Le caratteristiche del PESU nella produzione additiva
Appartenente alla famiglia dei solfoni, il polisolfone, polietersolfone o PESU, è un materiale ad alte prestazioni che presenta un profilo termico unico nel mondo dei termoplastici. Molto resistente al calore, è un polimero amorfo che, pur presentando proprietà interessanti per molti settori, è ancora poco conosciuto nel mondo della produzione additiva. Il PESU può essere acquistato sotto forma di filamenti, polveri e granuli per iniezione. I granuli per iniezione tendono a possedere livelli più elevati di purezza del materiale e rendono quindi possibile la stampa di parti funzionali nella forma grezza del PESU.
In particolare, ciò consente di ottenere gli stessi standard e certificazioni del materiale utilizzato per l’iniezione e quindi di offrire un materiale ad alte prestazioni ideale per i produttori. L’azienda francese Pollen AM è uno dei pionieri nell’utilizzo dei pellet PESU nell’AM. Di conseguenza, molte delle intuizioni sulle caratteristiche del materiale provengono dalla loro vasta ricerca. Ma quali sono esattamente queste caratteristiche e cosa rende il PESU un materiale così interessante per l’industria AM?
Struttura chimica del polietersolfone (PESU).
Produzione e caratteristiche del PESU nella stampa 3D
Il polisolfone è particolarmente noto per le sue proprietà termiche: Può infatti resistere a temperature molto elevate (fino a 220°C o 429°F), anche in ambiente liquido e di vapore fino a 170°C (338°F). Presenta caratteristiche di resistenza al fuoco e al fumo che lo rendono un materiale scelto dall’industria aerospaziale, ferroviaria e automobilistica. Per darvi un’idea, il materiale inizia a degradarsi sopra i 400°C (752°F) con una combustione che inizia tra i 475 e i 575°C (887°F e 1067°F). Oltre a questo profilo termico unico, il PESU è sicuro per gli alimenti, può sopportare carichi molto elevati e presenta buone proprietà di isolamento elettrico e dielettrico.
Il PESU viene normalmente prodotto mediante un processo di polimerizzazione a tappe, in cui monomeri contenenti gruppi funzionali etere e solfone reagiscono per formare lunghe catene polimeriche. I principali monomeri utilizzati nella sintesi del PESU sono il 4,4′-diidrossibifenil solfone (BPS) e il 4,4′-difluorodifenil solfone (DFDPS), che reagiscono in presenza di un catalizzatore e di un solvente. Il processo di polimerizzazione dà origine a un polimero di elevato peso molecolare e struttura lineare.
Ha un’eccezionale stabilità termica, che lo rende ideale per le applicazioni ad alta temperatura. Presenta inoltre un’eccellente resistenza chimica, che lo rende resistente a vari acidi, basi e solventi organici, anche in condizioni di esposizione a sostanze chimiche aggressive. La sua resistenza meccanica e la sua rigidità lo rendono adatto ad applicazioni che richiedono integrità strutturale e capacità di carico. Inoltre, il PESU mantiene la sua stabilità dimensionale anche in condizioni estreme, come le alte temperature e gli ambienti variabili.
Ha buone proprietà di isolamento elettrico, che lo rendono una scelta affidabile per i componenti elettrici ed elettronici. Essendo intrinsecamente ritardante di fiamma, PESU soddisfa diversi standard di sicurezza antincendio senza la necessità di additivi ritardanti di fiamma aggiuntivi. La sua composizione ne consente l’utilizzo in applicazioni che richiedono trasparenza. In una certa misura, il PESU è biocompatibile ed è stato utilizzato in alcune applicazioni mediche e sanitarie. Nel complesso, le eccezionali proprietà del PESU lo rendono prezioso in diversi settori.
L’elevata resistenza meccanica e la rigidità del PESU lo rendono adatto ad applicazioni che richiedono integrità strutturale e capacità di carico (Credits: Gerdau Graphene).
