Matrice termoplastica e fibre naturali danno vita a un composito ultraleggero e ad una tecnologia definita per ottenere un compound pronto per essere direttamente estruso attraverso un processo produttivo semplificato ed economico
Pavimentazioni, recinzioni, schermi frangisole, elementi ornamentali, mobili da esterni e da interni: sono queste le applicazioni principali dei compositi plastica-legno (WPC o wood plastic composite), costituiti da farina di legno derivante da scarto selezionato dell’industria del legno e da polimeri, in genere PP, PE o PVC. E, secondo il recentissimo studio “Wood-Plastic Lumber Composite & Plastic” di The Freedonia Group (società specializzata in ricerche di mercato, NdR), il loro consumo è in crescita. In particolare, la domanda statunitense dei WPC è proiettata verso una crescita del 13% annuo che arriverà, entro il 2015, a 5,4 miliardi di dollari, dando vita a un mercato di 1,18 miliardi di chilogrammi di plastica.
Negli USA, l’edilizia rappresenta il 65% del mercato dei compositi plastica-legno, in cui il decking (il rivestimento in listoni per pavimenti esterni e interni, NdR) è il comparto prevalente con una quota del 15%. In Europa l’interesse è decisamente più limitato: nel 2009 valeva circa 68.000 tonnellate, di cui il decking deteneva una quota del 57%, che secondo le stime crescerà insieme ad altre applicazioni come recinzioni, prodotti da esterni, porte e finestre. L’impegno dei produttori a ottenere finiture a effetto legno sempre migliori stimolerà ulteriormente la domanda. Tra queste, in Italia, c’è Friul Filiere che ha recentemente sviluppato un materiale, il FFC™, e la tecnologia per lavorarlo.
Un prodotto tailor-made
Il marchio FFC è registrato dall’azienda friulana, che ha depositato una domanda di brevetto comprensiva di tutti gli aspetti tecnologici relativi alla formulazione, agli impianti e al processo, fino alle caratteristiche del prodotto finito. Il materiale non è commercializzato presso alcun trasformatore di materie plastiche o di materiali compositi e, pertanto, non è approvvigionabile se non attraverso la stessa azienda. Friul Filiere supporta il cliente sia nello sviluppo del prodotto, che viene preparato per soddisfare richieste personalizzate, sia nella progettazione, nella realizzazione e nel test delle attrezzature nei propri reparti di produzione e di ricerca e sviluppo. Le prove vengono effettuate su linee complete di estrusione Omega Evolution (nella foto in apertura), comportando anche la rivisitazione del telaio monoblocco già brevettato. Inoltre, l’azienda ha arricchito la struttura originaria del downstream della linea Omega con dettagli che lo rendono ancora più flessibile e pratico, permettendo l’inserimento in linea di macchine accessorie in modo agevole e rapido. In particolare, la declinazione della linea dedicata al processo specifico per l’estrusione del FFC, può essere abbinata a estrusori, sempre della Linea Omega, monovite o bivite contro-rotanti.
Un materiale a formulazione flessibile
L’acronimo FFC significa foam fiber composite, e si riferisce a un materiale costituito da una matrice termoplastica e da fibre naturali, in percentuale variabile, opportunamente formulate e miscelate per ottenere un compound omogeneo, pronto per essere estruso direttamente da dry-blend sulle linee di estrusione equipaggiate con monoviti speciali o biviti contro-rotanti, senza passare attraverso la fase di granulazione e permettendo un processo produttivo semplificato ed economico. Il materiale può essere lavorato anche secondo i processi di stampaggio a iniezione, quindi diversi dall’estrusione.
Rispetto ad altri materiali offerti dal mercato, il nuovo composito presenta vantaggi secondo la costituzione:
• di tipo monomateriale, che offre, all’esterno, una superficie compatta, liscia e rigida e, all’interno, una massa espansa a celle chiuse;
• di tipo “ultra-leggero”, poiché offre un peso specifico pari a 0,6÷0,7 g/cm3, tale da consentire l’elevata riduzione dei costi;
• di carattere lavorabile come il legno (per le opere di piallatura, incollaggio, impiallacciatura, di avvitatura, fresatura e chiodatura, con possibilità di rivestimento mediante pellicole di nobilitazione, verniciatura e laccatura diretti);
• di natura ecologica, per la possibilità di riciclaggio completo;
• di tipo autoestinguente nei confronti dell’infiammabilità, classificato in classe V0 secondo le norme UL94;
• di tipo resistente rispetto ai caratteri e alle sollecitazioni fisico-meccaniche, secondo:
• la stabilità dimensionale;
• il modulo elastico di Young = 2.000 N/mm2, affermando il buon grado di elasticità (che rende possibile applicazioni anche su superfici curve);
• la durezza superficiale Shore A = 100;
• la temperatura Vicat = 83;
• il coefficiente di conduzione termica = 0,13 W/mK, che sostiene l’impiego per le ristrutturazioni energetiche, poiché conforme ai parametri di efficienza europei;
• la dilatazione termica lineare = 10-3 mm/°C;
• il ritiro a caldo = 0,2%;
• l’assorbimento igroscopico = 0,28%, configurando l’elevata capacità sia di impedire l’assorbimento d’acqua, sia di ridurre il trattenimento dell’umidità per l’espansione dovuta alla composizione a “celle chiuse” (tabella 1).
