Tecnologia dei Materiali 9CFU
Laurea Magistrale Ingegneria dell'Innovazione del Prodotto
PROGRAMMA (2011-2012)
Cenni di chimica organica-nomenclatura.
Definizioni di polimerizzazione a stadi e a catena, per addizione e condensazione. Esempi:
poliolefine e polimeri vinilici, polimerizzazione dei dieni, monomeri ciclici (epossidi, Nylon6);
poliuretani, PC,PET, nylon 6,6. Resine termoindurenti: reticolazione delle resine epossidiche.
Tecniche di polimerizzazione (in massa, in soluzione, in sospensione e in emulsione).
Peso molecolare medio numerico e peso molecolare medio ponderale.
Struttura dei polimeri: costituzione, configurazione e conformazione
Cristallizzazione dei polimeri (cenno)
Transizione vetrosa e volume libero.
Fluidi newtoniani, pseudoplastici, dilatanti. Dipendenza della viscosità dalla temperatura (rel. di
Arrhenius).
Effetto del peso molecolare sulla viscosità (curve viscosità/peso molecolare). Teoria della
reptazione e modello del tubo (cenno).
Effetto del volume libero sulla viscosità. Equazione WLF.
Viscosità e fusi polimerici
Viscosità apparente e viscosità intrinseca: curve sforzo/vel. di deformaz. e viscosità/vel. di
deformaz. Entanglements.
Comportamento viscoelastico. Richiami delle formule fondamentali dei modelli viscoelastici:
modello di Maxwell e fenomeno del rilassamento. Modulo di rilassamento delle tensioni e
andamento di E(t).
Modello di Kelvin-Voigt e fenomeno del creep. Modulo di Creep e cedevolezza. Deformazione in
funzione del tempo.
Andamento dei moduli di rilassamento con la temperatura: meccanismi di rilassamento.
Modelli a 4 elementi e a 3 elementi (standard). Modello di Maxwell-Wiechert e interpolazione della
curva di rilassamento; sovrapposizione di modelli di Kelvin Voigt.
Principio di sovrapposizione di Boltzmann.
Principio di sovrapposizione tempo-temperatura: curve di rilassamento e fattore di spostamento.
Equazione WLF per il fattore di spostamento.
Equivalenza tempo-temperatura.
Frattura nei polimeri: crazes e bande di scorrimento.
Tenacizzazione dei polimeri vetrosi (cenni).
Proprietà elettriche dei polimeri (R, ε, δ, tang δ) e polimeri conduttori.
Sintesi dei polimeri: polimeri industriali di sintesi e schema della produzione. Classificazione dei
polimeri: esempi (omopolimeri e copolimeri, omocatena ed eterocatena, termoplastici e
termoindurenti, lineari ramificati e reticolati).
Plastiche di uso comune. Poliolefine e PE. LDPE HDPE, LLDPE, UHMWPE. PP e PVC.
Copolimeri del PVC. PS e PS espanso.
Fabbricazione con materie plastiche: stampaggio ad iniezione, pressa a vite bifunzione; estrusione,
lastre, film, tubi; formatura con soffiaggio; stampaggio per compressione e per trasferimento;
stampaggio rotazionale; termoformatura.
Prestazioni ottenibili da polimeri rinforzati e confronti con altri materiali.
Lamina polimerica con rinforzo unidirezionale. Definizione di materiale ortotropo.
Considerazioni geometriche sul volume massimo di fibre di rinforzo e su eventuali trasformazioni
del polimero indotte dalle stesse.
Calcolo mediante modelli micromeccanici delle caratteristiche elastiche della lamina in polimero
rinforzata con fibre unidirezionali.
Effetto del rinforzo sulla dilatazione termica del polimero.
Matrice di rigidità ridotta [Q] della lamina unidirezionale.
Calcolo della matrice di rigidità ridotta in un sistema di riferimento ruotato.
Calcolo delle costanti elastiche della lamina unidirezionale nel sistema di riferimento ruotato.
Definizione di laminato.
Procedura di calcolo della matrice di rigidità del laminato e delle costanti elastiche del laminato.
Modello micromeccanico shear-lag di Cox per polimeri rinforzati con fibre corte allineate.
Calcolo delle caratteristiche elastiche della lamina in polimero rinforzata con fibre corte
unidirezionali, formule di Halpin-Tsai.
Calcolo delle caratteristiche elastiche di lamina a fibre lunghe o corte random.
Calcolo delle caratteristiche elastiche di polimeri rinforzati con particelle e con nanoparticelle.
Micromeccanica della frattura per trazione parallela alle fibre nella lamina unidirezionale.
Modello di frattura per indebolimento cumulativo e per propagazione della frattura.
Micromeccanica della frattura per trazione perpendicolare alle fibre nella lamina unidirezionale.
Altri meccanismi di frattura.
Criterio del massimo stress e cenni al criterio di Tsai-Hill per la resistenza in un sistema di
riferimento ruotato.
Calcolo delle tensioni nelle lamine di un laminato per stato di sollecitazione piano.
Resistenza di polimero con fibre lunghe random.
Calcolo del lavoro di pull-out per polimeri con fibre corte allineate.
Calcolo della resistenza di polimeri a fibre corte allineate e random.
Resistenza di polimeri rinforzati con particelle e nanoparticelle.
Produzione, caratteristiche e impieghi di fibre di vetro, carbonio, aramidiche impiegate nei polimeri.
Resine termoindurenti utilizzate come matrici: poliesteri insature, vynil-esteri, poliuretani
termoindurenti, epossidiche. Pre-preg. Fabbricazione mediante :stratificazione a mano, proiezione
simultanea, a sacco sotto vuoto, pultrusione, infusione, avvolgimento. Tecnologie di fabbricazione
con termoplastici rinforzati con fibre corte e lunghe.