Stampa 3D con PESU
Il PESU è un materiale amorfo e presenta quindi una struttura molecolare disordinata. A differenza di un materiale semicristallino, è relativamente facile da modellare perché subisce meno effetti di contrazione ed espansione alla temperatura. Il suo punto di fusione è compreso tra 340 e 390°C (644 e 734°F). Queste due caratteristiche lo rendono, a priori, un materiale ideale per la produzione additiva.
Il PESU consente ai produttori di stampare in 3D parti complesse e il fatto che sia resistente al calore, al fuoco e al fumo è un vantaggio soprattutto in alcuni settori. Se lo confrontiamo con il PEI (il cui marchio più noto è ULTEM), ad esempio, ora disponibile sotto forma di filamenti, il PESU non solo ha caratteristiche migliori ma è anche meno costoso. Inoltre, il polietersolfone ha un assorbimento di umidità significativamente inferiore e rappresenta quindi un’alternativa da prendere in seria considerazione. Detto questo, può essere difficile adattare il materiale alla stampa FDM in modo specifico e, sebbene sia attualmente disponibile presso alcuni produttori di materiali, va notato che per trasformarlo in un filamento spesso perde le caratteristiche che lo rendono interessante in primo luogo, anche se ci sono aziende che stanno lavorando per superare questo ostacolo.
Il produttore di elettrodomestici De’Longhi utilizza il polietersulfone (PESU) di BASF per il pistone superiore dell’unità di erogazione della macchina da caffè (Foto: BASF 2020)
Applicazioni del polisolfone
Grazie alle sue caratteristiche termiche, il PESU stampato in 3D è ideale per applicazioni in un’ampia gamma di settori. È popolare nel settore dei trasporti, per applicazioni aerospaziali e ferroviarie, ma anche in settori come quello automobilistico, elettronico, medico e dei beni di consumo. È comunemente utilizzato nella produzione di componenti per aerei, parti di automobili, connettori elettrici, membrane di filtrazione e dispositivi medici. La sua versatilità, la forza e la resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici rendono il PESU un materiale prezioso per le applicazioni ingegneristiche più esigenti. Essendo resistente ai fluidi, ai grassi e alla benzina, è adatto alla produzione di articoli come le sonde di livello dell’olio. Può anche essere utilizzato per produrre dispositivi medici di protezione personale.
Infine, il PESU è spesso utilizzato per sostituire la famiglia delle poliammidi e il policarbonato. Offre una buona trasparenza, è sicuro per gli alimenti e sterilizzabile. Si noti, tuttavia, che il PESU non è flessibile. Anche se attualmente non è un materiale ampiamente prodotto per la stampa 3D, ci sono diverse aziende che lo offrono. Grazie alle sue qualità promettenti, sembra probabile che nel prossimo futuro sarà più utilizzato, tenendo conto inoltre che industrie come quelle aerospaziale e automobilistica utilizzano sempre più la stampa 3D nella produzione di parti finali.
La resina PESU rinforzata sta diventando una scelta popolare per i componenti automobilistici, sostituendo gradualmente i tradizionali materiali metallici e termoindurenti ( Crediti: SpecialChem 2023).
Produttori e prezzo
Esistono diverse aziende che producono PESU, offrendo diversi gradi e formulazioni adattate a varie applicazioni industriali. Alcuni noti produttori di PESU sono Pollen AM, Solvay, BASF, Victrex, Ensinger e SABIC. Per quanto riguarda i prezzi, il costo del PESU può variare a seconda di diversi fattori quali la qualità, la quantità acquistata e il fornitore. Il PESU è generalmente considerato un termoplastico tecnico più costoso per le sue proprietà e caratteristiche prestazionali. I prezzi possono variare da 40 a 100 dollari o più per chilogrammo, a seconda del grado e del fornitore.
È essenziale notare che i prezzi possono cambiare nel tempo a causa delle fluttuazioni dei costi delle materie prime, della domanda di mercato e di altri fattori. Per le informazioni sui prezzi più aggiornate e accurate, si consiglia di contattare direttamente i produttori o i distributori autorizzati. Inoltre, è consigliabile confrontare i prezzi di varie fonti per garantire il miglior valore per ogni applicazione.
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* Crediti della foto di copertina: Medical Plastics News