1 Confronto tra le caratteristiche meccaniche del FFC e di altri materiali
| FFC | MDF | Legno | PVC rigido | WPC - PVC | WPC - PE/PP | PVC espanso | Norme | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % Legno | 30 | 93 | 100 | 0 | 50 | 60 | 0 | - |
| Peso specifico | 0,65 | 0,7 | 0,7 | 1,5 | 1,5 | 1,2 | 0,65 | AST MD 792 |
| Assorbimento acqua | 0,28 | 5 | 3 | 0,05 | 0,15 | 0,1 | 0,28 | AST MD 570 |
| Modulo elastico | 2.000 | 8.000 | 40.000 | 2.500 | 2.800 | 1.500 | 1.300 | AST MD 790 |
| Temperatura Vicat | 83 | - | - | 83 | 83 | 95 | 80 | AST MD 525 |
| Durezza superficiale Shore A | 100 | > 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | AST MD 676 |
| Infiammabilità | autoest. V0 | infiam. | infiam. | autoest. V0 | autoest. V0 | infiam. | autoest. V0 | UL 94 V |
| Coefficiente conduzione termica (W/m°K) | 0,13 | 0,12 | 0,15 | 0,15 | 0,12 | 0,15 | 0,17 | AST MD 2326 |
| Ritiro a caldo (%) | 0,2 | 0,05 | 0,05 | 2 | 0,5 | 0,5 | 1 | AST MD 696 |
| Dilatazione termica lineare (mm/°C) | 10-mar | in test | in test | in test | in test | in test | in test | - |
Il confronto delle caratteristiche del nuovo materiale con alcuni che può sostituire dal punto di vista meccanico, funzionale e tipologico – come il legno e le materie plastiche tradizionali – è evidenziato anche attraverso il confronto eseguito nel rapporto tra il volume e il peso, nel rapporto tra il volume e il costo e nel rapporto tra il peso e il costo (tabella 2).
2 Confronto tra il nuovo materiale e i materiali sostituibili secondo le correlazioni volumetriche, di peso e di costo
| Rapporto volume/peso (m3/kg) | Rapporto volume/costo (m3/€) | Rapporto peso/costo (m3/€) | |
|---|---|---|---|
| FFC | 1 m3 = 650 kg | 1 m3 = 578 € | 1 kg = 0,89 € |
| Legno | 1 m3 = 700 kg | 1 m3 = 1.400 € | 1 kg = 2,0 € |
| MDF | 1 m3 = 700 kg | 1 m3 = 230 € | 1 kg = 0,43 € |
| WPC-PE/PP | 1 m3 = 1.200 kg | 1 m3 = 1.200 € | 1 kg = 1,0 € |
Le caratteristiche del materiale sono definite secondo la composizione realizzata dalla quantità pari al 50% di materiale plastico e dalla quantità pari al 50% di fibre naturali. A tale proposito, come spiega Valdo Artico, presidente e CEO di Friul Filiere :«La formulazione flessibile racchiude la vera forza innovativa del FFC: si possono inserire non solo gli scarti delle fibre naturali (come juta, canapa) quanto, soprattutto, gli scarti dei materiali termoindurenti generalmente indicati come rifiuti speciali (come MDF, urea, gomma, vernici)».
La produzione del compound ha richiesto un’accurata formulazione, «Poiché – continua Artico – non è stato facile riuscire a fare espandere il materiale termoplastico con la presenza delle fibre naturali. In ogni caso, il giusto equilibrio tra i vari componenti è stato risolutivo».
