Domande e risposte di Tecnologia dei materiali

23. SPIEGARE E COMMENTARE COSA SI INTENDE PER TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA

(TG) E DISEGNARE E COMMENTARE IL DIAGRAMMA SFORZO- DEFORMAZIONE DI UN POLIMERO

TERMOPLASTICO CHE VENGA IMPIEGATO AL DI SOTTO DELLA SUA TEMPERATURA DI

TRANSIZIONE VETROSA

Per transizione vetrosa si intende il passaggio di un polimero da una struttura amorfa ad una semicristallina.

Al di sotto di una determinata temperatura, il materiale, duttile e gommoso, diviene rigido e fragile: questo

processo e alla base della formazione del vetro.

I polimeri termoplastici hanno comportamento elastico se sottoposti a piccole deformazioni (cioe seguono la

legge di Hooke), per cui se lo sforzo cessa, vengono ripristinate le dimensioni che il provino aveva prima

dell’applicazione dello sforzo, quindi la deformazione e reversibile.

Se vengono sottoposti a deformazioni piu marcate, hanno un comportamento plastico, per cui una volta che

lo sforzo e cessato, il provino non ritorna alle dimensioni iniziali, bensì permane in quella deformazione. Cio e

spiegato dal fatto che le molecole di polimero possono muoversi l’una rispetto all’altra e i legami che

intercorrono sono legami di attrazione intermolecolare.

Inoltre, all’aumentare della temperatura e a parita di deformazione ottenuta, e necessario applicare uno sforzo

minore per deformare un polimero termoplastico.

24. Descrivere sinteticamente le principali proprietà dei polimeri in relazione ai tipi di legami

presenti nel solido, in particolare descrivere le principali differenze tra polimeri termoplastici e

termoindurenti

I polimeri sono grandi molecole organiche costituite da atomi di carbonio e idrogeno, aventi l'aspetto di lunghe

catene con ramificazioni.

Ogni molecola e formata da unita base, molecole uguali tra loro chiamate monomeri.

I monomeri sono legati tra loro tramite un legame covalente in cui non ci sono elettroni liberi e questo fa sì che i

polimeri siano isolanti termici ed elettrici.

Inoltre sono caratterizzati da: bassa densita

, bassa resistenza meccanica, bassa rigidezza, bassa temperatura di

rammollimento e di decomposizione, elevata duttilita e fragilita

.

I polimeri in base alla loro struttura si distinguono in amorfi e semi-cristallini.

I polimeri amorfi sono in genere resine o gomme o sostanze termoplastiche mentre quelli cristallini sono in

genere plastiche rigide (sostanze termoindurenti).

La loro principale differenza e che i primi presentano catene di molecole aggrovigliate fra loro e non ordinate

che determinano maggiore elasticita

, i secondi presentano una struttura ordinata per la quale catene di

molecole ripiegandosi riescono a disporre i loro tratti piu o meno lunghi gli uni a fianco agli altri, formando

regioni cristalline (tanto piu e elevata la cristallinita di un polimero tanto piu e alta la sua rigidita

).

• I polimeri termoplastici sono formati da catene lineari o poco ramificate, non reticolate: possono

essere modellati e formati per effetto del calore.

I polimeri termoplastici vengono lavorati attraverso il calore e la pressione.

Essi sono relativamente morbidi e duttili e hanno un comportamento viscoelastico.

A temperatura ambiente, molti polimeri termoplastici presentano un'estesa plasticizzazione con

fenomeni di stiro a freddo. Questo meccanismo e utilizzato nella produzione di fibre polimeriche, in

quanto le fibre, dopo questo processo, hanno una resistenza maggiore del materiale originario.

• I polimeri termoindurenti sono reticolati (cio ostacola la mobilita delle macromolecole) ed hanno

quindi un comportamento fragile.

Una volta prodotti non possono essere fusi di nuovo senza andare incontro alla carbonizzazione.

I polimeri termoindurenti sono in generale piu duri, piu resistenti e piu fragili dei termoplastici.

25. Disegnare e commentare il diagramma sforzo-deformazione di un polimero TERMOPLASTICO

AMORFO che venga impiegato al di SOPRA della sua temperatura di transizione vetrosa

La temperatura di transizione vetrosa e caratteristica dei materiali amorfi e segna, al riscaldamento, il

passaggio da un comportamento vetroso (fragile) ad un comportamento vetroso.

Quando la temperatura di utilizzo e minore della temperatura (Tu<Tg) di transizione vetrosa il polimero si

comporta come una gomma, facilmente deformabile ma con scarsa rigidezza e resistenza meccanica.

26. Disegna e commenta il diagramma sforzo- deformazione di un materiale TERMOPLASTICO

AMORFO che venga impiegato al di SOTTO della sua temperatura di transizione vetrosa

Se il materiale amorfo viene usato al di sotto della sua temperatura di transizione vetrosa si comporta come un

vetro, rigido ma fragile.

27. Disegna e commenta il diagramma sforzo-deformazione di un polimero TERMOPLASTICO SEMI-

CRISTALLINO che venga impiegato al di SOPRA della sua temperatura di transizione vetrosa

Quando un polimero termoplastico semicristallino viene impiegato al di sopra della sua temperatura di

transizione vetrosa la parte amorfa e gommosa, la parte cristallina e rigida e resistente e il polimero e rigido e

tenace.

28. Disegna e commenta il diagramma sforzo-deformazione di un polimero TERMOPLASTICO SEMI-

CRISTALLINO che venga impiegato al di SOTTO della sua temperatura adi transizione vetrosa

Al di sotto della Tg la parte amorfa e vetrosa, la parte cristallina e rigida, ed il polimero e rigido, ma fragile.

