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Stampaggio rotazionale di materie plastiche: mercato, tecnologie, prospettive

Tecnologia di nicchia, lo stampaggio rotazionale possiede caratteristiche tecniche che lo rendono protagonista della produzione di piccoli lotti e di corpi cavi di grandi dimensioni. Diffuso in tutto il mondo con forti tassi di crescita, è particolarmente apprezzato da progettisti e designer.

Lo stampaggio rotazionale – noto anche come rotostampaggio – è una tecnologia di lavorazione delle materie pastiche a bassa pressione e ad elevata temperatura, basata sull’adesione di materiali plastici a stampi cavi in rotazione; serve quindi per la produzione di corpi cavi, che non necessitano di successive fasi di saldatura e montaggio, praticamente privi di tensioni.

Le fasi di un processo di stampaggio rotazionale sono le seguenti:

  • caricamento dello stampo con materiale polimerico, per lo più in polvere fine, ma anche in granuli o forma liquida;
  • lo stampo, una volta caricato e chiuso, viene riscaldato (ad esempio in un forno), e fatto ruotare lungo uno o due assi, in modo tale che il materiale polimerico in esso introdotto possa aderire alle pareti dello stampo stesso, assumendone la forma. E’ molto importante gestire correttamente i tempi di questa fase di riscaldamento e rotazione: se riscaldato troppo a lungo, infatti, il materiale polimerico potrebbe degradarsi; per contro tempi troppo brevi potrebbero avere come conseguenza l’ottenimento di un materiale plastico non sufficientemente omogeneo;
  • raffreddamento dello stampo, sempre in rotazione, in modo che il polimero solidifichi assumendo la forma desiderata. La rotazione viene sospesa quando il materiale polimerico si è sufficientemente indurito. In questa fase avviene il ritiro del materiale polimerico, che facilita la successiva fase di estrazione del manufatto dallo stampo. In tale fase si verifica anche una variazione della densità apparente del polimero;
  • lo stampo viene quindi aperto e il pezzo ottenuto viene estratto.

È una tecnologia in un certo senso concorrenziale ad altre tecnologie di lavorazione di polimeri, quale lo stesso stampaggio a iniezione, il soffiaggio per l’ottenimento di corpi cavi, o la termoformatura, rispetto alle quali può offrire alcuni vantaggi.

È una tecnologia utilizzata in prevalenza per produrre piccoli lotti di manufatti per lo più di grosse dimensioni, quali grossi container, barili, serbatoi interrabili, serbatoi per lo stoccaggio di sostanze chimiche, serbatoi carburante, cisterne petrolio, tanniche, vasche depurazione acque, pattumiere, cassonetti. Date le sue caratteristiche tale tecnologia viene però utilizzata anche per la produzione di manufatti per i più svariati campi applicativi: poltrone, parti di mobili e articoli d’arredamento, lampade, componentistica per automotive, prodotti medicali e per uso sanitario (parti di barelle, cassette per kit medicali, maschere facciali per ossigeno), utensili per agricoltura e giardinaggio, industria del giocattolo e tempo libero (parti di bambole, cavalli a dondolo, palle, casette giocattolo), particolari di imbarcazioni da diporto, particolari di lucida-pavimenti, cassette per attrezzi, coperchi di tombini, e altri articoli ancora.

Il mercato delle macchine per lo stampaggio rotazionale di materie plastiche è ancora un mercato di nicchia; nel 2019 ha raggiunto il valore di 825 milioni $ a livello mondiale, con un tasso di crescita del 3,4% medio annuo nell’arco dell’ultimi decennio (vedi figura 1).

Attualmente il mercato di maggiori dimensioni è di gran lunga quello asiatico (vedi tabella 1).

Il mercato statunitense, secondo a quello cinese, ha registrato tassi di crescita dell’ordine del 6% medio annuo nell’arco dell’ultimo triennio, con una tendenza al rallentamento nella seconda metà del 2019.

In America Latina Brasile e Messico sono i due mercati di maggiori dimensioni. Il Brasile, già in crisi da alcuni anni, è ora precipitato in una vera e propria situazione di caos economico e sociale, aggravata dall’attuale situazione di pandemia, tra le più pesanti nell’area latino – americana. Decisamente migliore, nonostante anche qui esistano forti contraddizioni, la situazione del Messico, anche grazie ad una più spiccata predisposizione del management locale all’introduzione di tecniche e processi di lavorazione più avanzati.

