Materiali ceramici, polimerici e loro compositi NUOVI MATERIALI DAL RICICLO Prof. ing. Franco Sandrolini (DICASM) Ordinario di Scienza etecnologia dei materiali Facoltà di Ingegneria - Università di Bologna e-mail: franco.sandrolini@mail.ing.unibo.it Tel. +39 051 2093205 Fax +39 051 2093213 Focus Group InnovaBologna 12-12-2005
Laboratorio di ricerca applicata all ingegneria industriale: Materiali compositi a matrice polimerica rinforzati con fibre di carbonio; o di vetro, ad es., da raccolta differenziata Materiali compositi a matrice polimerica e prestazioni fisico-meccaniche modulabili rinforzati con materiali particellati a modulo elastico e resistenza meccanica ad hoc: ad es., da scarti di mat. prime ceramiche (alto modulo), di pneumatici dismessi (basso modulo), cavi elettrici da adeguamenti tecnologici, etc. (es.: basamenti di macchine) Materiali compositi particellati ad alte prestazioni da materiali totalmente di riciclo (es.: a matrice di zolfo modificato con polimeri [ 2%])per applicazioni speciali Sistemi elettro/magnetoreologici fluidi o a matrice polimerica per applicazioni meccaniche innovative Nanocompositi a matrice polimerica con argille variamente modificate ed altri nanoparticelle
Scarti industriali: costi crescenti (ed ecosostenibilità decrescente) per il loro smaltimento per: esaurimento discariche autorizzate crescenti costi di trasporto incidenza dei costi di conferimento crescente sensibilità per il risparmio delle materie prime naturali e dei materiali non rinnovabili per la sostenibilità globale del processo produttivo! riciclo degli scarti industriali in nuovi materiali: - più facile per metalli e leghe - più complesso per altri materiali D. M. 05.02.98: I materiali riutilizzabili costituiscono Materie prime secondarie (MPS): non debbono presentare rischi superiori a quelli ottenuti dalla lavorazione di materie prime naturali, non sono assoggettate al regime ordinario dei rifiuti e debbono essere utilizzati, comunque, in cicli di produzione Salvaguardia ambientale Caratteristiche fisico-meccaniche?-->
"Ecosostenibilità" dei materiali industriali (in sintesi) 1. Materie prime e processi estrattivi e produttivi " impatto ambientale e inquinamento "lontano" dal sito di fabbricazione (estrazione delle materie prime e prelavorazioni dei materiali --> smaltimento degli scarti e salute delle maestranze) " energia necessaria (rinnovabile/non rinnovabile) e relativo impatto ambientale ed inquinamento ("lontano" dal sito di fabbricazione) 2. Trasporti " energia necessaria ed inquinamento prodotto (diretto ed indiretto) nel trasporto dei materiali al sito di impiego 3. Materiali, ambiente e salute " degrado dei materiali durante la loro vita di servizio, inquinamento e salute della popolazione (incluse le emissioni in caso d'incendio) 4. Smaltimento/riciclo dei materiali al termine del loro ciclo di vita " energia necessaria e inquinamento prodotto per lo smaltimento o il riciclo dei materiali da costruzione al termine del loro ciclo di vita utile
Scarti industriali e campioni di prova
Osservazioni SEM di superficie di frattura da prove meccaniche
Un esempio reale: prototipo di basamento di macchine per la lavorazione del legno in composito particellato (contenente anche scarti) - Messa a punto e preparazione delle miscele (con particelle a diverso modulo elastico, anche da scarti) e degli stampi per il colaggio sotto vibrazione -Assemblaggio e sperimentazione in azienda Caratteristiche finali: -riduzione del rumore e delle vibrazioni -ottima resistenza meccanica
Fasi di sperimentazione in laboratorio: -Ottimizzazione distribuzione granulometrica dei particellati -Scelta della matrice e compatibilizzazione particellati - matrice (agenti accoppianti, etc.) -Sperimentazione della miscelazione e della formatura con tecniche innovative (s. v., vibrazione e pressatura) Fasi di sviluppo (laboratorio/azienda): -Progettazione del prototipo, sperimentazione della miscelazione e della formatura e preparazione degli stampi -Collaudo operativo
Osservazioni microstrutturali SEM
Prove meccaniche
Ricaduta sulla didattica di Ingegneria