Congresso delle Materie Plastiche - 14 NOVEMBRE 2013 Erico SPINI - Marketing & Application Development Director (Radici Plastics)

1. Materiali speciali e approccio progettuale per un
design innovativo: un binomio essenziale nella
sostituzione dei metalli
Erico SPINI - Marketing & Application Development Director (Radici Plastics)
14 NOVEMBRE 2013 - JUST HOTEL LOMAZZO FIERA Lomazzo (CO)

2. Sommario
Approccio metodologico al design con polimeri per uso
ingegneristico :
l’analisi funzionale
l’analisi di impatto ambientale (eco-design)
l’analisi dei costi
l’approccio FEA (design virtuale)
Esempi Applicativi :
Poliammidi speciali per la sostituzione del metallo :
staffa reazione
Poliammide per coprimotore estetico per motore
turbo
Poliammidi per componenti estetici sedie stadio

3. Design con materie plastiche per applicazioni
ingegneristiche
Obiettivo
Minimizzare il tempo necessario al raggiungimento
del design ottimale di un prodotto tramite la
riduzione delle iterazioni necessarie alla corretta
definizione sia del materiale che della forma
geometrica

4. Analisi funzionale : comprendere le esigenze dell’
applicazione classificandole per ordine di importanza
Definire le proprietà che si aspettano
dall’applicazione tramite un confronto stretto tra
progettista e fornitore di materia plastica
(necessità implicite ed esplicite)
Definire eventuali funzioni aggiuntive che
possano rendere l’applicazione ancora più
attrattiva a confronto con la soluzione
eventualmente già esistente (vantaggio
competitivo)

5. Analisi funzionale : le funzioni dell’ applicazione sono
descritte identificando in quale fase di vita si troverà
l’oggetto da progettare
• Trasformazione (iniezione,
Fase1 soffiaggio, estrusione)
• Post lavorazione (montaggio,
Fase2 saldatura, verniciatura)
Fase3
• Utilizzo
• Fine utilizzo (riciclaggio,
Fase4 smaltimento)

6. Analisi funzionale : traslare le funzioni richieste
dall’applicazioni in proprietà del polimero
Un processo in tre “steps” fondamentali
Per ogni funzione associata alla fase di vita
dell’oggetto andrà assegnato un fattore di
importanza.
Successivamente si procederà a tradurre le
esigenze funzionali in proprietà associate al
materiale da proporre.
Sulla base delle caratteristiche richieste al
materiale si proporranno formulazioni già esistenti
o si procederà a definire una nuova formulazione

7. Analisi impatto ambientale
Questo approccio è parte integrante della politica del Gruppo Radici volto
al miglioramento della “performance ambientale” dei propri prodotti e
processi
•
Radici aderisce allo standard internazionale GRI (Global Reporting
Initiative).
GRI :
•
Esprime, attraverso una struttura di indicatori interconnessi, una visione
sistemica ed integrata della sostenibilità di business.
•
I documenti informativi, dal 2011, sono certificati da un soggetto
esterno indipendente

8. Analisi impatto ambientale
LCA
Life Cycle
Assessment
EPD
PCR
Environmental
Product Declaration
Product
Category Rule
La funzione fornita dal prodotto da confrontare, i dati e le metriche,
sono regolati dalle Product Category Rules e riportati in
Dichiarazioni Ambientali di Prodotto, applicando la metodologia ed
effettuando le misure in accordo con LCA (Life Cycle Assessment)

9. Analisi impatto ambientale
Life Cycle Assessment è definito dalla norma ISO 14040 come:
“Classificazione e valutazioni degli input, degli output e dei
potenziali impatti ambientali di un sistema di prodotto durante il
suo ciclo di vita”
Negli studi LCA comparativi non sono i prodotti stessi che
costituiscono la base per il confronto, ma la funzione fornita da
questi prodotti.

10. Analisi impatto ambientale
Radici Plastics ha implementato attività volte all’ottenimento di
Dichiarazioni Ambientali dei prodotti principali Radilon® certificate
da un ente indipendente (EPD, Environmental Product Declaration)
Obiettivo :
Collegare la prestazione tecnica a quella
ambientale, scegliendo tra diverse alternative
formulative e/o di processo quella a minore
impatto ambientale

11. Analisi impatto ambientale : esempio di confronto
indicatori LCA
LCA Indicators - EPD model
PA Grade 1
100
100
100
PA Grade2
100
100
93
81
66
Global Warming
(GWP 100)
100
95
80
63
Ozone Layer
Depletion
Photochemical
Oxidation
Acidification
Eutrophication
Non
renewable, fossil
Esempio di confronto relativo a diverse categorie di impatto ambientale per
due formulazioni a confronto : i dati relativi ai polimeri di base si riferiscono ai
valori misurati riferendosi ai processi specifici di Radici

12. Esempi di sostituzione metallo per applicazioni
strutturali
Sostituzione Metallo : criteri di selezione dei materiali
per un design ottimale
Analisi funzionale in stretta cooperazione con il cliente
Selezionare il/i materiali candidati o progettare un prodotto
su misura
Effettuare l’analisi comparativa dei costi
FEA per ottimizzazione geometria (design virtuale)

