Indice Prefazione XIII Capitolo 1 LA STRUTTURA DEI MATERIALI: COSA, COME, PERCHÉ 1 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 1.1. Design e materiali 2 1.2. Alcune domande 2 1.3. Il livello di indagine 3 1.4. Legami chimici 5 1.4.1 Legame ionico 6 1.4.2 Legame covalente 7 1.4.3 Legame metallico 8 1.4.4 Legami deboli 8 1.5. La struttura dei materiali 9 1.5.1 Struttura cristallina 9 1.5.2 Struttura amorfa 10 1.5.3 Struttura semicristallina 11 1.6. Un primo confronto tra materiali 11 1.6.1 Materiali metallici 11 1.6.2 Materiali polimerici 12 1.6.3 Materiali ceramici 13 1.7. Risposte alle domande 14 Capitolo 2 LE PROPRIETÀ DEI MATERIALI: QUELLA IMPORTANTE DOZZINA 17 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 2.1. Caso studio: la padella 18 2.2. Proprietà generali 22 2.2.1 Densità 22 2.2.2 Costo 23 2.3. Proprietà meccaniche 26 2.3.1 Comportamento meccanico di un materiale: curva sforzo-deformazione 26 V
Materiali per il design 978-88-08-18400-9 2.3.2 Materiali a comportamento elastico 27 2.3.3 Materiali a comportamento elasto-plastico 28 2.3.4 Grandezze ottenibili dalle curve sforzo-deformazione 29 2.3.5 Rigidità 30 2.3.6 Resistenza 31 2.3.7 Deformabilità plastica (duttilità) 31 2.3.8 Tenacità 32 2.4. Caso studio: i nastri da imballaggio e i nastri isolanti 35 2.5. Proprietà fisiche e chimiche 38 2.5.1 Conducibilità termica 38 2.5.2 Conducibilità elettrica 39 2.5.3 Magnetismo 39 2.5.4 Massima temperatura di servizio 40 2.5.5 Durabilità 41 2.6. Caratteristiche ottiche 43 2.6.1 Trasparenza 43 2.7. Esercizi 44 Capitolo 3 COME SI CALCOLANO LE SOLLECITAZIONI SU UN OGGETTO: COME EVITARE CHE UNA SEDIA STIA IN PIEDI PER CASO 47 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 3.1. Caso studio: la sedia 48 3.2. Forza 49 3.2.1 Definizione 49 3.2.2 Unità di misura 50 3.2.3 Forza risultante verticale e orizzontale 51 3.3. Momento 54 3.3.1 Definizione 54 3.3.2 Unità di misura 55 3.3.3 Momento risultante 55 3.4. Equazioni fondamentali della statica 57 3.5. Reazioni vincolari 59 3.6. Azioni interne 61 3.6.1 Asta che sorregge un carico assialmente: trazione o compressione 62 3.6.2 Asta appoggiata che sorregge un carico applicato al centro: flessione 63 VI
978-88-08-18400-9 INDICE 3.6.3 Asta incastrata con carico applicato a un estremo: flessione 64 3.7. Esercizi 65 Capitolo 4 COME SI DIMENSIONA UN OGGETTO: MI FLETTO MA NON MI SPEZZO 73 Alberto Cigada e Barbara Del Curto 4.1. Cosa si vuole imparare a fare 74 4.2. Deformabilità di un oggetto 75 4.3. Diversi tipi di sforzo e deformazione 76 4.4. Trazione o compressione 77 4.4.1 Azioni interne 78 4.4.2 Sforzo 78 4.4.3 Deformazione 79 4.4.4 Legame sforzo-deformazione 80 4.4.5 Valutazione delle proprietà meccaniche richieste 82 4.5. Flessione 84 4.5.1 Momento di inerzia 85 4.5.2 Valutazione delle proprietà meccaniche richieste 86 4.5.3 Flessione per forza al centro 87 4.5.4 Flessione per forza applicata a un estremità 89 4.6. Esercizi 91 Capitolo 5 MATERIALI METALLICI 105 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 5.1. Introduzione 106 5.2. Legame chimico e struttura cristallina 106 5.3. Difetti reticolari 107 5.3.1 Difetti puntiformi e diffusione 107 5.3.2 Difetti lineari e deformazione plastica 108 5.3.3 Incrudimento 110 5.3.4 Ricristallizzazione 110 5.3.5 Effetto della temperatura di deformazione plastica 111 5.3.6 Difetti di superficie e bordi di grano 111 5.3.7 Effetto della deformazione plastica sui bordi di grano 112 VII
