Lezione 19 Flashcards
Come varia il Modulo elastico dei Termoplastici in funzione della Temperatura, del Peso Molecolare e della % Cristallinità?
In funzione della temperatura si ha prima un elevato modulo elastico, perchè le catene sono rigide e bloccate, riscaldando si smorzano i legami secondari, riscaldando ancora le catene riescono a scorrere un po’ tra di loro, poi si fonde e diventa un liquido viscoso.
Un elevato peso molecolare significa che le catene sono più lunghe, quindi si incastrano maggiormente, la struttura diventa più dura e rigida, il modulo elastico aumenta e la deformabilità diminuisce.
Una struttura molto cristallina comporta una bassa porzione di materiale che farà la transizione vetrosa, quindi si ha un andamento decrescente con l’andare della temperatura, come tutti. Però all’andare della temperatura, solo la parte amorfa fa la detransizione vetrosa, quindi nei materiali molto cristallini, il modulo elastico è più alto, subisce un abbassamento minore alla temperatura di transizione e quelli con bassa % Cristallina risentono molto della Tg, sotto sono elastici, sopra gommosi.
Quali sono le proprietà meccaniche tipiche delle plastiche?
Hanno moduli elastici e Carichi di rottura molto inferiori rispetto ai metalli, alcune plastiche però ottengono allungamenti percentuali molto superiori ai metalli.
Descrivi la curva sforzo-deformazione dei polimeri.
I polimeri hanno una curva sforzo-deformazione che ha una sezione elastica, e plastica, dopo la sezione elastica è presente una sezione di “strizione”.
Quando il materiale raggiunge una certa sollecitazione, le catene vengono allungate, si avvicinano tra di loro e la sezione si riduce, la maggiore densità e vicinanza delle catene incrementa i legami secondari come le forze di Van der Waals, questo fenomeno rafforza la plastica, la strizione parte circa dal centro, propagandosi fino agli estremi, quando tutto il materiale è strizionato allora si rompe.
Cosa succede a livello microscopico quando i polimeri si rompono?
- Le parti amorfe si stirano.
- Le porzioni semicristalline si allineano allo sforzo.
- Le porzioni semicristalline si spezzano.
- Avviene lo stretching.
Parla della deformazione elastica e visco elastica nei polimeri
I polimeri si possono deformare in maniera elastica o viscoelastica in base alla temperatura e al tipo di polimero.
Polimeri rigidi presentano un andamento elastico.
Polimeri più deformabili e viscosi presentano un andamento viscoelastico.
La temperatura e la velocità di applicazione dello sforzo influiscono sulla capacità di deformarsi del polimero:
Bassa temperatura ed Alta velocità di sforzo comportano una deformazione elastica, rigida.
Alta temperatura e Bassa velocità di sforzo permettono alle catene di scorrere viscosamente, aumentando la duttilità.
Come avviene la frattura nei polimeri termoplastici?
Nei polimeri fragili, è valida la teoria della meccanica della frattura, quindi esistono dei fattori di intensificazione degli sforzi sopra ai quali il materiale si spacca.
Se il polimero è abbstanza duttile, avviene il fenomeno del crazing, fenomeno per il quale la cricca viene anticipata da tante porosità che si vengono a formare davanti alla cricca, plasticizzandosi ed assorbendo energia.
I polimeri hanno dei limiti a fatica?
Si, anche se molto più bassi dei metalli, circa sui 5-20MPa.
Parla dei polimeri termoindurenti.
I polimeri termoindurenti, detti frequentemente resine, sono dei polimeri che sono più rigidi dei polimeri termoplastici, la loro microstruttura è formata da tante catene polimeriche molto intrecciate tra loro, tendenzialmente dall’alto peso molecolare.
L’intrecciamento, il networking e l’alto peso molecolare delle catene ne ostacolano lo scorrimento viscoso.
I polimeri termoindurenti non possono essere fusi, la loro complicata struttura molecolare richiede talmente tanta energia per diventare viscosa, che il materiale si degrada prima, di conseguenza non sono riciclabili.
Tra i termoindurenti più frequenti abbiamo le
Resine Epossidiche, che hanno catene tendenzialmente corte, questo conferisce loro un’ottima bagnabilità, si prestano quindi a formare materiali compositi o adesivi.
Resine Poliesteri
Sono polimeri molto lunghi ed intrecciati, la temperatura di transizione vetrosa è molto alta, anche sopra la temperatura ambiente, questo fa in maniera tale che per passare da liquido a solido, non servono forni o altro, sono molto economiche.
