Domande e risposte, Scienza e Tecnologia dei Materiali

D) Precipitazione: consiste in una serie di trasformazioni termiche.

10) Illustrare le principali tecnologie di fabbricazione di un manufatto costituito da un

polimero termoindurente.

Le principali tecnologie di fabbricazione di un manufatto creato con polimeri termoindurenti

avvengono partendo da polimeri chiamati pre-polimeri che fluiscono nello stampo (il processo di

formatura è anche quello di reticolazione) e sono:

A) Stampaggio per compressione: la resina, anche preriscaldata, è introdotta in uno stampo

riscaldato, la parte superiore dello stampo è forzata contro la resina che viene spinta nella cavità.

Continuando il riscaldamento per ca. 2 minuti si ha la reticolazione della resina (pezzo

successivamente espulso)

B) Stampaggio per trasferimento: la resina è caricata in una camera fuori dallo stampo che viene

chiuso mentre la resina viene spinta fuori con un pistone. Quando il polimero è reticolato il pazzo

viene espulso.

C) Stampaggio a iniezione (anche se con questi polimeri l’impianto è più complesso): il polimero in

granuli viene inserito in un cilindro dove all’interno è presente una vite rotante e con la rotazione di

questa, i granuli, vengono spinti contro le pareti che ne causano la fusione. Quando la quantità di

polimero fuso è sufficiente la vite si arresta e inietta il materiale fuso nel canale di alimentazione e

ne mantiene la pressione così da limitare il ritiro. Dopo che si è raffreddato, il pezzo viene espulso

tramite perni.

D) Estrusione (solo raramente)

E) Stampaggio rotazionale (soprattutto poliuretani): una certa quantità di polvere polimerica viene

posta in uno stampo freddo che viene chiuso e posto in rotazione su due assi. La polvere fusa

ricopre le pareti dello stampo grazie alla forza centrifuga creando un guscio cavo, infine il pezzo

viene raffreddato e estratto.

F) Colata reattiva: posti sottoforma di monomeri possono essere colati all’interno di uno stampo,

dove polimerizzano e reticolano.

11) Illustrare le principali tecnologie di fabbricazione di un manufatto ceramico tradizionale.

Un materiale ceramico tradizionale è ottenuto da materie prime diffuse in natura. Dopo aver

macinato il materiale si applica la principale tecnica di fabbricazione di un manufatto ceramico

tradizionale, cioè la Formatura, tramite processi come:

A) Pressatura: la miscela di polveri con acqua (5-7%) viene compattata tra due stampi tramite

l’utilizzo di presse (di solito il processo avviene in due tempi in modo da allontanare l’aria dalla

massa). Le forme finali di solito sono regolari.

B) Estrusione: la pasta (con acqua al 15-20%) passa attraverso una matrice con profilo prestabilito,

alimentata da un apparecchio e, quando viene tolta l’aria, passa in una camera sotto vuoto per

migliorare la plasticità. Le forme di solito sono regolari

C) Colaggio: le polveri unite all’acqua (30-40%) e ad altre sostanze fluidificanti, costituiscono una

sospensione acquosa definita ‘barbottina’. Questa viene versata in uno stampo poroso che ne estrae

l’acqua e fa depositare l’argilla solida sulle pareti, il cui spessore aumenta nel tempo. Le forme

finali sono spesso irregolari.

Dopo la formatura il prodotto deve essere sufficientemente resistente per sopportare peso e

sollecitazioni.

12) Spiegare cosa si intende per temperatura di transizione vetrosa e descrivere la sua

influenza sulle proprietà meccaniche di un polimero semicristallino.

La temperatura di transizione vetrosa è caratteristica dei materiali amorfi e segna il passaggio dal

comportamento vetroso che è fragile, a gommoso che fa risultare il materiale più deformabile e

poco rigido. In un polimero semicristallino, se la TG è maggiore di quella di utilizzo, allora la parte

cristallina sarà resistente, e il polimero rigido ma fragile. Mentre se la TG è minore allora il

polimero risulterà tenace con la parte amorfa gommosa.

13) Spiegare cosa si intende per fragilità di un materiale mostrando il suo comportamento

I materiali Fragili sono quei materiali che hanno un comportamento plastico molto ridotto o assente.

In valori numerici non si ha uno sforzo a snervamento (rottura estremamente rapida, la superficie di

rottura che si crea è molto liscia e, essendo definita una “rottura di schianto”, non può essere

bloccata).

14) Spiegare come si formano i grani cristallini e che proprietà conferiscono al materiale a

seconda della loro dimensione.

Spesso i materiali sono composti da un cristallo che, al suo interno, hanno più di una orientazione. I

singoli cristalli sono detti grani che hanno una forma solitamente controllata dalla presenza di grani

circostanti. In seguito alla solidificazione, gli atomi, si dispongono formando un reticolo

tridimensionale ordinato dove ognuno forma un legame con atomi a lui vicini. Minore è la

dimensione dei grani maggiore è la resistenza della lega.

15) Spiegare cosa si intende per tempra martensitica.

La Tempra martensitica consiste nel brusco raffreddamento del metallo dopo averlo portato ad alta

temperatura. I mezzi tempranti sono acqua (con soluzione di sali), olio e aria; la struttura finale sarà

il martensite e lo scopo di questo trattamento è l’aumento della durezza del materiale, mentre lo

svantaggio è l’elevata fragilità. Sono materiali con forzo a snervamento maggiore e allungamento

minore.

