Cariche e agenti di rinforzo

Una carica è una sostanza inerte, minerale o vegetale, aggiunta a un polimero di base per modificarne le proprietà meccaniche, elettriche, termiche o l'aspetto superficiale, oppure per ridurre il costo di un materiale.

La scelta di una carica dipende dalle proprietà desiderate e deve soddisfare una serie di requisiti:
- Compatibilità con la matrice: nessuna tossicità, nessuna scolorimento o impurità fastidiosa, neutralità e inerzia chimica, resistenza al calore e alla luce, bassa assorbenza d'acqua, nessuna influenza sulla stabilità del polimero o del suo colore.
- Bagnabilità: buona distribuzione delle polveri nella matrice polimerica o adesione delle fibre alla resina di base.
- Uniformità di qualità e granulometria.
- Bassa azione abrasiva sull'utensile di lavorazione.
- Costo adeguato all'applicazione.

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Le cariche migliorano molte proprietà che il materiale polimerico non possiede intrinsecamente o non può raggiungere. In particolare, consentono uno o più dei seguenti effetti:
- aumento della rigidità e della durezza;
- regolazione della dilatazione termica e del ritiro;
- aumento della resistenza termica;
- riduzione dello scorrimento viscoso;
- modifica delle proprietà reologiche (comportamento di flusso, tissotropia);
- lavorazione più semplice;
- modifica dell'aspetto (opacità, colore, texture).

Per consentirne l'incorporazione, le cariche devono soddisfare diverse proprietà chimiche e fisiche.

Infatti, le cariche non devono reagire chimicamente con la matrice, gli additivi e gli stabilizzanti. Inoltre, devono essere considerati il colore e l'indice di rifrazione, la densità, il contenuto di sostanze volatili, la granulometria, la durezza Mohs e la dispersibilità.

In generale, le cariche sferiche hanno un debole effetto interfacciale con la matrice polimerica e si comportano come cariche inerti che sostituiscono, per effetto di massa, un determinato volume di polimero.
Pertanto, polveri e farine economiche hanno un'utilità economica. Queste cariche riducono il costo dell'operazione di formatura, diminuiscono il ritiro e talvolta migliorano la resistenza meccanica del materiale (in particolare in compressione).

Al contrario, le cariche fibrose generano un'interazione significativa tra la loro superficie e la matrice polimerica e assumono quindi (ad eccezione delle fibre vegetali) il ruolo di rinforzo del materiale plastico. Migliorano la resistenza alla rottura, aumentano la rigidità e garantiscono una migliore conservazione di queste proprietà ad alta temperatura.

Sono spesso definite cariche di rinforzo o agenti di rinforzo.

Le cariche minerali spesso migliorano le proprietà dielettriche, aumentano la resistenza al calore e all'umidità, aumentano la densità del materiale stampato e riducono il ritiro.