RIAPPROPRIARSI DEI MATERIALI : L'IBRIDAZIONE

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1 RIAPPROPRIARSI DEI MATERIALI : L'IBRIDAZIONE Gli ibridi (p.es. materiali compositi) possono essere utili per colmare le differenze tra le proprietà dei materiali, nel caso si desiderino valori precisi di determinate proprietà. Si può avere ibridazione a diversi livelli: macroibridazione, micro-ibridazione, nanoibridazione. La difficoltà nella creazione di ibridi è che raramente danno delle proprietà ottenibili come media ponderata delle proprietà dei materiali iniziali, per cui bisogna sempre verificare empiricamente (con prove) quali siano le proprietà dell'ibrido ottenuto Esempio di media ponderata: se il modulo elastico a trazione delle fibre di vetro è 45 GPa, e quello di una resina poliestere è 2 GPa ed abbiamo un composito con 60% di fibre di vetro e il resto (40%) poliestere, in teoria (in condizioni ideali) il composito avrebbe un modulo elastico uguale a: 45*0.6+2*0.4 = 27.8 GPa

2 ESEMPIO DI USO DI SCARTI: IBRIDO DI CERNIT E POLISTIRENE DA STOVIGLIE MONOUSO Il Cernit è un argilla polimerica termoindurente, di origine petrolchimica, con una certa affinità con la bachelite (resina fenolica) Valorizzazione come bracciali Temperature di processo simili tra i due materiali che facilitano la formazione di un interfaccia

3 USO DI SCARTI DI LEGNO TRUCIOLARE DA MOBILI A FINE VITA E LATTICE DI GOMMA Seggiolino multifunzionale (seat-back)

4 ALTRI IBRIDI CON SCARTI CELLULOSICI Cellulosa da alghe rosse Compositi con fibre di cellulosa da giornali Resina epossidica con pula di farro (presenza anche di silicio) Estrazione cellulosa animale (whisker di tunicina: sx) dalle corazze dei tunicati (qui Diazona violacea: dx) Bioresina (olio di lino) con crusca di riso

5 AUTOPRODUZIONE DEGLI IBRIDI (macro) HEDERA Compatibilità e complementarità Lo sviluppo e l autoproduzione di un ibrido può permettere la creazione di linee di oggetti di design con migliore controllo del risultato finale

6 GRAMMATURA: ESEMPI DI VALORI SUI TESSUTI Rafia di polipropilene Tessuto/non tessuto (normalmente da 60 a 240 g/m²) in poliestere ( g/m²) (per sacchi) (per geotessili) Tessuto piano di fibra di vetro (grammatura 150 g/m²) (per compositi) TESSUTI BILANCIATI: piano, saia (twill), raso (satin). Stuoia non tessuta (chopped strand mat, CSM) in fibra di vetro (180 g/m²) TELA E GARZA DI LINO

7 PER UNA TASSONOMIA DEGLI ADESIVI Colle sintetiche Colle naturali Viniliche (PVC, PVA) Acriliche (metacrilato) Cianacriliche Poliuretaniche Epossidiche (bicomponenti) Siliconiche Melamminiche Ureiche Colla d ossa Colla di coniglio COLLAGENE Colla di pesce Colla di caseina Colla di farina Gomma arabica Colla rossa (resorcinolo) Colle autoprodotte p.es. soluzione di caseina in acqua, con ammoniaca e glicerina oppure soluzione di farina in acqua, con glicerina, aceto o limone COLLE DI FARINA COLORATE

8 CARATTERISTICHE MECCANICHE DELL INCOLLAGGIO Preventivamente si esegue una preparazione delle superfici (per superfici unte o contaminate), con prodotti per aumentare la velocità di polimerizzazione od ampliare lo spettro dei materiali incollabili. La frattura dell incollaggio può essere adesiva (tra adesivo e superficie) o coesiva (dentro l adesivo) Per ottenere informazioni sulla resistenza dell adesivo, si eseguono sollecitazioni di taglio sul film di adesivo

9 BIOADESIVI (gestione delle superfici contaminate: crostacei) GHIANDOLA DEL CEMENTO NEL CIRRIPEDE BIOFOULING La secrezione (cemento glicoproteinico) è un adesivo temporaneo che consente l esplorazione del territorio alle larve. Dopo di che, un diverso tipo di cemento definitivo viene secreto dalle ghiandole del corpo del cirripede. Il cemento definitivo viene inoltre addizionato dal cirripede per mezzo di particelle di carbonato di calcio (CaCO 3). La natura è in generale in grado di gestire le due forme del carbonato di calcio, calcite ed aragonite, ed inoltre di fornire loro un interfaccia sufficientemente forte con matrici proteiniche. SVILUPPO E MIGRAZIONE DELLE GHIANDOLE DEL CEMENTO NEL CIRRIPEDE

10 RIEPILOGO TIPI DI ADESIONE Il continuo ricorso da parte dell'ingegneria ad un'adesione di tipo meccanico ha la conseguenza che le condizioni delle superfici siano estremamente importanti: riconoscendo questo, l'invenzione del Velcro ha teso a progettare le superfici in modo da avere un'interazione puntuale e costante, invece che empirica, e quindi senza bisogno di pressione (anche se certamente per bassi livelli di forza). Il ricorso a forze elettrostatiche indotte (molto deboli, ma disperse su tutta l'area di contatto della zampetta) permette al geco la reversibilità e l'adattabilità a qualunque supporto.