Resine Fenoliche
Sono le prime resine ad essere state prodotte, come la bachelite, costano poco e sono ottimi isolanti termici ed elettrici, hanno un tipico colore nero e marrone, ma possono avere anche altri colori.
Parla degli elastomeri.
Gli elastomeri sono dei materiali polimerici che hanno un elevatissimo allungamento percentuale, anche del 1000%, sono in grado di subire grandi deformazioni elastiche e di riassumere la forma originale, le catene sono lunghe e poco intrecciate.
Devono stare sopra la Temperatura di transizione vetrosa (che comunque si trova a -50 / -80°C, quindi non è così problematico).
Un processo frequente negli elastomeri è la Vulcanizzazione, che prevede l’aggiunta di zolfo, che lega le catene polimeriche tra di loro, aumenta la ramificazione e la Resistenza a Trazione.
Parla dei materiali ceramici?
I materiali ceramici sono dei materiali inorganici e non metallici, alla base dei materiali ceramici c’è il legame ionico ed in parte covalente. Questi legami direzionali conferiscono una scarsissima capacità di deformarsi, di condurre elettricità e calore, ed una più elevata temperatura di fusione, perchè i legami ionici e covalenti richiedono più energia per essere spezzati.
I ceramici si dividono in Tradizionali, Innovativi, Refrattari ed Abrasivi.
Come si calcola la % di legame Ionico?
%Ionico = 1-e^(0.25*Δx^2)
Cosa è il numero di Coordinazione nei materiali ceramici?
E’ il numero di Anioni che toccano il Catione interno.
Quali sono le proprietà meccaniche dei materiali ceramici?
I materiali ceramici per via dei loro legami covalenti ed ionici sono duri e fragili.
Sono sensibilissimi alle cricche e alle microporosità, i valori di intensificazione degli sforzi K_IC sono estremamente bassi.
Possono avere σ_r molto variegato, anche tra i 300-1000MPa.
Hanno una terribile resistenza a trazione per via dell’elevata eterogenetià del materiale e delle porosità, che influiscono notevolmente sulle proprietà meccaniche.
Come si trova il carico di rottura nei materiali ceramici?
Nei materiali ceramici il carico di rottura si trova con una prova di flessione, questo perchè i ceramici a trazione, dipendono troppo da fattori esterni, come porosità interna, spessore del provino, non è possibile ottenere risultati sempre uguali, in particolare un provino più grande da più probabilità di avere delle singole porosità di grande dimensione.
Effettuando una prova di flessione si mette una parte del provino in trazione e l’altra in compressione, riducendo la sezione in trazione si riduce la probabilità che nel provino ci siano delle cricche di dimensione elevata, per questo si effettua questa prova, il provino ha sezione circolare o quadrata ed è retto tra due perni.
Parla della deformazione plastica nei materiali ceramici.
Il come avviene cambia tra cristallini ed amorfi.
ceramici cristallini, le dislocazioni hanno strutture complicatissime ed esistono pochissimi sistemi di scorrimento che permettono di mantenere ll’elettroneutralità, nel legame covalente è ancora peggio che nello ionico.
ceramici amorfi, la deformazione plastica avviene per movimento viscoso degli atomi all’interno del solido.
Parla dei ceramici tradizionali
I ceramici tradizionali sono dei materiali inorganici e non metallici che si fabbricano a partire dall’argilla, che ha come componenti più importanti il Silicio e l’Allumina, SiO2, Al2O3.
I ceramici tradizionali si dividono in porosi, come la terracotta e la terraglia, che vengono cotti sotto i 1000°C e devono essere rivestiti da prodotti se si vuole che non assorbano l’acqua, ed in non porosi, come la porcellana o il gres.
Per fabbricarli gli si da la forma, si fanno essiccare e si mettono a cuocere in forno, esistono tre metodi principali per dare la forma ad un ceramico.
- Stampaggio, si inserisce l’argilla in uno stampo che gli conferisce la forma desiderata e si lascia essiccare.
- Estrusione, si mischia ulteriore acqua con l’argilla per permettergli di deformarsi molto meglio, si ottengono dei semilavorati e si lasciano essiccare.
- Colaggio, si crea una soluzione di argilla ed acqua, si prepara uno stampo con le pareti porose, ad esempio in gesso. Si riempie del liquido, l’acqua viene assorbita dalle pareti di gesso, lasciando il materiale ceramico sulla superficie. Si svuota l’acqua in eccesso quando si raggiunge lo spessore desiderato, si aspetta un po’ di tempo per farlo essiccare e poi lo si mette in forno.
