Schiumatura chimica di polipropilene (PP) con contenuto variabile di riciclato

Il settore automobilistico persegue oggi due obiettivi simultanei: ridurre il peso dei componenti e aumentare la quota di materiale riciclato, in ottemperanza alle normative europee sui veicoli fuori uso. Lo stampaggio a iniezione con schiumatura chimica risponde al primo, generando nel componente una struttura cellulare che ne riduce la densità a parità di volume; l'impiego di polipropilene riciclato post-consumo risponde al secondo. Le due strade tendono però a ostacolarsi: la qualità di una schiuma dipende dalla capacità del fuso di sostenere le pareti delle celle durante la crescita, e il riciclato, degradato dai cicli termo-meccanici precedenti, è in linea di principio il materiale meno adatto. L'effetto non è tuttavia univoco, poiché i contaminanti che il riciclato introduce possono agire da siti di nucleazione e favorire la formazione delle celle. La letteratura documenta separatamente la schiumatura del polipropilene vergine e il comportamento del riciclato nei processi convenzionali, mentre la loro combinazione su matrici caricate destinate all'automotive resta poco esplorata. Il presente lavoro, svolto in collaborazione con un'azienda del settore della compoundazione, si propone di comprendere come il contenuto di riciclato influenzi le proprietà meccaniche del componente schiumato, ricostruendo il percorso che lega la composizione al comportamento finale attraverso i due anelli che lo governano: la risposta reologica del fuso, che determina le condizioni in cui le celle si formano e crescono, e la morfologia cellulare che ne risulta. La finalità non è la sola caratterizzazione delle formulazioni esaminate, ma l'individuazione del parametro su cui intervenire per contenere la perdita di prestazione tra componente espanso e compatto, fornendo un criterio con cui orientare lo sviluppo di materiali per questa applicazione. La campagna sperimentale esamina quattro formulazioni a contenuto crescente di riciclato, dal materiale vergine fino al sessanta per cento in peso, processate mantenendo invariati profilo termico, dosaggio del masterbatch espandente e riduzione di peso imposta, così che l'unica variabile sia il contenuto di riciclato; per ciascuna vengono prodotti provini compatti ed espansi. Il fuso è caratterizzato mediante prove reologiche in regime oscillatorio, a frequenza variabile su due temperature della finestra di lavorazione e in raffreddamento controllato, affiancate dalla calorimetria differenziale a scansione. La struttura cellulare è esaminata al microscopio elettronico a scansione, ricavando numero e diametro medio delle celle e spessore dello strato compatto superficiale, ed è completata da misure di densità e dal rilievo dei difetti superficiali. Il comportamento meccanico è valutato con prove di trazione, flessione e impatto, queste ultime su provini intagliati e non intagliati. Sulla base delle evidenze raccolte viene infine individuata una formulazione di compromesso, sulla quale si interviene con un pretrattamento della matrice volto a modificarne la struttura molecolare. Il materiale ottenuto è sottoposto alla stessa campagna di caratterizzazione, per verificare se un'azione mirata sul parametro individuato, come determinante,si traduca in un effettivo miglioramento della struttura cellulare e delle prestazioni del componente espanso. I risultati mostrano che il riciclato aumenta la risposta elastica del fuso e la temperatura di cristallizzazione (+8 °C); dal vergine al 60 % le celle passano da 366 a 476 e il diametro medio da 114 a 101 µm. L'espanso perde sempre il 23-25 % a trazione e poco a flessione, ma all'urto (provini non intagliati) dal 19 al 39 %. Il pretrattamento non porta benefici perché il limite potrebbe essere la quantità di gas; il riciclato è vincolato dalla tenacità all'urto, non dalla schiumabilità.