Le applicazioni e i vantaggi
Per quanto riguarda le possibilità offerte all’interno dello scenario attuale, puntualizza Valdo Artico: «L’FFC è un composito diverso rispetto a tutti gli altri (in particolare, grazie al fatto che è alleggerito a celle chiuse) e possiede un buon potenziale sul mercato, perché rappresenta un sostituto dei WPC (più costosi) e del MDF (materiale povero, con scarse caratteristiche meccaniche). Nella formulazione FFC si possono inserire e riutilizzare scarti di materiale termoplastico o addirittura termoindurente, ed è possibile ottenere un profilo estruso di alta qualità e ottime caratteristiche fisico-meccaniche. Queste caratteristiche performanti rendono il nuovo composito ideale per le applicazioni in molti settori diversi, in particolare nell’edilizia e nelle costruzioni, per spingersi poi anche all’arredamento e alle decorazioni di interni». In particolare, nel settore dei serramenti in alluminio-legno, offre la possibilità di sviluppare soluzioni per il “sistema finestra” in sostituzione dei tradizionali profili in legno: gli elementi in FFC, nel mantenere i caratteri estetici inalterati, esprimono anche l’aspetto naturale e “accogliente” del materiale ligneo, tuttavia proponendo livelli prestazionali superiori ed eliminando notevoli problemi finora irrisolti (figura 2).
I vantaggi che il materiale presenta in questo tipo di applicazione sono numerosi: è “ultra-leggero”, non si deteriora, non necessita di manutenzioni, non subisce alterazioni di colore sugli angoli e nei punti generalmente aggrediti dall’umidità ed è antibatterico. Inoltre, è adatto al serramentista che intenda progettare dei sistemi per serramenti innovativi, «Poiché ha la possibilità di produrre in FFC profili anche molto complessi, non realizzabili con altri materiali e rispettivi processi di lavorazione, ovvero profili dotati di sezioni sotto-squadra per agganci speciali, grazie ai quali facilitare la fase di assemblaggio con altre parti componenti. Inoltre, si manifesta il rilevante vantaggio economico, che permette di ottenere prodotti altamente competitivi rispetto ai materiali utilizzati fino a oggi nei serramenti, ma non solo» precisa Artico.
Il produttore ha effettuato uno studio comparativo prendendo in esame un profilo battiscopa, considerato particolarmente esemplificativo. Pur rilevando un aspetto estetico tradizionale, il manufatto racchiude particolarità tecniche (accennate in relazione ai profili per serramenti) migliorative rispetto ai prodotti attualmente in commercio e, comunque, non realizzabili con altri materiali e rispettivi processi di lavorazione quali, per esempio, i “dentini” sotto-squadra per incrementare la possibilità di aggrapparsi da parte del fissante, il “piedino” di aggancio per il fissaggio rapido su supporto, fino allo spazio passacavi (tabella 3).
3 Comparazione economica (€/ml) per la produzione di elementi battiscopa
| Costi materie prime | Costi di trasformazione | Costo profilo totale | Costo profilo totale con finitura (+0,320 €) | Prezzo di vendita indicativo totale (+20% +20%) | Prezzo di vendita indicativo (variaz.%) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FFC | 0,3 | 0,14 | 0,44 | 0,76 | 1,06 | - |
| MDF | 0,443 | 0,21 | 0,653 | 0,973 | 1,36 | 28% |
| Legno | 2,06 | 0,21 | 2,27 | 2,59 | 3,63 | 241% |
| PVC rigido | 0,92 | 0,32 | 1,24 | 1,56 | 2,18 | 105% |
| PVC espanso | 0,4 | 0,14 | 0,54 | 0,86 | 1,2 | 13% |
| WPC-PVC | 0,53 | 0,34 | 0,87 | 1,19 | 1,67 | 57% |
| WPC-PE/PP | 0,615 | 0,13 | 0,745 | 1,065 | 1,49 | 40% |
Oltre all’elaborazione degli apparati di telaio, il materiale è proposto anche per i settori dell’arredamento e della decorazione d’interni, sia sostenendo l’alternativa e la sostituzione del WPC o di altri termoplastici come il MDF, sia affermando l’eliminazione di molteplici problemi finora irrisolti, quali la deformazione dei profili a causa dell’assorbimento dell’acqua o la stabilità dimensionale. Un altro comparto interessante per l’applicazione del materiale è la realizzazione dei profili decking, usati per gli impieghi sui pavimenti interni o esterni, secondo un incremento delle performance fisico-meccaniche. Gli aspetti estetici, così simili al legno, offrono la possibilità di eseguire delle applicazioni caratterizzate dall’elevato rapporto qualità-prezzo, per il basso costo materia prima e per il processo di estrusione semplificato, in quanto si può estrudere direttamente da dryblend. È possibile anche aggiungere una coestrusione esterna al profilo con un rivestimento in PVC, con colori ed effetti superficiali diversi secondo le specifiche esigenze del cliente.