Materiali per il design 978-88-08-18400-9 5.4. Struttura delle leghe metalliche 112 5.4.1 Soluzioni solide interstiziali 113 5.4.2 Soluzioni solide sostituzionali 113 5.4.3 Presenza di più fasi 114 5.5. Meccanismi di rafforzamento dei metalli 114 5.5.1 Rafforzamento per alligazione 115 5.5.2 Rafforzamento per incrudimento 115 5.5.3 Rafforzamento per trattamento termico 115 5.5.4 Rafforzamento per precipitazione 116 5.6. Proprietà dei materiali metallici 116 5.7. Acciai 117 5.7.1 Classificazione degli acciai in base alle applicazioni 118 5.7.2 Effetto degli elementi di lega 119 5.7.3 Acciai da costruzione 119 5.7.4 Acciai speciali da costruzione 120 5.7.5 Acciai inossidabili 121 5.8. Ghise 124 5.8.1 Tipi di ghise 125 5.8.2 Ghise grigie 125 5.9. Rame e leghe di rame 127 5.9.1 Rame puro 127 5.9.2 Leghe di rame 128 5.9.3 Ottoni 128 5.9.4 Bronzi 129 5.9.5 Metalli bianchi 130 5.10. Alluminio e leghe di alluminio 130 5.10.1 Classificazione dell alluminio e delle leghe di alluminio 131 5.10.2 Alluminio puro (serie 1000) 132 5.10.3 Leghe da deformazione plastica 132 5.11. Titanio e leghe di titanio 133 5.11.1 Leghe di titanio 135 5.12. Magnesio e leghe di magnesio 136 5.13. Zinco 137 5.14. Tecnologie di lavorazione 137 5.15. Processi per l ottenimento di semilavorati 138 5.15.1 Lavorazioni di fonderia 138 5.15.2 Metallurgia delle polveri (sinterizzazione) 140 5.15.3 Lavorazioni per deformazione plastica 140 5.15.4 Lavorazione della lamiera 143 5.16. Lavorazioni alle macchine utensili 144 5.16.1 Lavorazioni con abrasivi 145 VIII
978-88-08-18400-9 INDICE 5.16.2 Lavorazioni non convenzionali 146 5.17. Processi di giunzione 146 5.17.1 Saldatura e brasatura 147 5.17.2 Giunzioni meccaniche 147 5.17.3 Incollaggio 147 5.18. Operazioni di finitura superficiale 148 5.18.1 Rivestimenti metallici 148 5.18.2 Ossidazione anodica 149 Capitolo 6 DURABILITÀ 151 Gabriele Fumagalli 6.1. Introduzione 152 6.2. Durabilità e degrado 153 6.3. Sollecitazioni e classi di materiali 153 6.3.1 Corrosione atmosferica 155 6.4. Protezione dalla corrosione 158 6.4.1 Scelta del materiale 159 6.4.2 Scelta della forma 161 6.5. Trattamenti superficiali 162 6.5.1 Cenni sulle tecniche di rivestimento 163 6.5.2 Caso studio: la lamiera zincata 164 Capitolo 7 MATERIALI CERAMICI 167 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 7.1. Introduzione 168 7.2. Legami chimici, struttura e proprietà 169 7.3. Come si ottengono i materiali ceramici: dalle polveri ai prodotti 170 7.4. Ceramici tradizionali 171 7.4.1 Materie prime 171 7.4.2 Lavorazioni 173 7.4.3 Proprietà 177 7.4.4 Prodotti 177 7.5. Ceramici avanzati 181 7.5.1 Produzione 182 7.5.2 Ceramici avanzati strutturali 182 7.5.3 Elettroceramici 184 7.5.41 Ceramici ottici 185 IX
