Riassunti di tecnologia dei materiali

ISOLAMENTO TERMICO

Vetri speciali per il controllo solare o per l’isolamento termico : Servono per attenuare gli effetti di irraggiamento solare troppo forte o diretta (vetri assorbenti e vetri riflettenti),

e a migliorare l’isolamento termico delle vetrate (vetri isolanti e vetri basso emissivi).

Consumo energetico estivo: L’irraggiamento naturale che colpisce un vetro viene in parte riflesso, in parte assorbito, in parte trasmesso. Emissività (e): rapporto tra energia

radiante emessa da una superficie e quella che sarebbe emessa da un corpo nero con stessa area e temperatura. Energia assorbita: dipende dalla composizione del vetro

(eventuali coloranti) e dalla lunghezza d’onda della luce incidente (nel vetro incolore l’assorbimento è dovuto a tracce di Fe2O3). All’interno del locale giungono l’energia

direttamente trasmessa ed una parte dell’energia assorbita che viene riemessa dal vetro scaldato.

Vetri assorbenti: sono vetri colorarti con l’introduzione di ossidi metallici colorati, bloccano in parte la radiazione incidente assorbendola e riemettendola verso l’interno.

Vetri riflettenti: attenuano l’eccessiva irradiazione solare riflettendo verso l’esterno una frazione di energia. Si ottengono per deposizione di materiali e/o ossidi metallici: Pirolisi

(reazione sulla superficie del vetro caldo di opportuni reagenti = Film di ossido di titanio, applicato durante la lavorazione quando la lamina è calda nel forno di ricottura. Coperture

nocive per l’ambiente); Sputtering catodico (in campo elettromagnetico e sotto vuoto spinto di metalli e ossidi metallici, applicandoli a prodotto finito con tecnica di sottovuoto).

La riflessione dei raggi luminosi è a senso unico dall’ambiente meno illuminato a quello più illuminato.

Consumo energetico invernale: Q=-UDT+sE (Q=flusso di calore nella vetrata; U=trasmittanza termica (dipende dal trasferimento di calore per adduzione dall’interno e

DT=differenza s=fattore

dall’esterno della parete e per conduzione attraverso la parete); di temperatura, solare (energia trasmessa/energia incidente), E=energia solare

incidente). Gli edefici devono essere progettati in modo che le dispersioni termiche nei periodi invernali non superino un determinato valore, in base a latitudine, altezza, rapporto

superficie esterna/volume del fabbricato. Si può quindi:

- Diminuire U Vetri isolanti uniti al perimetro o vetrocamere: intercapedine d’aria che conduce 50 volte meno. L’aria deve essere immobile e secca o gas inerti.

à

- Ridurre anche la trasmissione delle radiazioni emesse nel lontano IR (infrarosso lontano, da parte dei corpi riscaldati presenti nei locali, tali radiazioni vengono assorbite

dal vetro e riemesse nell’esterno) Vetri bassoemissivi: lastre con film a bassa emissività, cioè ad alta riflettanza nell’IR. Il rivestimento più diffuso è costituito da uno

à

strato di Ag, anche se protetto con due strati di ossido di zinco, è molto sensibile all’umidità ambientale.

BILANCIO ENERGETICO: le superfici vetrate sono attraversate da importanti flussi termici che condizionano i consumi energetici invernai e estivi: dall’interno verso l’esterno

abbiamo le dispersioni termiche, controllate dalla trasmittanza U; dall’esterno verso l’interno gli apporti termici solari, controllati dal fattore solare della vetrata. Il bilancio

energetico delle superfici vetrate è la somma tra la dispersione di calore e gli apporti termici solari: in inverno BE=S(-U*Gh +It*FS) dove S è la superficie delel vetrate;

Gh=gradigiorno*24h; It è l’irragiamento solare medio; FS è il fattore solare della vetrata.

ISOLAMENTO ACUSTICO: Le onde sonore incidono su un lato della parete ponendola in vibrazione; in questo modo comunica la vibrazione all’aria a contatto con l’altro lato e la

variazione di pressione dell’aria sul timpano produce la sensazione del rumore. Una parete riduce l’energia sonora che l’attraversa secondo una rapporto costante, un numero

fisso di dB, proporzionale alla massa del materiale che la costituisce. I vetri per l’isolamento acustico hanno alta densità e spessori elevati e elevato potere fono-isolante

(PFI=13+14,5logP, dove P peso della lastra in kg/m^2).

VETRI DI SICUREZZA: le sollecitazioni più frequenti e prevedibili sulle lastre di vetro sono: Vento, che può essere considerato come carico statico uniformemente ripartito sulla

superficie della lastra; Neve, che essendo un carico permanente comporta un effetto di fatica. È importante l’area e lo spessore della lastra. A seconda del carico, si può stabilire

lo spessore della lastra necessario per le condizioni di sicurezza. I vetri di sicurezza possono essere:

- Armati (o retinati): che contengono incorporata una rete metallica. La rete: peggiora la resistenza meccanica (difficile realizzare un perfetto accoppiamento tra vetro

e metallo); ritarda la propagazione delle fiamme in caso di incendio (se il vetro rammollisce o si rompe, la rete metallica lo tiene in posizione per un certo periodo

fungendo da barriera alla propagazione dell’incendio). Questi vetri non esplodono a contatto con la fiamma per l’azione diffondente della rete metallica distribuisce

anche all’interno il gradiente termico, provocando un lento e progressivo scioglimento della lastra e ritardando il formarsi di brecce.

