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DOMANDE SCAFFARO – SIA SCRITTE – SIA ORALI
1. Caratteristiche, proprietà, lavorabilità ed applicazioni del rame e delle
sue leghe
Il Rame viene attualmente prodotto con processi complessi ad alto consumo energetico partendo da minerali con tenore di rame sempre inferiore. L’aspetto del rame varia nel tempo con la formazione di patine che si possono originare in presenza dei comuni agenti atmosferici. Ha naturalmente un colore rossiccio e una lucentezza metallica. Il suo punto di fusione è 1083 °C. Le sue principali proprietà sono:
- l’elevate conducibilità elettrica e termica
- deformità sia a caldo che a freddo
- si lega con facilità con vari metalli
- eccellenti caratteristiche meccaniche che vengono conservate fino a bassissime temperature
- buona resistenza alla corrosione in molti ambienti
- facilità di giunzione per saldatura e brasatura
- disponibilità alle colorazioni decorative Le leghe di rame commercialmente più importanti sono: Gli ottoni che nascono dall’unione delle leghe di rame allo zinco, i Bronzi che nascono dal unione delle leghe di rame con lo stagno, i Cupronichel che nascono dal unione dalle leghe di rame e nichel e i Metalli bianchi che nascono dal unione delle leghe di rame, nichel e zinco. Le leghe di rame sono più dure e resistenti rispetto al rame puro, il rame commerciale è poco elastico. La lavorabilità è migliore nelle leghe che nel rame, in quanto il rame puro è troppo dolce e tenace per la lavorazione delle macchine utensili. Una proprietà del rame rispetto alle altre leghe è senza dubbio la resistenza alla corrosione. Applicazioni: monete, ingranaggi per orologi, gioielli, parti di lucchetto, industria bellica, ferramenta, idraulica e nautica.
2. Materiali e tecnologie di lavorazione per la realizzazione di bottiglie di vetro
La maggior parte di vetro prodotto viene utilizzato per i contenitori, ovvero bottiglie di vario tipo e capienza per alimenti, bibite, liquori, profumi, medicinali ecc. Il vetro per bottiglie è di tipo sodico- calcico, che è la tipologia di vetro più prodotta in quanto di basso costo e facile da lavorare e da fabbricare. La resistenza chimica e la durabilità possono essere migliorate con l’aggiunta di piccole quantità di allumina. La lavorazione avviene attraverso l’utilizzo di un forno che è simile a quello del vetro piano ma di ridotte dimensioni, il fuso in uscita dal forno viene alimentato in appositi canali (feeder), dove prima viene raffreddato e successivamente omogeneizzato termicamente attraverso piccoli brucia- tori. Attraverso un foro una grossa goccia di vetro fuso cola nella macchina formatrice, che viene staccata con delle forbici che si trovano al di sotto del foro. La goccia cade così nello stampo abbozzatore che poi in posizione capovolta e assume la forma di questo tramite una soffiatura da sopra e una contro soffiatura da sotto. Ora lo stampo si apre e l’abbozzo viene trasferito con un braccio meccanico che lo solleva e capovolge, nello stampo finitore dove, dopo un breve riscaldamento, avviene la soffiatura finale, cui segue l’apertura dello stampo e il prelievo della bottiglia finita. Questo processo viene chiamato ‘’Soffio – soffio’’, perché il fuoco viene spinto verso le pareti da un processo di soffiatura rispettivamente dall’alto e dal basso.
3. Principali caratteristiche ed applicazioni di essenze da alberi da frutto
Gli alberi da frutto sono usati per il legno dall’aspetto decorativo combinati con una moderata resistenza. Hanno tronchi piccoli, quindi sono poco utilizzati. L’unico albero che permette pezzi di dimensioni discrete è il ciliegio, usato per mobili, pavimenti e porte. I legni che provengono dagli alberi di Pero e Melo hanno utilizzi molto limitati quali teste di mazze da golf, ornamenti, stoviglie.
4. Formatura di ceramici per colaggio: materiali ed applicazioni
I materiali ceramici sonno prodotti ottenuti da materie prime organiche non metalliche formati a freddo e sottoposti a cotture finali (quella tradizionale fatte con l’argilla). La ceramica può essere utilizzata nelle edilizie (sala, pareti, coperture, pavimenti, apparecchi igienici), nel uso domestico (di fluidi e scarichi, oggetto per tavola e cucina ornamentali) e nell’industria (materiali elettronica e chimica). La formatura è un processo che permette all’impasto la forma che si vuole realizzare. In base alla percentuale di acqua presente nell’impasto, si possono utilizzare tre diversi metodi di formatura: pressatura, estrusione e colaggio. La formatura a colaggio, è un procedimento che prevede la lavorazione del materiale sotto forma di una sospensione liquida acquosa (30-40%). L’impasto è sotto forma di barbottina la quale viene versato in uno stampo in gesso, che riproduce la forma esatta del prodotto che si vuole realizzare. Il gesso agevola l’estrazione dell’acqua dell’impasto dal materiale colato e quindi ha su di esso un effetto rassodante. Dopo alcune ore il prodotto viene estratto dallo stampo e viene inviato alle successive lavorazioni. Esistono due tipi di colaggio: cavo, in cui gli stampi riproducono solamente la forma della superficie esterna di un recipiente cavo, e solido, in cui si utilizzano stampi che definiscono la forma di tutte le superfici e le dimensioni del pezzo da realizzare.
5. Preparazione di lastre di vetro: materiali e metodi
Il vetro utilizzato per la realizzazione di lastre è il vetro sodico- calcico, che viene prodotto riscaldando tre materie prime, preventivamente miscelate sotto polveri fine, ad una temperatura da ottenere la fusione e la dissoluzione. Queste materie sono: la silice che ha una funzione vetrificante, ossido di sodio che ha la funzione fondente, ossido di calcio che ha la funzione stabilizzante. La fusione avviene in forni continui surriscaldati da bruciatori ed è importante che durante questo processo il vetro prodotto sia omogeneo e senza porosità. La formatura del vetro piano si realizza con il metodo Float: il vetro uscente dal forno viene laminato da rulli ed entra in un tunnel dove galleggia sulla superficie di un bagno di stagno fuso. Il questo tunnel il nastro di vetro, di spessore variabile, assume una forma perfettamente piana. Dopo la formatura il nastro viene sottoposto ad un trattamento di ricottura, ad una temperatura superiore di quella di formatura, e poi viene lentamente raffreddato fino al punto di tensione, ciò per evitare che un raffreddamento rapido generi tensioni residue. Al di sotto del punto di tensione il vetro può essere raffreddato rapidamente.