In Europa Occidentale, la domanda di impianti di stampaggio rotazionale ha segnato trend di progressivo lento rallentamento un po’in tutti i paesi, in particolare nel 2019 Germania compresa, in linea con la generale perdita di competitività dell’industria europea occidentale delle materie plastiche nel contesto internazionale, sotto la pressione della concorrenza asiatica e, in minor misura, nordamericana. Va però fatto presente che in termini di tecnologia Europa Occidentale e Nord America detengono la leadership a livello mondiale, sia in termini di offerta di macchinari che di richiesta dei medesimi: macchinari all’avanguardia in termini di automazione ed efficienza produttiva. La domanda di impianti si concentra per circa il 71% in cinque paesi: Germania, di gran lunga primo mercato, seguita in ordine decrescente da Italia, Francia, Spagna e Regno Unito. Va però detto che ultimamente sta emergendo la concorrenza da parte dei paesi asiatici, quali India, Cina e Turchia, che fanno leva soprattutto sul fattore costi.

Nell’Europa dell’Est il mercato di maggiori dimensioni è quello polacco. In linea generale, a parte la battuta d’arresto dovuta al Covid-19 che ha impattato fortemente l’economia mondiale, l’Europa dell’Est appare decisamente più forte nell’affrontare il generale rallentamento del ciclo economico rispetto all’Europa dell’Ovest, in particolare Slovacchia, Ungheria, Slovenia e Polonia, in relazione al processo di recupero del gap tecnologico che ancora separa questi paesi dall’Europa Occidentale.

Nella CSI la Russia è il mercato di maggiori dimensioni, ma anche quello che ha finora registrato il più basso tasso di crescita negli investimenti in tecniche di lavorazione di materie plastiche, superata, se pure di poco, dall’Ucraina. Insignificanti gli investimenti negli altri paesi di quest’area geografica.

In generale il mercato russo continua ad essere un mercato molto altalenante negli anni: dopo un picco di investimenti in impianti di trasformazione di polimeri nel 2017, si è registrata una progressiva contrazione nel 2018 e nel 2019, protrattasi ancor più accentuata nel primo semestre 2020. In particolare, va rilevata la forte concorrenza cinese, a scapito soprattutto di Germania e Italia, che sono i due principali concorrenti occidentali, soprattutto per quanto riguarda macchinari per lavorazioni più sofisticate.

In Asia la Cina da sola rappresenta quasi i due terzi del mercato totale in quest’area geografica (vedi tabella 2), confermandosi decisamente il primo mercato mondiale per dimensioni.

L’India è il secondo mercato asiatico per dimensioni, e, tra i vari paesi asiatici, resta, nonostante le attuali turbolenze dell’economia mondiale, quello più dinamico in termini di crescita. Va anche detto che molti produttori occidentali di macchine e attrezzature per la lavorazione di materie plastiche ritengono attualmente di puntare maggiormente sul mercato indiano che su quello cinese sia in termini di vendite, sia in ermini di eventuali partnership con produttori locali di macchine, dato lo scredito che sta avendo la Cina a livello internazionale dopo quanto avvenuto a proposito del virus Covid-19. In termini di tecnologie il mercato giapponese e quello australiano sono i più qualificati nell’area asiatica.

Nell’area medio – orientale i tre mercati di maggiori dimensioni sono quello turco, quello dei paesi arabi del Golfo (di cui il maggiore è l’Arabia Saudita) e quello iraniano (vedi tabella 3).

I polimeri utilizzati nello stampaggio rotazionale

Tra vari polimeri usati per la produzione di manufatti con la tecnologia dello stampaggio rotazionale il polietilene, nelle sue versioni, è di gran lunga quello più utilizzato, per una serie di motivi:

  • facilità di conversione dei granuli in polvere, forma fisica preferibile per la lavorazione con questa tecnologia;
  • maggior stabilità del polietilene durante la fase di riscaldamento;
  • in particolare, il polietilene a bassa densità lineare (LLDPE), di gran lunga il materiale più usato, ha un ritiro di circa il 2%, che facilita l’estrazione del pezzo dallo stampo. Va rilevato che durante la fase di raffreddamento si verifica una variazione della densità apparente del materiale polimerico, che, nel caso del polietilene a bassa densità lineare, passa da un valore iniziale (allo stato di polvere) di circa 420 g/dm3 ad un valore finale mediamente di circa 930 – 940 g/m3.