Materiali per il design 978-88-08-18400-9 Capitolo 8 VETRI 187 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 8.1. Introduzione 188 8.2. Formazione di vetro 188 8.3. Composizione chimica e struttura del vetro 190 8.4. Tipi di vetro 191 8.5. Produzione 193 8.5.1 Macinazione, dosaggio e miscelazione 193 8.5.2 Fusione 193 8.5.3 Affinazione e omogeneizzazione 194 8.5.4 Formatura 194 8.5.5 Trattamenti di finitura 197 8.6. Proprietà del vetro 198 8.6.1 Caratteristiche meccaniche 198 8.6.2 Proprietà chimico-fisiche 199 8.6.3 Proprietà ottiche 200 Capitolo 9 LEGNI 203 MariaPia Pedeferri e Barbara Del Curto 9.1. Introduzione 204 9.2. Struttura del legno 204 9.3. Umidità 206 9.4. Difetti 207 9.5. Lavorazione del legno 208 9.6. Proprietà del legno 209 9.6.1 Resistenza meccanica 209 9.6.2 Deformazioni 210 9.6.3 Proprietà chimiche e fisiche 211 9.7. Applicazioni 212 9.7.1 Derivati del legno 213 Capitolo 10 STRUTTURA E PROPRIETÀ DEI MATERIALI POLIMERICI 217 Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink 10.1. Breve storia dei materiali polimerici 218 10.2. I materiali polimerici: struttura 220 10.3 I materiali polimerici: proprietà 227 10.3.1 Considerazioni generali 227 X
978-88-08-18400-9 INDICE 10.3.2 Proprietà meccaniche 230 10.3.3 Proprietà ottiche 233 10.3.4 Le principali proprietà ottiche 239 Capitolo 11 POLIMERI AMORFI E SEMICRISTALLINI: PROPRIETÀ ED ESEMPI 241 Roberto Frassine, Marinella Levi, Claudia Marano e Marta Rink 11.1. Polimeri amorfi 242 11.2 I principali polimeri amorfi 249 11.2.1 Polivinilcloruro (PVC) 249 11.2.2 Polistirene (PS) 252 11.2.3 Polimetilmetacrilato (PMMA) 252 11.2.4 Policarbonato (PC) 253 11.3 Elastomeri 254 11.4. Polimeri semicristallini 257 11.5 I principali polimeri cristallini 266 11.5.1 Polietilene (PE) 266 11.5.2 Polipropilene (PP) 268 11.5.3 Poliammidi (PA) 271 11.5.4 Poliossimetilene (POM) 272 11.5.5 Polietilentereftalato (PET) e Polibutilentereftalato (PBT) 274 11.5.6 Politetrafluoroetilene (PTFE) 275 11.6. Miscele e copolimeri 276 11.6.1 Esempi di copolimeri 280 11.6.2 Un esempio di miscela 283 Capitolo 12 MATERIALI COMPOSITI 285 Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 12.1 Materiali compositi a matrice polimerica: struttura 288 12.2 Proprietà dei componenti 290 12.3 Proprietà dei compositi 293 Capitolo 13 TECNOLOGIE DEI MATERIALI POLIMERICI E DEI MATERIALI COMPOSITI 297 Roberto Frassine, Claudia Marano e Marta Rink 13.1 Tecnologie di trasformazione dei polimeri termoplastici 298 XI
Materiali per il design 978-88-08-18400-9 13.1.1 Estrusione 300 13.1.2 Stampaggio a iniezione 300 13.1.3 Termoformatura 306 13.1.4 Stampaggio rotazionale 307 13.1.5 Soffiaggio 309 13.2 Tecnologie di produzione dei materiali compositi 311 13.2.1 Laminazione manuale e stampaggio in autoclave 314 13.2.2 Avvolgimento 317 13.2.3 Pultrusione 318 13.2.4 Altre tecnologie di lavorazione per compositi a fibra continua 320 13.2.5 Tecnologie di lavorazione per compositi a fibra corta 322 Appendice MISURE: VALORI NUMERICI, GRANDEZZE E UNITÀ DI MISURA LE PAROLE SONO IMPORTANTI 327 Gabriele Fumagalli A1. Le parole sono importanti 328 A2. Errori di misura e approssimazioni 328 A3. Il significato degli zeri 330 A4. Altri comodi modi per scrivere numeri 333 A5. Unità di misura SI per le grandezze fondamentali e derivate 335 A6. Sintesi 339 A7. Formule utili 341 Bibliografia 345 Indice analitico 347 XII