6. Matrici polimeriche termoindurenti: principali classi e caratteristiche
Le matrici polimeriche termoindurenti o resine termoindurenti, hanno una struttura molecolare reticolata formata da legami covalenti. Alcune resine vengono reticolate per mezzo del calore, altre attraverso una reazione chimica a temperatura ambiente. Questi materiali non possono essere nuovamente riscaldati e quindi fusi come per i termoplastici. I vantaggi delle materie polimeriche sono: l’elevata stabilità termica, elevata rigidità e stabilità dimensionale, resistenza al creep, basso peso, elevate proprietà di isolamento elettrico e termico e la resistenza a trazione è bassa, caricate con vetro, hanno una maggiore resistenza all’urto. Le resine termoindurenti vengono spesso utilizzate come miscele da stampaggio costituite da due elementi basilari: resine contenente agenti indurenti e plastificanti e riempitivi o materiali di rinforzo.
10. Metodi ed apparecchiature per la formatura di materiali ceramici
tradizionali
Con materiali ceramici tradizionali intendiamo i prodotti ceramici impiegati per applicazioni ormai da tempo consolidate nell’uso domestico e in edilizia e per questo sono appunto considerate tradizionali e sono ottenuti da materie prime presenti in natura. I ceramici tradizionali sono le piastrelle e i sanitari in ambito edilizio e domestico. La formatura è un processo che impone all’impasto la forma che si vuole realizzare. In base alla percentuale di acqua presente nell’impasto, si possono utilizzare tre diversi metodi di formatura: pressatura, estrusione e colaggio. Nella formatura a pressione vengono usate le presse di tipo oleodinamico/idrauliche, nell’estrusione viene utilizzato un apparecchio propulsore a elica, a cilindro o a stantuffi; e poi a colaggio si ha l’utilizzo di stampi di gesso cavi o solidi.
12. Metodologie di preparazione di fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre
arammidiche (Kevlar)
Le fibre di vetro si distinguono in due principali categorie, che hanno due diversi tipi di lavorazione: fibre continue (o lunghe ) e fibre discontinue (o corte ). Le fibre continue vengono usate per rinforzo di materiali plastici ovvero per ottenere compositi. Le fibre discontinue vengono usate per l’isolamento termoacustico o applicazioni specifiche. Le fibre lunghe vengono ottenute facendo passare il vetro fuso attraverso una piastra con centinaia di fori attraverso i quali vengono tirati i filamenti che vengono raffreddati con spruzzi d’acqua e raggruppati in una bobina rotante. Per ottenere fibre corte (discontinue) si fa cadere il fuso dentro una centrifuga con un gran numero di fori attraverso i quali esce e viene investito da una corrente gassosa che spruzza ad alta velocità e lo spezza in fibre discontinue. Le fibre di Carbonio prendono questo termine quando le fibre trattate sono a temperatura di 2000°C invece il termine fibre di grafite viene applicato quando le fibre trattate sono ad almeno a 2500°C. I processi utilizzati per la produzione di fibre di carbonio sono tre, in base al tipo di fibra che prendiamo in considerazione: da Rayon, da Pan e da Catrame. Dei tre processi quello che parte da fibre di Pan è quello più utilizzato e quello che scaturisce maggiore interesse industriale, anche se la produzione a partire da catrame è in forte sviluppo. Partendo da catrame è possibile ottenere fibre di carbonio con moduli elastici più elevati, ma con resistenze inferiori rispetto a quelle ottenute da Pan. Le fibre di Pan prevedono 3 fasi: Stabilizzazione , le fibre vengono prima stirate e poi ossidate in aria ad una temperatura elevata e tenute in tensione, carbonizzazione , le fibre stabilizzate vengono riscaldate fino a trasformarsi in fibre di carbonio, in questa fase si formano delle fibrille che aumentano la resistenza a trazione, e grafitizzazione , operazione necessaria solo se si vuole aumentare il modulo di elasticità a spese della resistenza a trazione. Le fibre arammidiche vengono ottenute da poliammidi aromatici e tra le fibre arammidiche quella attualmente più diffusa è il kevlar. Il processo di produzione di tali fibre è piuttosto complesso, nel caso del Kevlar bisogna eseguire dei trattamenti di Acido Solforico per eliminare Na0H. Una caratteristica importante è la modalità di frattura che avviene per sfibratura in microfibrille quanto sottoposto a trazione, dissipando l’energia di frattura, mentre si schiaccia e si contorce a compressione.
13. Confronto tra l’estrusione di un metallo e di un materiale polimerico
Entrambe le tipologie di estrusione servono per produrre profilati a sezione circolare, nel caso dell’estrusione dei metalli, per i materiali più facilmente estrudibili come l’alluminio, possiamo ottenere anche profilati con sezioni irregolari. L’estrusione può essere applicata solo ai materiali termoplastici. Per i metalli, l’estrusione avviene a temperature più elevante rispetto ai materiali polimerici, in quanto i metalli si trattano ad uno stato fuso, mentre i materiali polimerici si ammorbidiscono senza fondersi completamente. Entrambi i macchinari per l’estrusione di questi
due materiali sono dotati di una parte finale chiamata matrice che possiede la forma che deve assumere il pezzo. I due macchinari sono ovviamente diversi. Il macchinario per l’estrusione di materiali polimerici può produrre forme di continuo, a differenza di quello per i metalli. Per i metalli esistono due tipi diversi di estrusione: diretta e inversa, in quella diretta la billetta di metallo è spinta da un pistone verso la matrice, mentre in quella indiretta la matrice viene spinta verso la billetta. Per estrudere i materiali polimerici si utilizza invece un cilindro riscaldato dotato di una vite rotante. I metalli, dopo l’estrusione vengono raffreddati rapidamente per solidificarli, mentre i materiali polimerici richiedono un raffreddamento più lento.