Più in dettaglio le tipologie di polimeri usati sono:

  • polietilene a bassa densità lineare (LLDPE): rappresenta circa il 60% dei materiali usati (vedi tabella 4);
  • polietilene ad alta densità lineare (HDPE);
  • polietilene reticolato (XLPE). L’XLPE differisce dal PVC per il fatto che l’XLPE ha collegamenti incrociati tra catene polimeriche, mentre il PVC non ha legami incrociati tra catene polimeriche;
  • polietilene a media densità (MDPE);
  • polietilene a bassa densità (LDPE);
  • sospensione di PVC (plastisol);
  • altri vari: rappresentano una quota decisamente minoritaria del totale polimeri utilizzati nello stampaggio rotazionale e comprendono: polipropilene, poliesteri insaturi, policarbonato, poliammidi caricate, ABS, polistirolo, polimeri acrilici, polibutilene, e in piccolissima misura anche polimeri specialty oppure resine termoindurenti (es. resine epossidiche e fenoliche).

Previsioni di sviluppo del mercato dello stampaggio rotazionale

Pur restando una tecnologia “di nicchia”, lo stampaggio rotazionale offre una serie di vantaggi:

  • innanzitutto, è proprio la semplicità e funzionalità di tale tecnologia il punto di forza del suo successo, in quanto consente di tenere contemporaneamente sotto controllo dimensioni e caratteristiche delle parti lavorate. E’per tale motivo che questa tecnica di trasformazione, inizialmente utilizzata per la produzione di grossi serbatoi, ha progressivamente ampliato le sue possibilità di utilizzo anche per la produzione di componenti sofisticati. Se correttamente monitorato, lo stampaggio rotazionale garantisce una buona uniformità dello spessore delle pareti dei componenti lavorati. Oltre alla accettabile uniformità degli spessori delle pareti delle parti ottenute, è anche possibile variare gli spessori senza dover modificare lo stampo;
  • a differenza di altre tecniche di lavorazione in concorrenza con essa, tale tecnologia elimina la necessità di ricorrere a operazioni di rifinitura, data l’assenza di saldature, in quanto il corpo cavo viene realizzato in un unico pezzo, senza giunzioni o saldature;
  • produzione relativamente ridotta di scarti: tutta (o quasi) la quantità di polimero introdotta viene utilizzata, fattore economico non trascurabile;
  • flessibilità di processo che rende possibile produrre piccoli lotti a costi accettabili, oltre che ottenere con la stessa macchina manufatti differenti l’uno dall’altro; le moderne macchine dotate di bracci multipli permettono di installare contemporaneamente stampi di forme e dimensioni differenti tra loro, rendono in tal modo possibile la produzione in contemporanea di articoli diversi (maggior produttività dell’impianto);
  • la realizzazione degli stampi utilizzati nella tecnologia dello stampaggio rotazionale risulta relativamente economica; non è infatti in genere necessario l’uso di costose leghe ad elevata resistenza meccanica, come ad esempio nello stampaggio rotazionale, in quanto si opera a basse pressioni;
  • la flessibilità di processo si traduce anche in libertà di design, particolarmente apprezzata per esempio per la produzione di complementi d’arredo per abitazioni residenziali o per il giardino;
  • grazie alla continua innovazione tecnologica da parte delle società produttrici di impianti, sono oggi disponibili macchinari, stampi e accessori perfezionati, ottenibili a costi relativamente contenuti; è possibile, per esempio, stampare componenti multistrato anche in plastica espansa;
  • grazie anche alla continua evoluzione della ricerca applicata ai polimeri impiegati nel processo, le applicazioni sono in continuo aumento.

Esistono comunque anche alcune controindicazioni a tale tecnologia, in particolare:

  • tempi di riciclo relativamente lunghi, che la rende poco idonea a produzione di grossi lotti;
  • elevata incidenza della manodopera che deve essere impiegata nelle operazioni di carico e scarico;
  • difficoltà a stampare articoli con determinate geometrie, quali ad esempio le nervature, che comporterebbero problemi in fase di estrazione dallo stampo;
  • poiché i manufatti in plastica ottenuti con macchine a stampaggio rotazionale sono per la maggioranza corpi cavi di grosse dimensioni, il costo del trasporto ha un’incidenza non irrilevante, trattandosi di trasportare molta aria; pertanto, questa tecnica è utilizzata in prevalenza per la produzione di articoli destinati a un mercato locale;
  • è ancora limitata la scelta dei materiali da stampaggio;
  • i compound utilizzati hanno ancora costi relativamente elevati, in relazione alla necessità di utilizzare speciali additivi, e alla necessità di pretrattamento del polimero, con macinazione a granulometria particolarmente fine;
  • infine, proprio perché si tratta di una tecnologia “di nicchia”, con diffusione ancora sostanzialmente limitata, c’è ancora in generale una carenza di tecnici che abbiano una consolidata esperienza e una approfondita conoscenza dei fondamentali principi che regolano questa tecnica, che è differente dalle tecniche più tradizionali e conosciute: termoformatura, soffiaggio, stampaggio a iniezione.