29. Tracciare e commentare il diagramma sforzo-deformazione per un polimero termoplastico al

variare della temperatura di prova

Le caratteristiche meccaniche dei polimeri termoplastici sono sensibili alla variazione di temperatura,

soprattutto vicino alla temperatura ambiente.

Osservando il grafico si nota che l’aumento della temperatura determina una diminuzione del modulo elastico,

una riduzione del carico di rottura e un aumento della duttilita

.

(inizialmente ha un comportamento fragile e successivamente intorno ai 50° si ha una deformazione palstica)

30. Illustrare le principali tecnologie di fabbricazione di un manufatto costituito da un polimero

TERMOINDURENTE

I manufatti costituiti da polimeri termoindurenti vengono fatti fluire nello stampo, pressati e riscaldati in modo

da avere la reticolazione. Di solito sono prodotti attraverso lo stampaggio.

Esistono diversi tipi di stampaggio (per i polimeri termoindurenti):

stampaggio per compressione: tra il maschio e la femmina dello stampo viene inserita la quantita

▪ necessaria di polimero; entrambi i pezzi dello stampo (di cui uno e mobile) vengono riscaldati. Si chiude

lo stampo e si applica pressione e calore in modo che il materiale diventi viscoso e si adatti alla

forma dello stampo; producono manufatti a bassa-media complessita

, buona finitura superficiale e sono

utilizzati polimeri termoindurenti composti a matrice termoindurente o termoplastica.

Stampaggio per trasferimento: processo che deriva dalla pressofusione dei metalli, complessita delle

▪ forme medio-alta, utilizzati composti e polimeri a matrice termoindurente e termoindurenti.

Stampaggio ad iniezione: che consente di produrre pezzi con geometria elevata e buona finitura in

▪ poco tempo, sono utilizzati polimeri termoplastici, termoindurenti ed elastomeri.

La quantita necessaria di materiale granulare scende attraverso la tramoggia di alimentazione ed e poi

spinta in un cilindro da un pistone, fino a raggiungere la camera di riscaldamento dove il materiale viene

fuso e poi viene spinto dal pistone nella cavita dello stampo.

La pressione viene mantenuta fino a quando l’oggetto da stampare non si e solidificato. (Di solito pero e

usato per i termoplastici).

Colata: il materiale plastico fuso viene versato in uno stampo e lasciato solidificare. L’indurimento

▪ avviene attraverso un processo di polimerizzazione.

Stampaggio rotazionale: inserito il polimero, lo stampo viene chiuso riscaldato e posto in

▪ rotazione.

31. Illustrare le principali tecnologie di fabbricazione di un manufatto costituito da un polimero

TERMOPLASTICO

I manufatti costituiti da polimeri termoplastici vengono riscaldati a T>Tg successivamente formatura e

raffreddamento. Il ciclo puo essere ripetuto infinite volte, ma tendono a degradare le proprieta .

• Vengono prodotti per stampaggio ad iniezione: la quantita necessaria di materiale granulare scende

attraverso la tramoggia di alimentazione ed e poi spinta da un pistone in un cilindro per raggiungere la

camera di riscaldamento dove il materiale viene fuso e poi, sempre spinto dal pistone, raggiunge la

cavita dello stampo, la pressione viene mantenuta fino a quando l’oggetto da stampare non si e

solidificato, produce manufatti ad alta complessita con buona finitura superficiale.

• Estrusione: i granuli di materia plastica vengono immessi in un cilindro al cui interno e presente una

vite rotante.

La rotazione della vita forza i granuli contro le pareti riscaldate del cilindro causandone la fusione.

Il polimero fuso, infine, viene spinto dalla vite rotante verso piu aperture della matrice.

• Soffiatura: viene usato di solito per bottiglie e contenitori. Si estrude un tubo di materiale polimerico e

quando e ancora in stato semifuso si inserisce in uno stampo e poi si soffia aria o vapore a pressione

all’interno del tubo, forzando il materiale a modellarsi sui contorni dello stampo; colata: il materiale

plastico fuso viene versato in uno stampo e lasciato solidificare.

La solidificazione avviene per raffreddamento dello stato fuso.

• Stampaggio rotazionale: inserito il polimero, lo stampo viene chiuso riscaldato e posto in rotazione.

• Colata: il materiale plastico fuso viene versato in uno stampo e lasciato solidificare. L’indurimento

avviene attraverso un processo di polimerizzazione.

• Calandratura: processo analogo alla laminazione dei metalli, il polimero estruso viene fatto passare

attraverso coppie di cilindri controrotanti che riducono lo spessore.

• Termoformatura: una lastra riscaldata a T>Tg e forzata a pressione contro le pareti di uno stampo, vi e

a stampo negativo, positivo, positivo-negativo e a presso-soffiatura, complessita delle forme bassa e

discreta finitura superficiale.

32. Illustrare le tecnologie di fabbricazione di manufatti costituiti da polimeri TERMOPLASTICI ad

alta e bassa complessità di forma

Le principali tecnologie per la lavorazione dei polimeri termoplastici ad alta complessita di forma sono:

stampaggio a iniezione e colata reattiva.

lo stampaggio a iniezione: i granuli di materia plastica vengono immessi in un cilindro al cui interno e

~ presente una vite rotante.

Quando la quantita di polimero e sufficiente la vite inietta il materiale fuso nello stampo. Lo stampo una

volta raffreddato e poi aperto e viene espulso il materiale.

La colata reattiva: i monomeri e le resine spesso sono fluidi e possono essere inseriti in uno stampo

~ dove polimerizzano o reticolano.

Le principali tecnologie per la lavorazione dei polimeri termoplastici a bassa complessita di forma sono:

estrusione, stampaggio per soffiatura, termoformatura, calandratura

e stampaggio rotazionale.

Estrusione: i granuli di materia plastica vengono imme