14. Riutilizzo degli scarti di lavorazione nella tecnologia di: acciai,
ceramiche, vetro, polimeri. Spiegare anche eventuali vantaggi e
funzioni del riutilizzo dello scarto.
Lo scarto non finisce in discarica, ma viene recuperato e riutilizzato con lo scopo di ridurre i costi di produzione e ridurre l’impatto ambientale. Gli scarti di lavorazione dell’acciaio, ceramiche, vetro e polimeri si possono recuperare e riutilizzare nelle industrie per produrre energia e materie prime. Gli acciai possono essere rifusi e convertiti in semilavorati e dopo opportune lavorazioni otteniamo un prodotto finito che ha le stesse caratteristiche del materiale vergine, la polvere di acciaio può essere anche utilizzato come additivo. Gli scarti delle ceramiche possono servire per la produzione di nuovi prodotti ceramici o come riempitivi in vari prodotti. Per quanto riguarda il vetro, esso è riciclabile all’infinito e quindi nuovamente lavorabile. I polimeri possono essere riciclati meccanicamente o chimicamente e a seconda della tipologia di rifiuto plastico posso ottenere: dai polimeri termoplastici si ottengono granuli o scaglie per la produzione di nuovi manufatti, e dai polimeri termoindurenti frazioni di materiale utilizzabile o riempitivi per altri prodotti.
15. Scegliere un materiale per fanaleria auto in assenza di qualsiasi
materiale polimerico disponibile.
In assenza di materiali polimerici per la produzione di fanaleria auto si potrebbe impiegare il vetro. Questo veniva utilizzato in precedenza prima del policarbonato. Le automobili sono soggette agli attacchi degli agenti atmosferici, quindi la scelta del vetro è indicata in quanto è un materiale trasparente, con un basso assorbimento nei confronti di tutte le lunghezze d’onda della luce e non ingiallisce. Resistente al calore del faro.
16. Confrontare il meccanismo di frattura nei materiali compositi a fibra
lunga e corta.
I materiali compositi a fibra lunga e corta differiscono nel meccanismo di frattura per due principali motivi: la lunghezza delle fibre, e il loro orientamento rispetto alla direzione del carico applicato. In un composito a fibra lunga, il carico viene applicato anche su di esse, con la conseguente rottura delle fibre che resistono alla sollecitazione trasferendo il carico alla matrice. Mentre per quanto riguarda le fibre corte, il carico viene applicato solo alla matrice, e la rottura è dovuta alla separazione delle fibre dalla matrice per via della loro minore capacità di trasferire il carico. In sintesi, nei materiali compositi a fibra lunga, le fibre svolgono un ruolo dominante nella resistenza, mentre nei materiali a fibra corta, la matrice contribuisce in modo più significativo.
18.Confrontare la tempra chimica di un vetro con la tempra termica di un
acciaio.
Entrambi i processi sfruttano il raffreddamento rapido per ottenere le proprietà desiderate nei rispettivi materiali. La tempra termica di un acciaio avviene a temperature molto elevate (riscaldamento di austenitizzazione), mentre la tempra chimica avviene ad una temperatura molto più bassa rispetto a quella dell’acciaio.
24. Descrivere cosa succede se un bicchiere in vetro flint viene scagliato
contro un vetro stratificato.
Se un bicchiere in vetro flint viene scagliato contro un vetro stratificato, il bicchiere si romperà il vetro rimane scheggiato ma sarà un unico pezzo. Il vetro stratificato sono costituiti dall’unione di due o più lastre di vetro e tra essi uno strato di materiale trasparente di origine polimerica. La pellicola interposta conferisce un’eccezionale resistenza agli urti, che aumenta se si aumenta il numero di lastre. Nel caso di urto da corpo molle il vetro si deformerà senza rompersi. Invece nel caso di urto da corpo duro il comportamento è simile a quello di un corpo rigido, annullando quasi la funzione di assorbimento dell’urto da parte della pellicola. Inoltre il vetro stratificato assorbe l’energia d’impatto e rimane nella posizione originaria impedendo che corpi possano trafiggerlo e inoltre i pezzi formatisi rimangono aderenti alla plastica, evitando così la formazione di pericolose schegge.
25. Discutere i criteri per la scelta di materiali per la realizzazione di telai per infissi.
Il telaio di un infisso conduce calore e contribuisce all’efficienza energetica di una finestra mediante il suo valore di trasmittanza termica. Ogni materiale utilizzato ha dei pro e dei contro. Il vinile, il legno, il vetroresina e alcuni compositi garantiscono maggiore resistenza termica rispetto al metallo. I telai in alluminio sono resistenti, leggeri, non hanno bisogno di manutenzione, conducono bene il calore quindi hanno un potere isolante molto basso. I telai in fibre di vetro sono molto stabili con cavità d’aria che se riempite con isolante termico offrono prestazioni termiche maggiori del legno e del vinile. I telai in vinile possono deformarsi ad alte temperature o romperti a temperature molto basse, sbiadiscono sotto il sole. I telai in legno sono molto più pesanti, ingombranti e richiedono molta manutenzione.
26. Confrontare le tecniche di stampaggio/colaggio nei materiali polimerici,
in quello ceramici e in quelli metallici.?
