0201. Qual è il fenomeno che provoca il cambiamento di colore di una lastra di pvc se piegata?

Vorrei sapere quale sia il fenomeno che provoca il cambiamento di colore di una lastra di pvc estrusa quando sottoposta a sollecitazione meccanica (esempio la piegatura). In particolare, una lastrina grigia, nella zona di piega sbianca sia dal lato delle fibre tese che da quello delle fibre compresse. Perché? (Alberto) (2022)

Prima di rispondere alla domanda può essere utile premettere un pizzico di storia sulla scoperta del PVC e una indicazione delle sue caratteristiche.

Nel 1835 H. Regnault ottiene la prima sostanza basata sul principio della polimerizzazione che verrà poi denominata PoliVinilCloruro (PVC) .

Molti dei materiali che utilizziamo quotidianamente sono costituiti da polimeri , cioè macromolecole formate da molecole più semplici, chiamate monomeri . I polimeri possono essere sintetici o naturali, questi ultimi sono particolarmente comuni in piante e animali. Molti tessuti viventi (le proteine negli animali e i carboidrati nelle piante) e molti dei cibi che consumiamo tutti i giorni (fibre, cereali, carne) sono costituiti da polimeri; inoltre, le piante e gli animali generano sostanze a base di polimeri che vengono solitamente prodotte come fibre e in seguito lavorate e trasformate in fili e tessuti. Nel processo di polimerizzazione, che avviene in presenza di specifici catalizzatori, i monomeri vengono riaccorpati e legati in lunghe catene. Si ottengono così i polimeri, ciascuno dei quali ha proprietà, struttura e dimensione diverse in funzione dei differenti tipi di monomeri di base. La formula strutturale del PVC è:

Il PVC è un materiale termoplastico amorfo.

Prodotto industrialmente dal 1930 il PVC, grazie alla sua versatilità, alla sua resistenza all’usura, agli agenti chimici ed atmosferici e al fuoco, si presta alle più svariate applicazioni nei settori edilizia e costruzioni (tubi, profili per finestre), imballaggio alimentare e farmaceutico (vaschette per alimenti, blister, etc.) cavi, trasporti, sport e tempo libero, arredamento, abbigliamento, casalinghi e prodotti medicali. Con l'aggiunta di additivi si può migliorare sia la resistenza meccanica sia quella elettrica.

Veniamo ora alla domanda del nostro web-nauta. Il processo di piegatura sottopone il materiale alle sollecitazioni di compressione e trazione; queste sollecitazioni “snervano” il materiale; questo snervamento, a livello microscopico, implica la formazione di “cracks” cioè vuoti e “crazes” cioè vuoti attraversati da fibre di polimero orientato: questi sono responsabili dello sbiancamento.

Per spiegare lo “snervamento” si può dare una curva sforzo/allungamento tipica del PVC rigido che da elementi utili per capire lo stato del materiale (anche come resistenza meccanica) nei vari punti della curva.

La prima zona della curva è quella di sforzi proporzionalità o elastica dove il materiale sollecitato non subisce alterazioni strutturali. La seconda zona è chiamata di scostamento della proporzionalità; il materiale inizia a snervarsi e non ritorna, al cessare della sollecitazione, allo stato iniziale. Questa è la zona dove inizia lo sbiancamento. Nella terza zona il materiale si allunga fino a rottura.

Bruno Dulach - Ingegnere