- Temprati: Vetri con tensioni permanenti di compressione in superficie e di trazione al centro. L’energia elastica immagazzinata nel vetro per questo stato tensionale

viene convertita in energia superficiale al momento della rottura, quindi si avranno frammenti minuti e meno taglienti. Temprati termicamente: resistenza a

flessione=200-250MPa (2-3 volte maggiore di un vetro semplice). Elevata resistenza agli sbalzi termici. Temprati chimicamente: resistenza a compressione elevata

(fino a 800MPa), ma spessore ridotto (100 mm), quindi non vengono migliorate le caratteristiche di frattura.

- Stratificati: unione per riscaldamento e pressaggio in autoclave di almeno due lastre di vetro con uno strato, di spessore inferiore al millimetro, di materiale trasparente

interposto (foglio di materiale plastico, con buona aderenza al vetro ed allungamento elevato, polivinilbutirrale (PVB), resistenza di 20 MPa, al =400 %). Resistenza

meccanica simile al vetro semplice, elevata resistenza agli urti (maggiore al crescere di lastre di vetro con PVB interposto). Assorbe l’energia d’impatto ed impedisce

la penetrazione di corpi contundenti. L’eventuale rottura è localizzata e i pezzi di vetro formatisi rimangono aderenti alla plastica. PVB: non influisce sulla trasparenza

e migliora le proprietà di isolamento termico e acustico

Fibre di vetro per rinforzo o isolamento: fibre continue (lunghe, per rinforzo di materiali polimerici); fibre discontinue (corte, per isolamento termoacustico o applicazioni

specifiche).

POLINERI

Sono sostanze organiche formate da un insieme di molecole di elevate dimensioni e di elevato peso molecolare. Queste macro molecole sono formate dalla ripetizione di molte

piccole unità strutturali legate con legami covalenti: monomeri (sostanza le cui molecole relativamente semplici hanno la possibilità di reagire in modo da concatenarsi tra loro).

Sono leggeri, hanno inerzia chimica in ambienti acidi e basici, costi di produzione bassi e sono facilmente trasformabili in prodotti finiti. Hanno però proprietà meccaniche

modeste, scarsa inerzia al fuoco, tossicità dei prodotti di combustione e ridotta resistenza ai solventi organici. I legami all’interno dei polimeri sono di due tipi: all’interno sono

itramolecolari primari forti, covalenti; fra le catene intermolecolari sono secondari deboli (tipo van der waals, a idrogeno per polimeri termoplastici) covaelnti forti per i polimeri

termoindurenti. Le molecolere polimeriche sono catene lunghe e flessibili con struttura portante di fila di atomi di C. Le molecole di un polimero differiscono per il numero di

unità strutturali concatenate (grado di polimerizzazione=n) M=peso molecolare medio= n*M dove M =peso molecolare dell’unità monomerica. Questo grado è determinate per

0 0

lo stato fisico, la T di rammollimento, e la rigidità del polimeri: polimeri M passa sono gassosi o liquidi; a M media sono solidi cerose, cere paraffiniche; a M elevata sono solidi.

La sintesi dei polimeri è effettuata per mezzo di reazioni chimiche organiche dette di polimerizzazione: sostituzione di legami doppi/tripli con legami semplici; tali reazioni

avvengono mediante assorbimento di energia o catalizzatori. A seconda del monomero la polimerizzazione può avvenire: per addizione, i monomeri di partenza si legano tra di

loro; per condensazione, i monomeri di partenza hanno due gruppi funzionali in grado di reagire con eliminazione di un sotto prodotto come l’acqua, queste reazioni producono

molto spesso monomeri trifunzionali, che danno vita a polimeri ramificati o reticolari. Queste reazioni possono avvenire tra unità di un solo monomero (à omopolimeri), oppure

tra due o più monomeri (àcopolimeri). Unità monometriche: possono essere: bifunzionali (possono legare con altre 2 unità monometriche, a catena, polimeri lineari);

trifunzionali (hanno tre legami attivi che possono dar luogo a polimeri ramificati e tridimensionali).

Tipologie:

Termoplastici TP: non reticolati, flessibili e resistenti a temperatura ambiente, rammolliscono ad alte temperature.

Termoindurenti TI: fortemente reticolati, per azione della temperatura, durante la sintesi diventano più rigidi e resistenti dei TP.

Elastomeri: debolmente reticolati, subiscono grandi allungamenti (anche fino a 10 volte la lunghezza iniziale), recuperando la forma iniziale. Sono polimeri amorfi con bassa Tg,

che hanno subito una blanda reticolazione. In questi di sono introdotti un certo numero di legami a ponte, conferendo al materiale una struttura tridimensionale e proprietà

elastiche elevate. Questi legami covalenti o iono-covalenti sono introdotti dopo lo stampaggio del materiale mediante la vulcanizzazioneàcreazione di legami “trasversali” tra

le catene che agiscono da punti di richiamo. L’elastomero non si deforma plasticamente, ma la blanda reticolazione gli permette di recuperare sempre la forma iniziale.

Conformazione delle macromolecole: i vari segmenti di legame non sono fissi nello spazio (struttura primaria), ma possono ruotare, in modo più o meno libero, attorno ai legami.

Conformazione più probabile: gomitolo statistico, con tantissimi ripiegamenti apparentemente casuali, ma che rispettano gli angoli di legame.

Cristallinità: La cristallinità si ottiene per impaccamento delle catene molecolari, ripiegamento per formare strutture ordinate localizzate all’interno di una massa amorfa. La

cristallinità di un polimero è il rapporto % tra peso del polimero cristallino e peso totale. La propensione del polimero a cristallizzare diminuisce: con la presenza nella catena di

sostituenti ingombranti; con la presenza di ramificazioni; con la velocità di raffr