Per i materiali polimerici abbiamo tecniche di stampaggio diverse a seconda che il materiale sia termoplastico o termoindurente. Per quanto riguarda le temperature, la formatura dei materiali ceramici avviene a freddo, con un impasto organico con un’elevata percentuale d’acqua (30- 40 %), mentre per i polimerici, se sono termoplastici, vengono riscaldati fino al loro rammollimento e rimodellati prima del raffreddamento, mentre per i materiali termoindurenti, non totalmente polimerizzati, si adotta un procedimento mediante il quale avviene una reazione chimica con conseguente formazione di un materiale polimerico con una rete tridimensionale, e la polimerizzazione può avvenire o mediante calore e pressione, o a temperatura ambiente o elevata, tutto questo a partire da granuli o pastiglie di materiale polimerico, per la maggior parte dei metalli invece, si utilizzano temperature molto elevate in modo da ottenere un fuso metallico mediante un forno. Nei materiali polimerici si possono applicare varie tecniche di stampaggio quali:
Per soffiatura, processo in cui in un tubo di plastica riscaldata viene posto tra le facce di uno stampo che viene chiuso. Viene insufflata dell’aria compressa, in modo tale che la massa fusa aderisca completamene e uniformemente alle pareti dello stampo. Per termoformatura, processo in cui un foglio di plastica riscaldata viene forzato a pressione contro le pareti di uno stampo, si può usare una pressione di tipo meccanico oppure aria compressa. Per compressione un processo in cui la resina termoindurente viene introdotta in uno stampo preriscaldato, la parte superiore dello stampo viene forzata contro la resina e il pezzo viene espulso dallo stampo e vengono tolte le sbavature dal pezzo. (I vantaggi sono i costi degli stampi bassi, produzione di grandi pezzi e gli svantaggi sono che non si possono ottenere pezzi con forme complicate, devono essere eliminate le sbavature.) Per trasferimento il materiale viene spinto da un pistone attraverso le cavità di uno stampo. Dopo che la resina si è raffreddata lo stampo viene espulso. I vantaggi sono che non ha sbavature è utile per fabbricare piccoli pezzi complessi. Nei materiali ceramici viene applicato la formatura a colaggio è un procedimento che prevede la lavorazione del materiale sotto forma di una sospensione liquida acquosa (30- 40%). Esistono due tipi di colaggio: cavo, in cui gli stampi riproducono solamente la forma della superficie esterna di un recipiente cavo e solido, in cui si utilizzano stampi che definiscono la forma di tutte le superfici e le dimensioni del pezzo da realizzare. Nei metalli si può applicare lo stampaggio che avviene o a stampo aperto o chiuso dove gli stampi riproducono la forma del prodotto da ottenere.
28. Confrontare i metodi per aumentare la resistenza al graffio in vetro e
ceramiche.
Per aumentare la durezza superficiale nei vetri, si deve ricorrere necessariamente a un trattamento termico o chimico di tempra, mentre per i ceramici basta solo aggiungere un rivestimento di natura vetrosa, ovvero smaltarlo, rendendolo così non solo più resistente, ma anche impermeabile e esteticamente migliore.
29. Confrontare il comportamento di manufatti in legno e in materiale
polimerico termoplastico in condizioni di temperatura e umidità
relativamente elevate.
La quantità elevata di umidità provoca sia in alcuni materiali termoplastici che nel legno, (quest’ultimo perché è igroscopico), cambiamenti di volume, con una conseguente variazione delle loro proprietà meccaniche. Per quanto riguarda la loro risposta ad una temperatura elevata, il legno al di sopra dei 70°C e con un concentrato di umidità tra il 14 e il 15% assume un comportamento plastico, mentre il materiale polimerico termoplastico ad una temperatura di 300°C diminuiscono le forze di legame intermolecolare e rammollisce.
30.Indicare quali prove meccaniche sui materiali sono necessarie per definire
la progettazione di una maniglia.
Le prove meccaniche per testare una maniglia sono: prova di trazione, di flessione, di compressione, di durata, di resistenza chimica, prova di carico statico e dinamico, prova d’impatto, prova di resistenza alla temperatura.
31.Confrontare il comportamento meccanico a trazione di polistirene, acciaio
Le sedie in polimeri termoplastici sono di basso costo, presentano svariatissimi colori e modelli, sono molto più leggere rispetto alle sedie in legno e acciaio, sono adatte all’utilizzo per esterni perché resistono agli agenti atmosferici, e sono facili da pulire. A loro svantaggio, abbiamo una bassa resistenza all’usura e ai graffi, sono meno durature nel tempo perché possono subire deformazioni, alcuni modelli potrebbero risultare poco stabili, bassa resistenza al carico.
34.Descrivere il riciclo delle materie plastiche e le applicazioni nel campo del
disegno industriale.
Il riciclo del materiale può essere omogeneo e eterogeneo. Quello omogeneo si riciclano solo polimeri termoplastici, e non devono essere presenti altri polimeri. La plastica viene accuratamente selezionata per tipologia di polimero e degli imballaggi di plastica recuperati possiamo ottenere: dal riciclo del PET, filati per imbottitura, maglioni, pile, interni per auto, nuovi imballaggi; dal riciclo del PVC, tubi, scarichi per l’acqua piovana, raccordi e passacavi; dal riciclo del PE, nuovi contenitori per detergenti, tappi, film per sacchi della spazzatura, pellicole per imballaggi, casalinghi e manufatti per l’industria. Quello eterogeneo viene effettuato attraverso la lavorazione di un materiale misto contenete PE, PP, PS, PVC. Con la plastica riciclata eterogenea si possono realizzare sedie e panchine, parchi giochi, recinzioni, cartellonistica stradale, arredi urbani e contenitori per rifiuti, lampioni, cabine da spiaggia ecc.. Sono presenti anche altre tipologie, come il riciclo meccanico, riciclo chimico, dove i rifiuti sono convertiti in materie prime (monomeri), il problema di questo riciclo è il costo, e il riciclo energetico, che avviene tramite la combustione dei materiali polimerici, solo queste combustioni provocano delle emissioni inquinanti.
35.Applicazioni dei biocompositi nel disegno industriale.
I biocompositi sono polimeri con cariche di origine naturale ricavati da piante o da scarti come la farina di legno, le fibre di cotone o di lino. Esistono diversi polimerici origine naturale come: Poliesteri, Lignina, gomma naturale, alcune poliammidi, policaprolattone, poliuretani. I biocompositi possono essere usati in molti applicazioni per prodotti con breve ciclo di vita, o per un tempo più lungo, per applicazioni di interni e come sostituti del legno. Inoltre hanno buone caratteristiche per l’isolamento acustico. Alla fine della loro vita possono essere facilmente eliminati senza impatti ambientali. Uno dei problemi per la loro diffusione è l’alto costo delle resine biodegradabili rispetto a quelle tradizionali.
36.Confrontare il comportamento all’impatto di: polietilene, ghisa, vetro, rame.