In base alle considerazioni sopra esposte è presumibile che il mercato mondiale degli impianti per lo stampaggio rotazionale di polimeri evolva nei prossimi anni ad un tasso non dissimile da quello registrato nell’arco dell’ultimo decennio, cioè di circa il 3,6% medio annuo, per arrivare ad attestarsi a 950 milioni $ nel 2023.

I paesi che potenzialmente potranno registrare tassi di crescita superiori alla media mondiale saranno ancora quelli delle aree “emergenti”, ma comunque con molte più riserve rispetto a quanto ipotizzabile fino a poco tempo fa.

In particolare, va tenuto presente quanto segue:

  • la crisi determinata dal Covid 19 ha avuto un impatto molto pesante in generale sui consumi mondiali, ma in maniera particolarmente pesante sull’Europa Occidentale, dove anche la ripresa sarà più lenta;
  • tra le aree ad economia avanzata gli USA saranno quelli con una ripresa più rapida;
  • sostanzialmente statici i consumi in Giappone;
  • in Asia l’India nel 2020 ha registrato una battuta d’arresto definibile “storica”, inattesa per un paese che fino a pochissimo tempo fa era considerato il paese ad economia più dinamica nell’area asiatica; ad una battuta d’arresto così drastica potrebbe però seguire una ripresa altrettanto sorprendente nel medio periodo, in relazione ad alcuni presupposti: una certa ripresa degli investimenti esteri, se pure con possibili oscillazioni nel breve, in un paese la cui economia resta comunque in espansione sul medio – lungo periodo, in base alla fiducia degli investitori esteri nelle riforme promesse dal Governo Indiano, e ad un crescente flusso di esportazione di manufatti in plastica dall’India verso altri paesi;
  • sempre nel continente asiatico, la Cina anche nel 2020 sta mostrando che i consumi interni di polimeri restano in crescita, seppure molto modesta se paragonati agli anni precedenti. Un altro fattore molto importante riguarda anche per la Cina, e in maniera ben più rilevante rispetto all’India, il flusso degli investimenti esteri nel paese. Nonostante i fragili rapporti economici con gli USA, gli investimenti diretti dalla Cina verso gli USA e gli investimenti diretti dagli USA verso la Cina hanno segnato trend ben differenti: se gli investimenti dalla Cina verso gli USA sono calati da una media di circa 8 miliardi $ all’anno prima dell’innescarsi della guerra commerciale tra i due paesi a meno di 1 miliardo $ nel 2019, nella direzione inversa non è avvenuto affatto il contrario. Nel corso dell’intero 2019 gli investimenti realizzati in Cina da società USA si sono attestati a circa 14 miliardi $, in crescita del 7 – 8% rispetto al 2018, anche se in rallentamento rispetto agli anni precedenti. Il motivo di ciò va ricercato in due fattori: il primo è che comunque una volta consolidata una supply chain, è molto difficile interromperla, e il secondo, in parte collegato al primo, è che la Cina è il cuore dell’Asia, mercato irrinunciabile nell’evoluzione dell’economia mondiale. Va infine rilevato che anche nel 2020 è continuato il trend positivo dei flussi di esportazione di manufatti, in plastica e no, dalla Cina verso altri paesi asiatici, in particolare Vietnam, Taiwan, Giappone, Corea, Thailandia, a compensazione della riduzione dei flussi di export verso gli USA. In sintesi, la Cina, pur con le sue grosse contraddizioni, resta un mercato in crescita continua nel tempo, e probabilmente con le migliori prospettive di ripresa nel prossimo futuro nell’area asiatica (vedi tabella 5), anche se con possibili e probabili rallentamenti rispetto al passato, in relazione al generale rallentamento dell’economia mondiale;
  • il Brasile presenta attualmente un quadro macroeconomico indubbiamente preoccupante, con un forte aumento del tasso di disoccupazione e, di conseguenza, dei consumi. La crisi, comunque, è innanzitutto di tipo politico – istituzionale. Dopo la tremenda crisi 2015 – 2016, la peggiore degli ultimi 50 anni, nel 2017 l’economia brasiliana ha registrato un segno debolmente positivo nel 2017, per poi ricadere nell’attuale stato di recessione. Nonostante un quadro macroeconomico dalle tinte così fosche, il trend di fondo dell’economia brasiliana sul medio – lungo periodo è ritenuto sostanzialmente moderatamente ottimistico, anche se non rivedrà più i picchi di alcuni anni fa, quando i tassi di crescita annui si avvicinavano, o addirittura superavano le due cifre. Il feeling moderatamente ottimistico si basa su alcune semplici considerazioni: elevate dimensioni del mercato interno, quindi un enorme bacino di potenziali consumatori, una sostanziale capacità della popolazione brasiliana di resistere alle situazioni più difficili pensando al futuro con occhio orientato all’ottimismo, e, infine, il fatto che il Brasile, essendo comunque un paese ad economia libera, resta una piattaforma per gli altri paesi latino – americani. In sintesi, si può ritenere che gli investimenti in impiantistica per la trasformazione di materie plastiche in Brasile mostrino nei prossimi anni un trend di fondo moderatamente positivo, anche se altalenante, in linea col generale trend di tutta l’economia brasiliana;
