 con rinforzo in fibra di vetro al 33% viene utilizzato in una miriade di assemblaggi automobilistici, inclusi collettori, coperture del motore, contenitori in carbonio, supporti del motore, leve del cambio e serbatoi del radiatore.

Sfortunatamente, i riempitivi che aggiungono robustezza, rigidità e resistenza al calore alle parti in plastica offrono agli ingegneri ulteriori spunti a cui pensare quando pianificano il processo di assemblaggio.

Esistono numerose tecnologie per la saldatura delle parti in plastica: ultrasuoni, vibrazione, rotazione, piastra calda, infrarossi e laser. Tutti possono unire plastiche rinforzate con fibre di vetro, talco, mica o altri riempitivi. Il metodo da utilizzare dipende dalla plastica; il tipo e la quantità di riempitivo; la dimensione e la forma delle parti; e i requisiti della domanda.

Indipendentemente dal processo, i materiali caricati in genere necessitano di “più tempo, più pressione e più energia”, afferma Jason Barton, responsabile vendite e marketing nazionale presso Dukane Corp. “I materiali semicristallini tendono ad aver bisogno di un po’ di più”.

Questo può essere un problema quando si utilizza la saldatura a ultrasuoni o a vibrazione. Un'ampiezza eccessiva può incrinare o indebolire le aree distali delle parti.

La progettazione delle parti è un altro problema. Quando si saldano plastiche che contengono riempitivi, è una buona idea aumentare la quantità di materiale sull'interfaccia del giunto. "Di solito, con un materiale riempito è necessaria una superficie di saldatura maggiore rispetto a quella necessaria con un materiale vergine", afferma Barton.

Quando possibile, gli ingegneri preferiscono utilizzare gli ultrasuoni per saldare parti in plastica, grazie alla sua velocità ed economia.

"Saldiamo continuamente la plastica riempita", afferma Sophie Morneau, direttore globale dello sviluppo di applicazioni Emerson presso Branson Ultrasonics. “In effetti, una quantità compresa tra il 10 e il 20% di riempitivo può effettivamente aiutare la saldatura a ultrasuoni rendendo il materiale più rigido, il che aiuta a trasmettere le vibrazioni al giunto di saldatura. Più il materiale è morbido, più assorbirà le vibrazioni.”

D'altra parte, una quantità eccessiva di materiale di riempimento può influire negativamente sulla saldatura. "Se si dispone di troppa fibra, non si otterrà una buona miscelazione della plastica sull'interfaccia di saldatura, quindi ottenere una tenuta ermetica può essere un problema", spiega Morneau. "Con un contenuto di riempimento superiore al 30%, potresti iniziare a vedere problemi."

Un'altra considerazione è che i riempitivi, soprattutto la fibra di vetro, possono essere abrasivi. Le trombe a ultrasuoni potrebbero necessitare di un rivestimento protettivo per prevenire l'usura prematura.

Quando le parti sono troppo grandi, troppo complesse o troppo resistenti per la saldatura a ultrasuoni, vengono alla ribalta altri processi. Uno di questi è la saldatura a vibrazione. In effetti, alcune prove suggeriscono che le vibrazioni potrebbero aiutare a intrecciare le fibre sull’interfaccia di saldatura e quindi ad aumentare la resistenza del giunto.

Quando si utilizza la saldatura a vibrazione per unire materiali riempiti, il cordone di saldatura, ovvero l'area della parte che viene fusa durante il processo, dovrebbe essere più largo e più alto del normale, consiglia Kevin Buckley, responsabile delle applicazioni tecniche Emerson presso Branson Ultrasonics. "Se le pareti del pezzo hanno uno spessore di 2 millimetri, il cordone di saldatura dovrebbe essere di 2,5 millimetri", spiega. "Se è uguale allo spessore della parete, puoi aspettarti il ​​90% della resistenza del materiale principale."