Il vetro, tra tutti, è il materiale più fragile se subisce un impatto, in quanto non ha capacità di deformazione plastica ed è quindi incline a fratturarsi in modo netto. In modo duttile risponde il polietilene, questo è capace di deformarsi prima plasticamente e in base all’energia dell’impatto potrebbe anche tornare alla sua forma iniziale invece di rompersi. La ghisa possiede un’elevata durezza, ma ha una scarsa resilienza, difatti tenderebbe a rompersi, piuttosto che deformarsi plasticamente. Mentre il rame, a differenza di tutti gli altri, è un metallo malleabile, che riesce ad assorbire l’energia d’impatto e di propagazione, deformandosi plasticamente senza rompersi, in seguito a impatti significativi, la deformazione rimane permanente.
37.Individuare materiali, funzione, caratteristiche e proprietà per la realizza-
zione del sedile di un treno.
Il sedile di un treno può essere realizzato in ABS (Acrilonitrile- Butadiene- Stirene) o Polistirene (PS).
L’ABS è una famiglia di termoplastici, che offre una buona resistenza meccanica all’impatto ed è facilmente lavorabile, inoltre ha una buona resistenza termica e tenacità, una buona resistenza all’urto, rigidità e può essere usato per realizzare parti di automobili. Il Polistirene è il quarto polimero per vendite, è un materiale trasparente, relativamente fragile inodore e in sapore, inoltre è molto rigido e non flessibile a temperatura ambiente. Non ha temperatura di fusione ma di rammollimento essendo amorfo. Ha una resistenza alta per l’isolamento elettrico. Anche questo viene usato per realizzare part interne di automobili.
38.Confrontare tipo e funzione degli elementi utili alla formazione di leghe di
rame e di alluminio.
Le leghe di rame sono più dure e più resistenti rispetto al rame puro e le proprietà meccaniche resistenziali possono essere ulteriormente accresciute per deformazione plastica a freddo e, in alcuni casi specifici, con un opportuno trattamento termico. In particolare il rame commerciale è poco elastico, a meno che non sia stato molto incrudito per deformazione plastica a freddo. Tutti i tipi di rame commerciale precedentemente descritti hanno una colabilità non del tutto soddisfacente. Gli elementi di lega migliorano questa proprietà e alcune leghe, quali gli ottoni e i bronzi, sono usate anche allo stato di getto. La lavorabilità è migliore nelle leghe che nel rame puro; quest'ultimo è troppo dolce e tenace per una lavorazione alle macchine utensili automatiche. Resistenza alla corrosione Il rame è dotato di buona resistenza alla corrosione, generalmente migliore di quella delle leghe. Le leghe di alluminio si dividono in: Leghe da fonderia e Leghe da deformazione plastica. Le leghe da fonderia si dividono a sua volta in tre tipi di getti: Getti in sabbia, che vengono utilizzati per piccole serie di pezzi di forma intricata o di grandi dimensioni; getti in conchiglia, che vengono utilizzati per piccole dimensioni e forme semplici; getti pressofuso, simile al getto in conchiglia, la differenza sta che nel getto pressofusione il metallo fuso viene forzato nello stampo a pressioni variabili. La finitura e i dettagli superficiali sono superiori a quelli dei getti in sabbia e in conchiglia. Le leghe da deformazione plastica sono classificate come: non trattabili termicamente e trattabili termicamente.
39.Commentare le modalità di preparazione/realizzazione di compositi a
matrice polimerica con fibre di vetro: lunghe e continue, discontinue e corte.
Per realizzare i compositi a fibre corte abbiamo due procedimenti, il primo, quello semplice, dove si procede con un miscelamento della fibra e del polimero in polvere, la miscela viene poi avviata, alla camera dell'estrusore monovite, e il secondo quello più evoluto, dove si alimenta l’estrusore bivite in due punti diversi, dapprima solo polimero, e dopo con l’aggiunta di fibre di vetro. In questo modo la fibra viene rotta e portata a misura dalle viti e successivamente incorporata al polimero già fuso. Vi è un aumento della velocità di rotazione delle viti che comporta una diminuzione della lunghezza delle fibre. Invece a un aumento della temperatura a causa della diminuzione della viscosità del polimero vi è un aumento della lunghezza delle fibre. Per quanto riguarda le fibre lunghe hanno come matrici resine termoindurenti le cui strutture vengono realizzate attraverso un processo di laminazione di strati di tessuto di fibre preimpegnati o impregnati successivamente nella resina polimerica. Queste, supportate da uno stampo corrispondente alla forma desiderata, viene inglobata in un sacco nel quale viene effettuato il vuoto, posto in autoclave e sottoposto a un ciclo prefissato di pressione e temperatura.
Fratturi, venendosi così a formare dei ponti tra cricche, dove le fibre possono unire le superfici della cricca creando una sorta di ponte e tenendo unito il materiale; infine, lo sfilamento delle fibre, dove l’attrito causato dalle fibre in sfilamento alla matrice che si sta criccando assorbe energia, quindi per avere una propagazione delle cricche devono essere applicati sforzi maggiori.
44. Commentare quando è utile eseguire delle prove di scorrimento (creep)
o rilassamento degli sforzi e su quali materiali è più opportuno
Il creep dei materiali metallici è molto importante per alcuni settori applicativi, in particolare quelli che comportano elevate temperature. Per esempio, il progettista delle palette di una turbina di un motore a gas deve scegliere una lega con una velocità di creep molto bassa, in modo che le palette possano restare in servizio per un lungo periodo di tempo prima di dover essere sostituite a causa del raggiungimento della deformazione massima loro permessa. Per molte apparecchiature che operano ad elevate temperature, il creep dei materiali è il fattore che limita la massima temperatura alla quale si può operare. Talco: migliora la rigidità, stabilità dimensionale, resistenza al calore e resistenza allo scorrimento Fibre di vetro: aumentano la tenacità e rigidità e la resistenza allo scorrimento (creep)
45. Scegliere almeno due materiali adatti per realizzare piatti da cucina.
Commentare e confrontare le relative caratteristiche e proprietà.
Per la realizzazione di piatti da cucina potrebbero essere utilizzati il polistirene (PS) e la ceramica. Il polistirene rappresenta un’ottima alternativa usa e getta a differenza della ceramica. Entrambi sono dei materiali impermeabili, inodore e insapore. Il poliestere inoltre ha il vantaggio di essere più leggero ed economico. La ceramica, però, resiste molto di più sia alle alte che alle basse temperature. E’ più igienica in quanto facilmente lavabile, ma non resiste molto bene alle sollecitazioni dinamiche perché costituita da legami ionico-covalenti e per la presenza superficiale di cricche spesso dovute ad una cattiva disaerazione. E’ molto più dura del polimero e più facilmente riciclabile.