16) Descrivere il processo di ricottura di un materiale metallico.

La Ricottura nei materiali metallici è un trattamento termico (dove il materiale è tenuto ad alta

temperatura per poi farlo raffreddare lentamente) che consente la rigenerazione della struttura,

aumentando la duttilità di una lega incrudita grazie alla ricristallizzazione. Lo scopo è quello di

addolcire e omogenizzare la struttura.

17) Illustrare sinteticamente le principali tecnologie di fabbricazione di un manufatto

costituito da un polimero termoplastico.

Le principali tecnologie di lavorazione dei materiali termoplastici sono:

A) Stampaggio a iniezione: il polimero in granuli viene inserito in un cilindro dove all’interno è

presente una vite rotante e con la rotazione di questa i granuli vengono spinti contro le pareti

riscaldate che ne causano la fusione. Quando la quantità di polimero fuso è sufficiente la vite si

arresta e inietta il materiale fuso nel canale di alimentazione e ne mantiene la pressione così da

limitare il ritiro. Dopo che si è raffreddato, il pezzo viene espulso tramite perni.

B) Estrusione: il polimero in grani viene immesso in un estrusore analogo a quello a iniezione. La

rotazione della vite forza i grani contro le pareti riscaldate del cilindro causandone la fusione. Il

polimero fuso è spinto dalla vite attraverso le aperture della matrice e all’uscita da questa viene

raffreddato

C) Stampaggio rotazionale (soprattutto PE): una certa quantità di polvere polimerica viene posta in

uno stampo freddo che viene chiuso, riscaldato e posto in rotazione su due assi. La polvere fusa

ricopre le pareti dello stampo grazie alla forza centrifuga creando un guscio cavo, infine il pezzo

viene raffreddato e estratto.

D) Calandratura: in questo caso il polimero, estruso da una filiera, viene fatto passare attraverso

coppie di cilindri controrotanti (calandre) che ne riducono lo spessore

E) Termoformatura: una lastra riscaldata è forzata a pressione contro le pareti dello stampo. Questa

di solito costituisce la membrana di separazione per i due ambienti a pressione diversa.

F) Stampaggio per soffiatura: una preforma, ottenuta per estrusione o stampaggio a iniezione, viene

riscaldata e posta in uno stampo. All’interno di questa viene insufflata aria compressa così da fare

aderire il polimero alle pareti.

G) Colata reattiva: posti sottoforma di monomeri possono essere colati all’interno di uno stampo,

dove polimerizzano e reticolano.

18) Specificare le differenze tra i polimeri termoplastici e i polimeri termoindurenti.

I polimeri termoplastici sono plasmabili per effetto del calore, possono avere una struttura lineare

cioè le macromolecole sono sviluppate in una direzione, o una struttura ramificata dove le

macromolecole sono sviluppate in più direzioni. Sotto l’azione di forze esterne, la struttura

molecolare di questi polimeri, si deforma con processi di tipo elastico e viscoso (viscoelastico). I

polimeri termoindurenti invece induriscono per effetto del calore, possono avere una struttura

reticolata costituita da un insieme di macromolecole lineari reciprocamente ancorate mediante

legami covalenti formati da un reticolo tridimensionale (struttura amorfa).

19) Tracciare il diagramma sforzo/deformazione di un materiale ceramico.

20) Descrivere le caratteristiche del legame ionico.

Nel legame ionico si instaura uno scambio tra atomi dove uno cede e uno acquista elettroni. Si

formano in questo modo uno ione positivo e uno negativo che si attraggono formando il legame.

I materiali con questo tipo di legame:

- hanno un’alta energia di legame

- hanno un’alta temperatura di fusione

- sono isolanti elettrici e termici (perché non ci sono elettroni liberi)

- hanno una bassa densità

- sono duri e fragili

21) Descrivere le caratteristiche del legame covalente.

Nel legame covalente si instaura una condivisione tra atomi dove entrambi o cedono o acquistano

elettroni. Gli elettroni condivisi si posizionano in un orbitale comune facendo si che gli atomi si

vadano a sovrapporsi per avere il legame

I materiali con questo tipo di legame:

- hanno un’alta energia di legame

- hanno un’alta temperatura di fusione

- sono isolanti elettrici e termici (perché non ci sono elettroni liberi)

- hanno una bassa densità

- sono duri e fragili

22) Descrivere le caratteristiche del legame metallico.

Nel legame metallico gli atomi tendono a cedere elettroni, essi vengono quindi messi tutti in

compartecipazione, dove entrambi cedono elettroni. Viene quindi a formarsi una sorta di nube che

tiene insieme gli elettroni.

I materiali con questo tipo di legame:

- hanno un’energia abbastanza alta di legame

- hanno una temperatura abbastanza alta di fusione

- sono conduttori elettrici e termici (perché gli elettroni sono liberi)

- hanno un’alta densità

- sono duttili

23) Descrivere le caratteristiche del legame di Wan der Waals.

Il legame di Waals (o dipolare)si ha tra atomi che hanno cariche disposte in modo asimmetrico,

portando quindi ad attrarsi.

I materiali con questo tipo di legame:

- hanno una bassa energia di legame

- hanno una bassa temperatura di fusione

- sono isolanti elettrici e termici

- hanno una bassa densità

24) Descrivere le caratteristiche del legame idrogeno.

Il legame idrogeno è una tipologia di legame di Wan der Waals e avviene tra molec