Alla scoperta della fisica dei materiali STIRA e. AMMIRA Giancarlo Locati 6-9 settembre 2010 - Piancastagnaio
Di cosa parleremo l orientamento delle macromolecole il caso del PET i materiali compositi
entanglements un sistema molto disordinato (stato amorfo) n e = numero di entanglement/cm 3
Polimero orientato
Cosa succede quando si stira un materiale polimerico? Le molecole del materiale si orientano Le proprietà del materiale cambiano Le proprietà diventano anisotrope
Effetto dell orientazione su films and foglie Cresce l impermeabilità ai gas Al crescere dell orientazione Migliorano le caratteristiche ottiche Diminuisce la resistenza alla lacerazione
EFFETTO DELL ORIENTAZIONE SU FILM E FOGLIE DI PP Proprietà Unità Non-orientato Bi-orientato Modulo Tensile MPa 690-960 1720-3100 Carico a rottura MPa 40-60 140-240 Allungamento tensile % 400-800 50-130 Haze % 2-4 1-2 Permeabilità al vapor d acqua g mil/in 2 0.7 0.3 Permeabilità all ossigeno cc mil/in 2 240 160 Fonte: Basell
Il caso del PET Poli-Etilen-Tereftalato Il poliestere Alcantara Materie prime: Acido tereftalico + Glicole etilenico Formula:
Le bottiglie in PET
1.La fase di stampaggio GRUPPO CHIUSURA ginocchiera a 5 punti GRUPPO INIEZIONE vite punzonante Piastra mobile Piastra fissa Valvola di non ritorno
La preforma e il tappo Preforma: PET Tappo: PE
2.La fase di stiro-soffiaggio
riassumendo Le bottiglie sono stirate nei due sensi (stiro biassiale)
Perché stirare il PET? Aumenta enormemente la impermeabilità ai gas Aumentano molto le proprietà meccaniche Si riduce la quantità di materiale da utilizzare
I MATERIALI COMPOSITI 1) I materiali di rinforzo: le fibre 2) Caratteristiche dei materiali di rinforzo 3) Tecnologie di trasformazione 4) Applicazioni
Energia del legame C-C = 348 kj/mole Polimero orientato
I MATERIALI COMPOSITI 1.4 I materiali di rinforzo: le fibre LE FIBRE DI POLIETILENE Cosa sono? Sono fibre orientate di polietilene A cosa servono? A realizzare corde e tiranti; parastinchi; tele per filtri Come si ottengono? Da soluzioni concentrate di Polietilene Chi le produce? DSM (NL) marchio Dyneema Mitsui (J) marchio Tekmilon Allied (USA) marchio Spectra
I MATERIALI COMPOSITI 1.1 I materiali di rinforzo: le fibre LE FIBRE DI VETRO Cosa sono? Sono filamenti di vetro A cosa servono? A realizzare parti strutturali di componenti per avio spaziale, auto e settore sportivo Come si ottengono? Si ottengono filando il vetro fuso mediante speciali ugelli Chi le produce? Vari produttori: USA (Hercules), Europa (Hexcel, Courtalds)
I MATERIALI COMPOSITI 1.2 I materiali di rinforzo: le fibre LE FIBRE DI CARBONIO Cosa sono? Sono filamenti di carbonio A cosa servono? A realizzare parti strutturali di componenti per avio spaziale, auto e settore sportivo Come si ottengono? Si ottengono da fibre orientate di Poliacrilonitrile (PAN), dopo eliminazione di tutti gli atomi diversi dal carbonio Chi le produce? Vari produttori: USA (Hercules), Europa (Hexcel, Courtalds)
I MATERIALI COMPOSITI 1.3 I materiali di rinforzo: le fibre IL KEVLAR Cosa è? E costituito da fibre orientate di una particolare poliammide aromatica (parabenzammide, PBA) C HC HC CH CH C N H C O n A cosa servono? A realizzare parti strutturali di componenti per avio spaziale, auto e settore sportivo; giubbotti antiproiettili Come si ottengono? Da soluzioni concentrate di Poliammidi aromatiche (dette anche aramidi) Chi le produce? Solo la DuPont (USA) con il marchio Kevlar
I MATERIALI COMPOSITI 1.5 I materiali di rinforzo: i tessuti
I MATERIALI COMPOSITI 2) caratteristiche delle fibre Densità Costo relativo Densità (g/cm 3 ) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 carbonio alto modulo carbonio alto carico vetro aramidiche (Kevlar) polietilene 200 180 160 140 120 Costo relativo 100 80 60 40 20 0 carbonio alto modulo carbonio alto carico vetro aramidiche (Kevlar) polietilene Carico a rottura Modulo tensile 4500 4000 3500 3000 Carico a rottura 2500 (MPa) 2000 1500 1000 500 0 carbonio carbonio alto modulo alto carico vetro aramidiche (Kevlar) polietilene Modulo tensile (GPa) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 carbonio alto modulo carbonio alto carico vetro aramidiche (Kevlar) polietilene Carico a rottura specifico Modulo specifico 4000 400 Carico a rottura specifico (MPa/gcm -3 ) 3000 2000 1000 300 Modulo specifico 200 (GPa/gcm -3 ) 100 0 carbonio alto modulo vetro carbonio alto carico aramidiche (Kevlar) polietilene 0 carbonio alto modulo carbonio alto carico vetro aramidiche (Kevlar) polietilene
3.1 Fabbricazione di manufatti: la tecnologia della vetroresina
3.2 Fabbricazione di manufatti: la tecnologia pre-preg 1 Fabbricazione del pre-preg 2 4 3 Fabbricazione del sacco Indurimento in autoclave Il manufatto: lastra 5 Sandwich a nido d ape con pelli in pre-preg
3.3 Fabbricazione di manufatti: la tecnologia dell avvolgimento polare
I MATERIALI COMPOSITI 4) Esempi di manufatti in composito
Incidente a Felipe Massa. Una molla ha colpito il casco di Massa a 280 km orari
The technologically-advanced 787 will use 20 percent less fuel than today's airplanes of comparable size, provide airlines with up to 45 percent more cargo revenue capacity
FINE