46. Confrontare le caratteristiche di un bronzo allo stagno, ghisa e alluminio
Tutti e tre i materiali fanno parte della famiglia dei metalli. Il bronzo allo stagno è un materiale costituito da leghe di rame più una percentuale di stagno del 12%. E’ detto fosforoso per la presenza di fosforo come disossidante. All’aumentare della percentuale di stagno aumentano durezza, resistenza ad usura e alla corrosione marina. E’ un buon conduttore di calore e di elettricità, a differenza della ghisa. La ghisa nera è un materiale ferroso in quanto è costituito da ferro e carbonio superiore al 2,06%. Le ghise vengono classificate in base all’aspetto cromatico, maggiore è la presenza di carbonio più intenso è il colore nero della superficie, quindi se questa ghisa viene chiamata nera è proprio perché presenta più carbonio delle altre. Durante il raffreddamento, sono delle ottime leghe per getti, inoltre, il basso punto di fusione e la buona fluidità fanno sì che durante il colaggio non si formino pellicole sulla superficie. L’alluminio come il bronzo non contiene alcuna percentuale di ferro. E’ un metallo flessibile, riciclabile al 100%, resistente alla corrosione, basso peso specifico, non è magnetico, difficilmente saldabile e duttile. Al crescere della temperatura può mutare le sue capacità, conduttività, dilatazione e resistenza termica. E’ il più leggero tra questi tre materiali.
47.Confrontare la struttura di un vetro inorganico e di un legno dolce
Il vetro inorganico, proviene dall’unione di tre materie prime miscelate in forma di polveri, mentre il legno è ricavato da degli organismi viventi. Il vetro è un materiale che quando solidifica non cristallizza perché è un materiale amorfo che presenta una struttura disordinata, mentre la struttura del legno è altamente ordinata e composta da cellule, di tre tipi di cellule: le tracheidi, che fungono da sostegno strutturale e conducono l’acqua; le parenchimatiche, disposte a raggiera e adibite al trasporto delle sostanze nutritive; ed infine le resinifere, che costituiscono accumuli di resina nel tronco. Il vetro invece è costituito da ossidi formatori, e modificatori, i quali ostacolano la vetrificazione riducendo la viscosità. A differenza del vetro, il legno è un materiale anisotropo, le sue caratteristiche variano in base alla direzione lungo le quali vengono considerate. Entrambi hanno un comportamento viscoelastico, rispondono alle sollecitazioni in base alle condizioni in cui si trovano (umidità, temperatura), ed entrambi sono riciclabili al 100%, però a differenza del vetro, il legno è anche biodegradabile.
48. Discutere la scelta di alluminio o di un composito a fibra lunga per la
realizzazione di scafi di imbarcazioni
Per la realizzazione di scafi ad imbarcazioni l’alluminio potrebbe essere una scelta conveniente dal punto di vista dei costi e delle prestazioni. Nel caso dei compositi a fibra lunga, la fibra di carbonio consente di raggiungere il miglior equilibrio tra solidità e leggerezza ma ha un costo maggiore rispetto all’alluminio. L’alluminio è facile da lavorare, è leggero e robusto anche se meno rispetto al composito. L’alluminio è più facile da saldare e modellare, il composito viene invece lavorato in stampi quindi non può essere saldato. L’alluminio resiste agli urti e alla corrosione, quelli in vetroresina sono molto fragili. L’alluminio è un materiale ignifugo, quindi è sicuro. La vetroresina è trattata con resina molto infiammabile.
49. Relativamente alle principali parti di un’autovettura (cruscotto, paraurti,
tappetini, tettuccio interno, fari, contenitori di filtri, spinterogeno,
contenitori fluidi) scegliere e motivare i materiali polimerici da utilizzare.
Per la realizzazione del cruscotto potrebbero essere impiegate le resine fenilenossido in quanto molto rigide, resistenti alla distorsione termica e agli agenti ambientali. Per il paraurti il PP(polipropilene) in quanto resiste al calore e presenta una buona stabilità dimensionale. I tappetini potrebbero essere in PET, il quale possiede un basso assorbimento termico ed è inoltre economico. Il tettuccio interno in PVC, perché dispone di buone caratteristiche meccaniche ed è un buon isolante. I fari anteriori in SAN perché possiede un’ottima brillantezza e trasparenza resiste agli attacchi degli agenti chimici. Quelli posteriori in Plexiglass in quanto più opaco permette un passaggio di luce minore. I contenitori di filtri potrebbero essere in PP in quanto resiste agli attacchi acidi, al calore e ha una buona stabilità dimensionale. Lo spinterogeno potrebbe essere in PBT perché è il migliore isolante tra i vari polimeri.
50.Discutere le modalità di preparazione di oggetti sferici in ceramica e in
bronzo Per quanto riguarda gli oggetti sferici in ceramica, questi vengono
prodotti tramite il colaggio in cavo. Uno stampo di gesso poroso viene riempito di barbottina e assorbe l’acqua contenuta in essa. Il composto viene fatto riposare per un paio d’ore, lo stampo viene poi capovolto per eliminare l’impasto in eccesso, e successivamente essiccato. Questo processo avviene a freddo, a differenza di quello del bronzo. La preparazione di oggetti
54.Confronto di struttura, preparazione e proprietà di ghisa e bronzo
La Ghisa è una lega di ferro, costituita da una matrice di ferro in cui si trova il carbonio sotto forma di grafite. è un materiale metallico ferroso a differenza del bronzo. Questa, presenta più del 2% di tenore di carbonio, il bronzo è costituito da rame e altre leghe che non siano Zinco con un tenore del 12%. Dopo la fusione viene versata in forme per creare pezzi grezzi. Abbiamo diversi tipi di ghisa in base alla concentrazione di carbonio, maggiore è la concentrazione, più sarà scura la ghisa, e abbiamo: ghisa grigia, ghisa bianche, sferoidali e malleabili. La ghisa è fragile rispetto al bronzo. Il bronzo è una lega costituita da rame e stagno, ma può contenere anche altri elementi in piccole quantità. Il bronzo come la ghisa viene preparto fondendo gli elementi ad elevate temperature in altoforno e poi viene fatta raffreddare in pezzi grezzi. A differenza della ghisa, il bronzo possiede una buona resistenza, una buona conducibilità termica. Entrambi hanno una buona resistenza alla corrosione, hanno una buona conducibilità elettrica. La ghisa inoltre presenta una buona resistenza a compressione e una buona conducibilità termica.
