Domande Tecnologie dei materiali - Parte 2

Diagramma di Evans

Sono riportate sia caratteristica anodica che catodica. Il punto di intersezione delle due caratteristiche

individua potenziale di corrosione e densità di corrente di corrosione.

Tipi di corrosione

In fessura: si verifica in aree in cui l’ossigeno non riesce ad arrivare in quantità sufficiente, creando zone a

rischio di corrosione. È un tipo di corrosione localizzata.

Accoppiamento galvanico: abbiamo due metalli diversi messi in contatto elettrico fra di loro, hanno

diverso potenziale di equilibrio, quindi quello più nobile tende a ridursi, quello meno nobile tende ad

ossidarsi e a corrodersi.

Per areazione differenziale: si verifica quando concentrazione di ossigeno diversa da zona a zona. Nella

zona a minor concentrazione si ha comportamento anodico.

Generalizzata: avviene uniformemente su tutta la superficie. Quando un metallo è posto in contatto con

un elettrolita, alcune zone della superficie si comportano temporaneamente come anodi rispetto ad altre,

che diventano catodi.

Localizzate: si concentra in particolari zone in cui il materiale è poco. È una corrosione pericolosa perché

può pregiudicare l’integrità strutturale del pezzo e si verifica i materiali dal comportamento attivo passivo.

Per vaiolatura: è un tipo di corrosione localizzata. Corrosione nei metalli a comportamento attivo passivo

in presenza di soluzioni di cloruri come acqua di mare o filtri biologici.

Selettiva: avviene andando a coinvolgere una parte della microstruttura, che sia la fase o micrograno o un

elemento chimico.

Integranulare: accoppiamento galvanico tra grani di fasi diverse.

Per erosione o sfregamento: flusso dell’elettrolita può provocare erosione della superficie con rimozione

del film passivo.

Corrosione sotto sforzo o sotto tensione: si verifica in situazioni di carico, nascono cricche superficiali

Corrosione legata alla fatica: situazione di carico ciclico in presenza di sostanze corrosive

Comportamento viscoelastico di un polimero

Il comportamento meccanico di un polimero amorfo è strettamente dipendente dalla temperatura: il

materiale passa da uno stato vetroso a base temperature a uno strato di liquido viscoso a temperature

elevate. Nella fase intermedia, definita stato gommoso, il polimero manifesta viscoelasticità, una

condizione in cui le proprietà meccaniche dipendono non solo dalla temperatura, ma anche dal tempo e

dalla velocità di deformazione. In questo regime il comportamento è anelastico e caratterizzato dal

fenomeno dell’isteresi: le curve di carico e scarico non coincidono e l’area racchiusa tra esse quantifica

l’energia che non viene restituita elasticamente, ma dissipata sottoforma di calore. Ciò viene perché la

struttura del polimero subisce sia deformazioni elastiche sia scorrimenti viscosi delle catene. Poiché il

modulo elastico varia nel tempo, per caratterizzare il materiale si utilizzano due prove specifiche a lungo

termine: la prova di creep, che misura l’aumento della deformazione sotto uno sforzo costante, e la prova

di rilassamento, che rileva la diminuzione dello sforzo necessario a mantenere una deformazione costante

nel tempo.

Temperatura di transizione vetrosa, influenza sulle proprietà meccaniche di un polimero amorfo o

semi cristallino

La struttura dei polimeri può presentarsi come amorfa o semi cristallina. La struttura amorfa è

caratterizzata da gomitoli statici interpenetrati di catene che non seguono alcuna periodicità di

ripiegamento, risultando in legami deboli tra le catene stesse; è tipica di alcuni termoplastici,

termoindurenti e elastomeri. I polimeri semicristallini presentano un’organizzazione più complessa

all’interno dei grandi cristallini detti sferuliti. Qui, le catene si ripiegano formando lamelle alternate a zone

amorfe che garantiscono la continuità strutturale tra le molecole e tra diverse sferuliti.