  • in Messico l’impatto Covid–19 è stato meno pesante che in Brasile, e, in generale l’economia messicana ha resistito meglio di quella brasiliana, anche in relazione alla presenza di una mentalità manageriale mediamente più qualificata rispetto a quella brasiliana, che può favorire investimenti esteri, anche dagli stessi USA;
  • in Russia l’immobilismo in materia di riforme sostanziali per la crescita, unite al minor calo delle entrate dall’industria petrolifera, uno dei cardini dell’economia del paese, pongono ancora delle incognite per quanto concerne le prospettive future, anche se non vanno dimenticate le potenzialità di crescita dell’industria delle materie pastiche nel paese: bassi consumi pro capite rispetto all’Europa Occidentale, impianti di trasformazione obsoleti, che necessitano un ammodernamento, se non una totale sostituzione;
  • in Turchia l’impatto del Covid-19 è stato particolarmente pesante su un’economia già fortemente provata dalla crisi finanziaria innescatasi nel 2018 e dalla conseguente recessione; nei primi cinque mesi del 2020 la lira turca si è ulteriormente svalutata di circa il 18% rispetto al dollaro USA, con un tasso di disoccupazione tra i più alti al mondo. Oltre alla forte contrazione dei consumi interni, delle esportazioni e del flusso turistico, la Turchia si trova a dover fronteggiare un debito estero elevatissimo (circa 180 miliardi $) e limitate riserve valutarie. A fine aprile 2020 la Banca Centrale Turca, allo scopo di stimolare gli investimenti e i prestiti alle famiglie, ha ridotto il tasso di interesse all’8,75%, producendo però un effetto negativo sulla già vulnerabile valuta turca. Un ulteriore problema sono i difficili rapporti con Siria, Libia, Paesi Arabi del Golfo, con la stessa Europa e con gli USA. Al momento non esistono pertanto i presupposti per una ripresa nel breve periodo, anche se non vanno sottovalutate le forti potenzialità di crescita di un paese caratterizzato da una larga fascia di popolazione giovanile e intraprendente;
  • buone, infine, le prospettive di medio-lungo periodo per il piccolo mercato africano, nonostante le difficili condizioni di tipo geopolitico, trainato però da una popolazione in costante crescita e da un aumento del PIL già in atto in diversi paesi africani, che non può che tradursi in un aumento dei consumi senza precedenti, e, in alcuni paesi, superiore a quello della stessa Cina. In particolare, i paesi più in espansione sono:
  • Tanzania, la cui capitale è in cima alla lista delle città africane per tassi di crescita;
  • Kenya;
  • Costa d’Avorio;
  • Etiopia;
  • Senegal;
  • Ghana;
  • Egitto;
  • Ruanda;
  • Uganda

Essendo i consumi di manufatti in plastica strettamente legati all’andamento del PIL e dell’economia generale dei vari paesi, anche gli investimenti a monte in impiantistica per la lavorazione dei polimeri ne risentono di riflesso; ciò vale ovviamente in tutti i paesi del mondo.

In termini di tecnologia il futuro dello stampaggio rotazionale avrà come “must” il controllo in real-time della temperatura all’interno dello stampo: macchine di stampaggio rotazionale dotate di sistemi di controllo della temperatura all’interno dello stampo “in real time” consentono non soltanto di ottenere manufatti finiti di alta qualità, ma anche notevoli risparmi di energia e di tempo.

Inoltre, la combinazione di PLC (Programmable Logic Controller) con l’interfaccia macchina è un trend tecnologico generale, al quale le macchine a stampaggio rotazionale di polimeri non faranno eccezione. Le macchine di stampaggio rotazionale controllate da PLC permettono di monitorare in maniera ottimale tutti i parametri chiave del processo, quali pressione, temperatura, livelli di riempimento.

 

Un impianto per stampaggio rotazionale in funzione

a cura di Giuseppe Tamburini

Documenti Allegati

Stampaggio rotazionale - Tabelle e figure