Tecnologie dei vetri e dei

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Paola Guidi
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1 Tecnologie dei vetri e dei polimeri organici

2 PROPRIETA DEI VETRI Per i processi di formatura è importante conoscere il comportamento viscositàtemperatura del vetro. La lavorabilità del vetro dipende dalla sua composizione chimica Punti caratteristici: 1. Punto di fusione corrisponde alla quale la viscosità è pari a Poise; il vetro è sufficientemente fluido da poter essere considerato un liquido. 2. Soglia di lavorabilità rappresenta la temperatura alla quale la viscosità è Poise; a questa temperatura il vetro è facilmente deformabile. 3. Punto di rammollimento, la temperatura alla quale la viscosità è pari a 4x10 6-4x10 7 Poise, è la massima temperatura a cui un elemento in vetro può essere maneggiato senza causare significative deformazioni. 4. Punto di ricottura è la temperatura alla quale la viscosità è Poise, la diffusione atomica è sufficientemente rapida da far si che ogni tensione residua possa venir rimossa incirca 15 min. 5. La soglia di deformazione corrisponde alla temperatura a cui la viscosità diviene 3x x10 14 Poise, al di sotto si ha frattura prima che inizi la deformazione plastica. La Tg è al di sopra della soglia di deformazione.

3 LAVORAZIONE DEL VETRO Vetro commerciale è calce-sodico. Sabbia di quarzo (SiO 2 ), carbonato di sodio (Na 2 CO 3 ), carbonato di calcio (CaCO 3 ). Per ottenere un prodotto omogeneo e quindi una buona trasparenza ottica è necessario una buona omogeneità e quindi completa fusione e mescolamento delle materie prime. Metodi di formatura: 1. Pressatura. Utilizzata per fabbricare pezzi di grande spessore es. piastre e piatti. Stampaggio sotto pressione con stampi in ghisa rivestiti di grafite (precedentemente riscaldati). 2. Soffiatura 3. Trafilatura 4. Formazione di fibre.

4 La trafilatura è utilizzata per formare componenti che si sviluppano in lunghezza es. lastre, barre, tubi e fibre aventi sezioni costanti. Il materiale risulta in trazione invece che in compressione come nell estrusione. Processo di laminazione a caldo per la formazione di lastre di vetro piane. La formazione di fibre: Vetro fuso in una camera riscaldante di Pt fatto trafilare attraverso piccoli ugelli alla base della camera. Il controllo della viscosità è critico.

5 Trattamenti termici dei vetri In un materiale ceramico riscaldato ad alta temperatura si possono indurre delle tensioni interne, dette tensioni termiche, a causa della differenza di velocità di raffreddamento e di contrazione termica tra la superficie e le regioni interne. Queste tensioni nei vetri possono indebolire il materiale e in casi estremi portare a rottura il materiale: shock termico. Soluzione: o raffreddamento lento o trattamento termico di ricottura. LA TEMPRA Trattamento termico che consiste nel riscaldare il materiale ad una temperatura superiore a Tg ma inferiore a quella di rammollimento. Raffreddamento con getto d aria o bagno d olio. A causa della differenza di velocità di raffreddamento e di contrazione termica tra la superficie e le regioni interne insorgono tensioni residue. Superficie Compressione Interno Trazione Superficie si raffredda più velocemente, quindi diventa rigida. Interno regione plastica. Raffreddando ulteriormente l interno tende a contrarsi di più dell esterno tirando a sé l esterno.

6 LAVORAZIONE DEI MATERIALI POLIMERICI

7 Tecniche di formatura delle plastiche La fabbricazione dei termoindurenti avviene in due stadi. 1. Preparazione del polimero lineare (prepolimero) allo stato liquido con basso peso molecolare. 2. In uno stampo della forma desiderata, per riscaldamento e/o aggiunta di catalizzatori sotto pressione viene trasformato nel prodotto finito (struttura reticolata a legami incrociati). Detta la cura. Possono essere rimossi dagli stampi ancora caldi in quanto dimensionalmente stabili. Termoplastici. Stampaggio a compressione, trasferimento, soffiaggio, iniezione, estrusione. La plastica granulare finemente macinata ad elevate temperature e sotto pressione si forza a fluire dentro uno stampo e ad assumere la forma voluta. Stampaggio a compressione Stampaggio a trasferimento. Gli ingredienti solidi vengono dapprima fusi in una camera di trasferimento riscaldata poi iniettati nella camera di stampaggio. In questo modo la pressione risulta distribuita più uniformemente su tutte le superfici. Geometrie complesse.

8 Stampaggio a iniezione. Tecnica più ampiamente utilizzata. Attraverso una tramoggia il materiale va in una cilindro e attraverso un pistone spinto in una camera riscaldata dove un nucleo espanditore costringe il polimero a passare lungo le pareti riscaldate. Il materiale fonde e forma un liquido viscoso che esce dall ugello e finisce nella cavità dello stampo. La pressione è mantenuta finché l oggetto non è solidificato. Processo dura tra i 10 e 30 secondi. Per i termoindurenti un po di più. La cura avviene mentre il materiale è sotto pressione. Estrusione. Termoplastico viscoso passa attraverso uno stampo aperto all estremità. Una vite senza fine spinge e compatta il fluido viscoso e lo fa passare attraverso una filiera. La solidificazione è facilitata da spruzzi d acqua o getti d aria.

9 Stampaggio per soffiatura. Come i vetri. Colata. Come i metalli i termoplastici e termoindurenti possono essere lavorati per getti. Per i termoplastici avviene per solidificazione dallo stato fuso, per i termoindurenti per una reazione di polimerizzazione o processo di cura (ad elevata T). Produzione di fibre. Filatura per estrusione. Per rafforzare le fibre si fa un successivo stiramento (catene orientate). Produzione di pellicole. Prodotte per estrusioneattraverso una fessura e poi laminazione (calandratura) o trafilatura per ridurre lo spessore. Prodotte per soffiatura

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