13. Esempio di re-design da metallo a plastica : staffa
reazione scatola cambio
Fase Vita
Funzione
Importanza
Proprietà richieste
al materiale
Trasformazione
Produttività
**
Fluidità
Uso
Carico Abuso
****
Resistenza a
trazione a 23°C
RH50
Uso
Vibrazioni
****
Resistenza a fatica
Uso
Invecchiamento termico
****
Resistenza
meccanica dopo
invecchiamento
120 °C, 3000 ore
Uso
Condizioni operative
(innesto/disinnesto marce)
****
Resistenza a fatica
Fine utilizzo
Riciclaggio
**
Riutilizzo come
post consumer
* Importanza marginale, **** Richiesta imprescindibile

14. Esempio di re-design da metallo a plastica : staffa
reazione scatola cambio auto
Nome del componente : Staffa Reazione Scatola Cambio
Parti/anno : 150000
Durata temporale della produzione : 6 anni
Materiali : Radilon® A RV500RW versus Alluminio
Costi Relativi
Radilon® A RV500RW
N. cavità : 2
Allluminio
N. cavità : 2
Materiale
100
80
Processo
30
110
Assemblaggio
15
Post lavorazioni
35
Ammortamento
attrezzature
10
28
Costo totale
155
253
Costo Soluzione in poliammide -38%

15. Esempio di re-design da metallo a plastica : staffa
reazione scatola cambio auto
STEP 1
Esempio di
progettazione
“virtuale” da metallo
a plastica attraverso
“steps” successivi di
ottimizzazione.
STEP 2
Ottimizzazione
Geometria del
Manufatto
Stress
Analisi
Simulazione
Riempimento
Stampo

16. Esempio di design nuovo componente in PA: coperchio motore
turbo
Fase Vita
Funzione
Importanza
Proprietà richieste al
materiale
Trasformazione
Produttività
***
Alta fluidità
Trasformazione
Aspetto estetico
****
Alta fluidità, tipologia additivi
Trasformazione
Depositi stampo
***
Sistema FR appropriato
Post lavorazione
Verniciatura (alcune
versioni)
****
Adesione PA-Vernice
Uso
Vibrazioni
***
Resistenza a fatica
Uso
Invecchiamento termico
****
65% resistenza a trazione dopo
1000 ore a 170 °C
Uso
Resistenza alla fiamma
****
UL V0 a 0,8 mm dopo 3000 ore a
170 °C in aria (norma GMV 16864)
Fine utilizzo
Riciclaggio
***
Recupero come post consumer
* Importanza marginale, **** Richiesta imprescindibile

17. Esigenze funzionali e formulazione su misura: esempio
di coprimotore innovativo per motore turbo
Sulla base degli input provenienti
dall’analisi funzionale si è
provveduto allo screening di
diverse formulazioni tramite test
interni e presso il cliente.
Prodotto omologato :
Radiflam® A RV150HHR AF 3700
BK
(PA66-15% FV, con elevatissima
protezione all’invecchiamento
termico , alta fluidità, aspetto
superficiale superiore, ritardante
alla fiamma UL-V0)
Tempo necessario allo sviluppo :
1 anno circa

18. Esempio di design nuovo componente in PA: sedute stadi Brasile
2014
Fase Vita
Funzione
Importanza
Proprietà richieste al
materiale
Trasformazione
Produttività
***
Alta fluidità
Trasformazione
Aspetto estetico
****
Alta fluidità, selezione additivi
Trasformazione
Colorabilità in diverse tonalità
(seduta)
****
No fosforo rosso
Uso
Resistenza UV
****
10 anni esposizione
Uso
Resistenza alla fiamma
****
UL-V0 a 3 mm spessore
Uso
Resistenza Meccanica
(Bracciolo)
***
Resistenza rottura a trazione
Uso, Fine utilizzo
(Rispetto Normative
ambientali)
No alogeni
****
No sistemi antifiamma con
alogeni
Fine utilizzo
Riciclaggio
***
Recupero come post consumer
* Importanza marginale, **** Richiesta imprescindibile

19. Esigenze funzionali e formulazione su misura: esempio di
sedute per stadio mondiali di calcio Brasile 2014
Sulla base degli input provenienti
dall’analisi funzionale si è
provveduto allo screening di
diverse formulazioni tramite test
interni e presso il cliente.
Prodotti omologati :
. Radiflam® S RV120UK HF per le
sedute (PA6-FV12, stabilizzata
UV, colori diversi, estetica
eccellente)
. Radiflam ®S RV300UK HF Bk
per i braccioli (PA6-FV30,
stabilizzata UV, estetica
eccellente, resistenza
meccanica elevata)
Tempo necessario allo sviluppo :
18 mesi circa

20. Conclusioni
Come dimostrato in questi esempi applicativi la poliammide è
uno dei materiali plastici più versatili adatto per innumerevoli
applicazioni in settori industriali con esigenze anche molto
diversificate
La versatilità e la grande flessibilità nel formulare prodotti su
misura permette un approccio progettuale e di design con pochi
limiti imposti al progettista e/o designer
Per progetti complessi, sia nella sostituzione dei metalli che per
nuove soluzioni partendo dalla plastica, l’analisi funzionale, di
impatto ambientale, dei costi e il supporto FEA possono essere
fattori decisivi nel centrare il materiale più idoneo da subito
Radici sta introducendo un nuovo approccio nella scelta del
polimero più corretto ponendo grande attenzione all’impatto
ambientale. Il concetto di eco-design potrebbe a breve diventare
un fattore imprescindibile nella scelta dei materiali

21. Grazie per l’attenzione
Erico SPINI - Marketing & Application Development Director (Radici Plastics)
14 NOVEMBRE 2013 - JUST HOTEL LOMAZZO FIERA Lomazzo (CO