55. Motivazione per la scelta di materiali destinati alla produzione e utilizzo
di tapparelle
Generalmente le tapparelle vengono prodotte in legno, PVC e alluminio. Quelle in legno sono spesso utilizzate per l’esteticità, vi è una vasta gamma di essenze tra cui scegliere e si può creare un abbinamento gradevole con l’arredamento. Richiedono molta manutenzione perché il legno è maggiormente sottoposto agli attacchi degli agenti atmosferici o da parte di insetti rispetto agli altri materiali in questione, ed è più difficile da pulire. Quelle in PVC e alluminio, al contrario, sono molto leggere, non richiedono manutenzione e sono facili da pulire. Il PVC resiste meno dell’alluminio agli attacchi degli agenti atmosferici, ma l’alluminio può essere soggetto alla corrosione a differenza del materiale plastico. In particolare si usa il PVC rigido ottenuto con l’aggiunta di resine gommose le quali lo rendono più resistente agli impatti.
56. Confrontare lo stampaggio a iniezione di un materiale termoplastico con
la pressatura di un impasto ceramico
La prima differenza tra questi due procedimenti è che la pressatura avviene a freddo e necessita di una cottura successiva a temperature elevate per trasformare l’impasto in ceramica dura e resistente, mentre lo stampaggio avviene a caldo e il raffreddamento successivo fa sì che il pezzo si presenti già dimensionalmente stabile, con la pressatura possiamo ottenere solo pezzi estremamente semplici, mentre con lo stampaggio possiamo produrre pezzi più complicati, ed entrambi i processi richiedono costi elevati per le attrezzature specifiche.
Scegliere e commentare almeno tre prove utili per la scelta di materiali per la
realizzazione di vetratura per finestre.
Una delle prove utili per la scelta di materiali per la realizzazione di vetrature potrebbe essere quella di impatto. Tale prova viene utilizzata per verificare la resilienza ovvero la resistenza di sopportazione ad impatti violenti di un materiale. Vi sono due metodi per verificare tale prova: quello di Izod, in cui il provino è vincolato da un solo lato e presenta un intaglio precedentemente indotto al centro e viene colpito da un pendolo nella parte superiore; quello di Charpy, in cui il provino viene ammorsato su entrambi i lati e il pendolo lo colpisce al centro. Un’altra prova utile potrebbe essere quella di durezza, che misura la resistenza superficiale di un materiale a scalfittura e abrasione. Si misura creando
un’impronta sulla superficie del provino tramite un carico a punta conica, sferica o piramidale di materiale diverso tenuto costante per un determinato periodo di tempo e con una intensità variabile. Anche qui vi sono diversi metodi: Brinell, Rockwell e Vickers, i quali si differiscono per il tipo di punta e materiale utilizzati. Un’altra prova potrebbe essere quella di fatica, in quanto il vetro è un materiale soggetto a fatica statica, cioè avviene una riduzione meccanica dovuta alla tenso-corrosione. Il vapore acqueo entra nelle cricche e spezza i tetraedi di sicilio propagando la cricca fino a rottura. Tale prova generalmente viene misurata ammorsando un provino ad un rotore e caricandolo perpendicolarmente. Facendo girare il rotore si registrano i cicli che può effettuare prima di rompersi.
57. Confrontare le proprietà di leghe di rame e di ceramica per rivestimenti
Le leghe di rame sono dei metalli non ferrosi, malleabili ed elastici e possono essere lavorate sia a caldo che a freddo, mentre la ceramica per rivestimenti può essere lavorata soltanto a freddo. Entrambi i materiali hanno una facile formatura, sono dotati di un’ottima resistenza meccanica e di durezza. Le leghe sono degli eccellenti conduttori sia elettrici che termici, rendendoli adatti ad impieghi che necessitano conduttività. Mentre le ceramiche sono dei pessimi conduttori. Le leghe presentano un punto basso punto di fusione. La ceramica per rivestimenti ha una struttura porosa, quindi ha una sezione utile minore. Non sopporta bene le sollecitazioni dinamiche. Possono essere smaltati per divenire impermeabili, più resistenti durevoli ed esteticamente più gradevoli rispetto al rame.
58. Commentare il comportamento meccanico di legno, polietilene e ghisa a
tempra ambiente a 90°C in aria umida.
Il legno, in presenza di umidità e a temperature elevate, tende a gonfiarsi e a diventare più elastico, e si può lavorare facilmente. Thonet sfrutta questa possibilità per la produzione dei suoi mobili. L’esposizione prolungata in questo ambiente potrebbe anche portare alla sua degradazione. Completamente differente è la risposta del polietilene, essendo idrofobo non assorbe l’umidità, è si presenta generalmente stabile, morbido e resistente, a 90 ° raggiunge quasi la temperatura di fusione, quindi potrebbe iniziare a deformarsi. La ghisa, essendo un metallo duro, può mantenere una buona resistenza meccanica a temperature elevate, ma la sua scarsa resistenza alla corrosione aggravata dalla presenza di umidità porta ad un suo indebolimento. In sintesi, tra i tre materiali quello che resiste meglio è il polietilene, mentre quello che subisce più danni è il legno.
59. Confrontare tra loro una prova d’impatto e una fucinatura al maglio
Innanzi tutto la prima è una prova meccanica e viene utilizzata per verificare le proprietà meccaniche di un materiale soggetto a sollecitazione improvvisa e applicata molto velocemente. La fucinatura invece è un processo di lavorazione per deformazione plastica di materiali metallici in modo permanente senza rompere il pezzo. La prova di impatto viene utilizzata per verificare la resilienza ovvero la resistenza di sopportazione ad impatti violenti e improvvisi di un materiale. Vi sono due metodi per verificare tale prova: quello di Izod e quello di Charpy, in cui il provino viene ammorsato su uno nella prima prova, o su entrambi i lati nella seconda e il pendolo lo colpisce. La prova meccanica avviene a freddo, mentre la lavorazione necessita che il pezzo sia riscaldato.