Dal punto di vista termico, mentre una struttura puramente cristallina avrebbe una temperatura di fusione

netta che separa solido e liquido, i materiali amorfi sono caratterizzati dalla temperatura di transizione

vetrosa, che indica un graduale rammollimento. Nei polimeri semicristallini coesistono Tf, Tg e la

temperatura di utilizzo Tu, determinando il comportamento meccanico. Per un materiale amorfo, se Tu<Tg,

il polimero agisce come un vetro rigido ma fragile, mentre se Tu>Tg si comporta come una gomma

deformabile con scarsa resistenza. Nei semi cristallini la situazione è ibrida: se Tu<Tg il materiale è rigido

ma fragile; se ci troviamo nell’intervallo Tg<Tu<Tf, il polimero risulta rigido e tenace.

Proprietà dei polimeri in relazione ai tipi di legami presenti nel solido, differenze tra polimeri

termoplastici e termoindurenti

I polimeri sono grandi molecole organiche costituite da lunghe catene ramificate a base di carbonio e

idrogeno, con possibile presenza di altri elementi come ossigeno o azoto, e possono essere di origine

naturale, artificiale o sintetica. Ogni catena è formata dalla ripetizione di unità base monomeri, uniti da

legami covalenti; l’assenza degli elettroni liberi in questi legami conferisce ai polimeri eccellenti proprietà

di isolamento termico ed elettrico. In generale sono caratterizzati da bassa densità, limitata rigidezza e

basse temperature di rammollimento, distinguendosi strutturalmente in amorfi e semi cristallini.

Una distinzione fondamentale riguarda il comportamento a calore. I polimeri termoplastici, costituiti da

catene lineari o ramificate e non reticolate, sono lavorabili tramite calore e pressione, risultando duttili,

viscoelastici e riciclabili più volte. Meccanicamente, essi rispondono in modo elastico a piccole

deformazioni seguendo la legge di Hooke, mentre subiscono deformazioni plastiche sotto sforzi maggiori.

I polimeri termoindurenti presentano una struttura reticolata che ostacolano la mobilità delle

macromolecole. Questo li rende più dure e resistenti ai termoplastici, ma anche più fragile e non riciclabili.

Fatica nei polimeri

Sotto carichi ciclici si ha deformazione plastica e rottura per sforzi inferiori rispetto a carichi statici.

Comportamento a fatica dei polimeri è sensibile a frequenza di carico. Ad alta frequenza si può avere un

surriscaldamento localizzato che causa rammollimento del materiale e quindi rottura.

Invecchiamento

Fondamentale è conoscere la durabilità di un polimero. L’invecchiamento fisico interessa la componente

amorfa a temperature inferiori alla Tg. Con il tempo si osserva un aumento di rigidità, dello sforzo a

snervamento, della densità e una diminuzione della resilienza. È un fenomeno reversibile, infatti,

riscaldando a una temperatura superiore alla Tg e poi raffreddando il polimero, si riacquistano le proprietà

originarie.

Degrado polimeri

Dovuto a fenomeni superficiali che causano alterazioni o rottura della struttura chimica. Può avvenire

durante le formatura, durante il processo di sterilizzazione o durante la vita in servizio.

Degrado chimico: ossidazione per esposizione a ossigeno atmosferico o ozono. Si ha reazione

dell’ossigeno molecolare con un radicale libero presente nella catena polimerica che innesca reazioni che

modificano struttura o peso molecolare.

Degrado fisico o fisico-chimico: degrado termico; degrado fotoindotto; degrado meccanico: rottura

catene per azioni meccaniche e dissipazione calore per comportamento viscoelastco, fenomeni di usura

o fatica.

Biodegradazione: in presenza di fluidi biologici per effetto di enzimi, batteri

I polimeri semi cristallini hanno un maggiore resistenza al degrado di quelli amorfi. La resistenza può

essere modificata se i polimeri sono additivati con agenti protettivi specifici ad azione antiossidante che

bloccano l’azione dei radicali che si formano durante la degradazione.

Caratteristiche elastomeri

Gli elastomeri sono polimeri allo stato gommoso caratterizzati dalla presenza di legami che ne rinforzano

la struttura. La loro proprietà principale è la capacità di subire elevate deformazioni elastiche: possono

allungarsi notevolmente