11 FILM SOTTILI Film strutturali Pellicole Strati di adesivo Film di riporto Per maggior durezza Per protezione Spessori: dai 20 micron ad 1 millimetro. Quando si scende al di sotto del millimetro di spessore, cioè nel caso dei film sottili, accade che le forze di taglio non sono mai trascurabili, ma anche che le tolleranze diventano modestissime, perché un errore di fabbricazione di pochi micron può portare ad una forte crescita delle tensioni interfacciali.

12 PROCESSO DI FILMATURA PER SOFFIAGGIO Si tratta sempre di un processo di estrusione che garantisce un buon controllo dimensionale attraverso un processo di trazione controllato. Alla base ci dev essere la formazione di pellet con proprietà ragionevolmente costanti. PELLET DI LDPE (polietilene a bassa densità) PER FILMATURA Esempio prodotto innovativo: FILM CELLULOSICO (a sinistra) CHE MOSTRA PROPRIETA DI COLORE STRUTTURALE MOLTO SIMILI A QUELLE DEL TULIPANO REGINA DELLA NOTTE (a destra)

13 Colore strutturale: La farfalla Cyanophrys Remus, originaria del Brasile, ottiene una colorazione diversa dai due lati attraverso la particolare riflessione luminosa selettiva di strutture cristalline (microlamelle), presenti sulla sua superficie (viene studiata per la produzione di vernici senza pigmenti) ANOCRA SULLE ALI DELLE FARFALLE Iridescenze delle piume di pavone: altro esempio di colore strutturale, dovuto a microlamelle, la cui mutua distanza è paragonabile alla lunghezza d onda della luce visibile. Quando la luce interagisce con esse, viene filtrata o riflessa causando l interferenza ottica e consentendoci di apprezzare le varie tonalità Riproduzione nanometrica della struttura modulare dell ala di una farfalla In lega di germanio-antimonio-selenio (sx) e la struttura naturale (dx)

14 LEGNO DI FRASSINO PIANO DI LAVORO IN FRASSINO PROPRIETA MECCANICHE ORIENTATIVE DI ALCUNE SPECIE DI LEGNO DENSITA A SECCO Il legno ha un comportamento relativamente fragile a trazione, mentre è duttile a flessione ed è estremamente tenace

15 PANNELLI SANDWICH E COMPENSATO In generale, se poi la struttura è stratificata a molti strati (come per esempio i laminati compositi), per un carico anche relativamente basso, si ottiene uno scollamento tra le lamine, detto delaminazione. Lo snervamento delle facce, cioè la deformazione plastica e quindi non recuperabile, è invece tipico di carichi più elevati, a meno che non ci sia un danneggiamento pre-esistente (come può accadere per esempio nel caso della presenza di fibre già tensionate)

16 ALTRI METODI DI GIUNZIONE NEL LEGNO I sistemi di giunzione tengono conto delle forze applicate sul legno ed anche dell'angolo prevalente di attivazione. I casi previsti possono includere un eventuale rinforzo con adesivi, che tuttavia impedisce il movimento reciproco delle parti, che in certi casi può moderatamente essere desiderabile.

17 PROVE TECNOLOGICHE: LA DUREZZA Le prove tecnologiche danno dei valori comparativi (e non assoluti) e sono utili per effettuare scelte sui materiali. La prova di durezza si basa sulla capacità di un indentatore di penetrare nel provino di materiale. Nell'acciaio, la durezza Brinell è proporzionale alla resistenza a rottura attraverso un coefficiente di proporzionalità che dipende dal tipo di acciaio

18 DUREZZA ROCKWELL (per plastiche: indentatore sfera d'acciaio) Su superfici molto piccole e materiali molto duri, si utilizza anche la durezza Knoop (al microscopio) con per indentatore una piramide asimmetrica che lascia un'impronta a forma di rombo molto allungato

19 DUREZZA SHORE (A: per plastiche meno dure; D: per plastiche più dure) Si può avere anche una prova di durezza istantanea per 1 secondo: un valore 100 in entrambe le scale rappresenta una penetrazione di 2.5 mm per un materiale spesso 6.4 mm. Un altro tipo di prova di durezza è la durezza Barcol, che si serve di una punta d'acciaio affilata, e serve per vedere se nei polimeri termoindurenti la polimerizzazione è terminata (la durezza alla penetrazione deve essere almeno il 90% di quella sulla superficie).