60. Materiali e tecnologia di produzione di pezza da fuoco in materiale non
metallico
Le prove da effettuare per quanto riguarda gli imballaggi flessibili sono: la prova di trazione, dove il provino è fissato ad un estremità e dall’altra viene applicata una forza a velocità costante; prova di compressione, viene eseguita applicando un carico che tende ad accorciare il provino; prova di flessione, si esegue applicando un carico su un provino vincolato in uno o due punti; e infine la prova di impatto, per questo tipo di prove si usa un pendolo che colpisce il provino, in base alla risalita del pendolo dopo l’impatto si calcola la resistenza data dal provino. Questi imballaggi devono essere inodore, insapore, atossici, resistente agli attacchi da parte di batteri e funghi esterni, resistente agli sbalzi temici, resistente agli agenti chimici, impermeabili, elevate resistenze meccaniche.
68.Resistenza corrosione acciai, cromo nichel e ottoni gialli
Gli acciai inossidabili sono acciai legati al cromo o al cromo-nichel con un tenore di cromo non inferiore al 12%. Caratteristiche fondamentali sono buona resistenza alla corrosione da parte degli agenti atmosferici e di soluzioni acide ossidanti. Si distinguono per la loro capacità di mantenere in aria una superficie lucida, la resistenza viene conferita da uno strato di ossido di cromo superficiale. Gli ottoni α gialli contengono dal 20 al 36 % di zinco, sono particolarmente duttili e con buone resistenze meccaniche, essi però sono suscettibili di corrosione per contatto con acqua di mare, che innesca un processo che si chiama dezincificazione.
69. Confrontare modalità di produzione corpi cavi in vetro, ceramica e me-
tallo
La prima differenza riguarda lo stato in cui si presenta il materiale di partenza, il vetro si presenta allo stato fuso, la ceramica come un impasto a freddo che prende il nome di barbottina per via della percentuale d’acqua presente all’interno, mentre il metallo si presenta come una lamiera. Differenti sono anche le temperature di lavorazione, il vetro utilizza delle temperature molto elevate, mentre la ceramica e il metallo vengono lavorate a freddo. La solidificazione, per i ceramici, viene agevolata dal materiale di cui è fatto lo stampo, ovvero in gesso per favorire l’effetto rassodante e assorbire l’acqua, il vetro, essendo un materiale viscoelastico, solidificherà perfettamente già all’interno dello stampo, il metallo sarà già solido al momento della sua lavorazione. Il vetro e il metallo non necessitano di successive lavorazioni per ottenere il pezzo finito, mentre la ceramica necessita di essere cotta per solidificarsi definitivamente e ottenere il prodotto finito. Per giungere al prodotto finito, la lamiera grezza assume la forma tramite l’applicazione di pressione, il fuso di vetro invece tramite una soffiatura da sopra e una contro soffiatura da sotto, la barbottina assumerà invece la forma dello stampo tramite colaggio all’interno dello stampo che può essere cavo o solido.
70. Discutere e confrontare comportamento all’impatto di ghisa vetro
stratificato, composto a matrice termoplastica (copolimero acrilonitrile
butadiene sisterene – ABS).
La ghisa può rompersi in modo fragile sotto carichi d'urto elevati, in modo particolare se questa si trova a basse o alte temperature, mentre il vetro stratificato è noto per la sua resistenza all'impatto grazie alla sua struttura stratificata, che rende i possibili frammenti non pericolosi per l’uomo in quanto rimarranno attaccati allo strato di PVB, e perché quest’ultimo ha la specifica funzione di mantenere intatta la struttura. Gli ABS, come compositi a matrice termoplastica, sono progettati specificamente per resistere agli urti e possono deformarsi plasticamente senza rompersi.
7 1. Confrontare le proprietà e le applicazioni ed uni di acciaio e ottone
L'acciaio è principalmente una lega di ferro e carbonio, mentre l'ottone è una lega di rame e zinco. Sono entrambi materiali metallici, ma l’acciaio è ferroso, mentre l’ottone non è ferroso. Entrambi possono essere lavorati sia a caldo che a freddo, nello specifico, all’interno della famiglia degli ottoni, l’ottone alfa (zinco fino al 36%) può essere lavorato sia a caldo che a freddo, mentre l’ottone alfa+beta (zinco tra il 35- 45%) solo a caldo. L'acciaio tende ad essere più duro rispetto all'ottone, ma la durezza può variare in entrambi i materiali a seconda della composizione. L'acciaio è generalmente più suscettibile alla corrosione rispetto all'ottone, a meno che non sia una varietà di acciaio inossidabile progettato per resistere alla corrosione. La conducibilità elettrica e termica dell’acciaio è inferiore rispetto a quella dell’ottone. Le applicazioni dell'acciaio sono molto ampie e includono settori come la costruzione, l'industria automobilistica e l'elettronica. L'ottone è spesso utilizzato in applicazioni dove è richiesta una resistenza alla corrosione moderata e dove è importante l'aspetto estetico, alcuni tipi di ottone specifici, come l’ottone Muntz, che viene utilizzato nel settore navale.
72. Differenza e similitudini nella tempra termica acciaio e vetro
La tempra ha come scopo di ottenere nell’acciaio una struttura martensitica. Tramite il trattamento della tempra si ottengono superfici molto dure, resistenti ad usura e con tensioni di compressione che migliorano la resistenza a fatica. Nel vetro la tempra termica si realizza investendo con aria soffiata una lastra di vetro in maniera simmetrica. Si otterranno vetri con resistenza a trazione da flessione di circa il doppio/triplo di vetri ricotti, oltre ad aumentare la resistenza agli sbalzi termici e i frammenti risulteranno minuti e non taglienti.
73. Indicare quale prove meccaniche sono utili per definire la progettazione
dell’involucro del cellulare
Le prove meccaniche utili per testare l’involucro del cellulare sono: prove d’impatto, prove di compressione e flessione, prove di durezza, prove di trazione. Il materiale utilizzato per la realizzazione dell’involucro del cellulare è il policarbonato che ha una buona resistenza all'impatto, allo scorrimento (creep) e a numerosi agenti chimici.
