Materiali Design PDF

TEMA DEL DESIGN: definizione di design: design in inglese significa progetto processo di progettazione tecnica ed estetica, di prodotti in serie il termine design deriva dal latino significa proiectare l’idea è di ragionare in termini proiettivi Definizione di thomas Maldonado: progettare la forma s...

TEMA DEL DESIGN: definizione di design: design in inglese significa progetto processo di progettazione tecnica ed estetica, di prodotti in serie il termine design deriva dal latino significa proiectare l’idea è di ragionare in termini proiettivi Definizione di thomas Maldonado: progettare la forma significa coordinare, integrare e articolare tutti quei fattori che, in un modo o nell'altro, parteciparono al processo costitutivo della forma del prodotto. ???? CERCARE Il design integra questa prospettiva molto ampia, è un ruolo molto strategico anche in un ambito aziendale, all’interno di un'azienda che necessita di progettare i propri prodotti PRODOTTO/OGGETTO Aspetto funzionale legato all’utilizzo utilizzo simbolico e decorativo contemplazione (spremiagrumi Alessi) parte estetica 90% funzionale 10% funzionale + simbolico o decorativo (sale e pepe Alessi) questione divertente, sdrammatizza Ruolo e scelta del materiale e della tecnologia per un progetto di product design e interior design Realizzazione a 360 gradi PRODOTTO/OGGETTO/INTERIOR Combinazione tra: Aspetto tecnico: utilità, pratica, funzione specifica Aspetto estetico: valenza simbolicamente, identità, appartenenza, status Quali sono le informazioni importanti sul materiale? qual’è il ruolo della tecnologia? come effettuare la giusta scelta nella progettazione? Si tratta di una combinazione di informazioni procedimento complesso che si organizza su integrazione multiple materiali - tecnologie - scienza dei materiali - ricerca di laboratorio - fornitori - design Informazione sui materiali - Tecnica: attributi tecnici di un materiale - proprietà fisiche - proprietà meccaniche - proprietà termiche - proprietà elettriche questo tipo di informazione viene fornito dalle aziende fornitrici sotto forma di grafici, schede tecniche, tabelle… - Utilizzo: sono quelle informazioni legate alla facilità di utilizzo e riguardano - ergonomia - proprietà meccaniche: è una scienza applicata interdisciplinare che si occupa della infrazione tra l’essere umano e l’ambiente in cui agisce.  Sul posto di lavoro le attrezzature ergonomiche hanno lo scopo di migliorare la capacità delle persone di lavorare in modo efficace. Ad esempio una sedia imbottita - interfaccia con l’utente: è tutto ciò che fa da ponte tra i servizi digitali e i loro destinatari. È l’inserimento dei cosiddetti touch point di un servizio digitale. Non si tratta solo di una serie di elementi grafici e visuali, ma di tutto ciò con cui l’utente entra in relazione nei vari contesti. Ad esempio il bancomat - Sostenibile: informazioni che riguardano - materiale come risorsa - riciclo del materiale - consumo di energia nel ciclo di vita nel prodotto: approccio promosso dalla politica integrale di prodotto(LCT) Lungo il loro intero ciclo di vita, ossia della pre produzione ( quindi anche acquisizione delle materie prime e produzione dei materiali) attraverso tutte le attività di trasformazione, distribuzione, uso (quindi anche riuso o riciclo e manutenzione) si al fine vita, quindi smaltimento e dismissione finale. - Percettiva: sono quelle informazioni che riguardano i sensi - Tatto caldo, freddo, duro, morbido, rigido, flessibile - Vista trasparenza, opacità, colore, riflessività - Udito tono e brillantezza del suono emesso quando si colpisce un oggetto - Olfatto e Gusto legata alla percezione SOGGETTIVA e PERSONALE Psicologia del colore (colore rosso), impatto della forma, potere delle immagini M del Mcdonald's Colore rosso della Coca-Cola Dispense del supermercato (in basso cose che possono vedere i bambini) Bianco abito da sposa Entro dal dentista ed è tutto bianco e quindi capisco che c’è una percezione di pulito, se vedessi tutto nero penso che c’è qualcosa che non va Bocca gufram: labbra morbide collegate al divano, rosso alle labbra Pratone: ti sdrai sull’erba e collegato a un divano - TECNICO/INGEGNERISTICO - assemblare le parti di un prodotto - meccanicamente, saldatura, adesivi - Conferire ad una superficie di un prodotto con particolari caratteristiche - durezza, resistenza all'usura, resistenza all'abrasione , resistenza alla corrosione, qualità tattili, qualità visive… - LEGATO AL DESIGN la tecnologia può essere considerato il mezzo per modificare la percezione del prodotto - in termini PERCETTIVI e SENSORIALI - attraverso la superficie e texture - in termini espressivi attraverso la forma - humor è espresso dalla forma dell’oggetto  - metodi e criteri di selezione - REQUISITI DI PRODOTTO - requisiti tecnici: offrono informazioni su come funziona e come si realizza il prodotto - prestazioni termiche, meccaniche - durabilità - costi - requisiti culturali: riguardano l’impatto del prodotto, la personalità e carattere del prodotto comprendono: ?? - METODI DI SELEZIONE - analisi: riguardano l’impatto del prodotto, la personalità e carattere del prodotto - sintesi: si serve di ragionamenti muniti, fondata su esperienze precedenti e analogie - similitudini: si usa quando si vuole sostituire un materiale o per rompere un preconcetto - ispirazione: è casuale, accidentale, può nascere da un’interazione con un materiale, un oggetto, un’immagine, una suggestione. COMBINAZIONE DI METODI: analisi: funzioni, vincoli, obiettivi sintesi: scopi, caratteristiche, percezioni ispirazione: scopi, caratteristiche similitudini: - SELEZIONE PER ANALISI: definire i requisiti tecnici e quantificarli: - funzione - vincoli - sollecitazioni - condizioni ambientali a cui dovrà sottostare - quanto deve durare - quanti pezzi si devono produrre - costo - Analisi: identificazione delle proprietà del materiale di interesse?? - valutazione dei materiali: per valutare i materiali candidati occorre tener conto di tutte le proprietà identificate in relazione ai requisiti del prodotto le diverse proprietà non sono omogenee, per unità di misura, significato fisico e metodo di misura. ????? Ex. PRODOTTO: biberon REQUISITI: leggero, indeformabile, contenere alimenti, sterile, anallergico, resistente alle cadute ELEMENTI: tettarella, ghiera, bottiglia - QUALI MATERIALI E TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE LIBRO: da cosa nasce cosa bruno munari MATERIALI DESIGN Struttura dei materiali: la scelta dei materiali da utilizzare nel progetto deve essere motivata in base a: - proprietà del materiale in relazione alla loro struttura (legami tra atomi molecole che lo compongono) - tecnologie di lavorazione - criteri dimensionamento in relazione al tipo di materiale utilizzato per un determinato prodotto MATERIALE = aggregato di atomi e molecole, che attraverso legami chimici e fisici, acquisisce una struttura tale da assicurare adeguate e sollecitazioni meccaniche, fisiche, chimiche, da consentire impiego per la realizzazione di prodotti. Del tipo di legame dipendono struttura finale e proprietà dell’oggetto che vogliamo realizzare h2o; riscaldamento, cottura ecc.. rafforzano i legami tra atomi/molecole TRE PRINCIPALI CLASSI DI MATERIALI: - metalli - polimeri - ceramici - materiali compositi - naturali conoscere struttura dei materiali tre diversi livelli - macrostrutturali: il materiale viene considerato nel suo insieme e esaminato a livello macroscopico, a occhio nudo. Le sue proprietà si misurano con prove sperimentali sul campioni - microstrutturali: il materiale viene esaminato con microscopio ottico. Individua particelle che lo compongono - atomico e molecolare: materiale considerato come aggregato di atomi e molecole Alla natura di legami e presenza difetti si riferiscono proprietà fondamentali FEDERMOBILITÀ, CAPACITÀ DI ASSORBIRE ENERGIE, LAVORABILITÀ Materia costituita da atomi, costituiti a loro volta da un nucleo (protoni carica + neutroni carica neutra e elettroni carica -) che ruotano intorno ad esso occupando livelli energetici ionico - si forma tra atomi diversi, di cui uno presenta nel livello energetico + esterno pochi elettroni e l'altro a cui manca stesso numero elettroni x arrivare a 8 Vengono ceduti elettroni tra un atomo e l'altro per completare configurazione stabile (8 elettroni) IL LEGAME IONICO E' ADIREZIONALE, il campo di attrazione presenta simmetria sferica. Le proprietà dei materiali che devono la loro resistenza alla presenza di tali legami saranno le stesse in tutte le direzioni covalente - 2 atomi uguali mettono in compartecipazione tra loro uno o più elettroni per raggiungere configurazione stabile. E' un legame chimico in cui due atomi mettono in comune delle coppie di elettroni IL LEGAME COVALENTE E' DIREZIONALE. Le proprietà dei materiali che devono la loro resistenza alla presenza di tali legami saranno le stesse in una direzione precisa. metallico - si metalli sono caratterizzati da elettroni di valenza poco numerosi e legati debolmente al nucleo pertanto gli elettroni di valenza non sono vincolati al singolo atomo ma liberi di muoversi e creare legame metallico che è un legame forte IL LEGAME IONICO E' ADIREZIONALE, il campo di attrazione presenta simmetria sferica. Le proprietà dei materiali che devono la loro resistenza alla presenza di tali legami saranno le stesse in tutte le direzioni MOLECOLE E MACROMOLECOLE molecola aggregato di atomi tenuti insieme da legami covalenti Sostanza molecolare è un aggregato di molecole ognuna legate alle altre da legami deboli es H20 Macromolecola aggi composto da elevato n di atomi tenuti insieme da legami covalenti Sostanza macromolecolare è un aggregato di molecole composto da elevato n di legami deboli ma sufficienti a determinare resistenza alle sollecitazioni (es materiali polimerici) Una strumera di questo tipo è generalmente deformabile plasticamente perchè sotto una sollecitazione le molecole possono scorrere facilmente l'una rispetto all'altra rompendo legami deboli e formandone di nuovi STRUTTURE Atomi e molecole possono disporsi nello spazio in modo + o - ordinato e generare diverse strutture CRISTALLINA: gli atomi o gruppi di atomi sono disposti nello spazio in modo ordinato e ripetitivo, legami forti quindi elevata resistenza alle sollecitazioni Struttura cristallina - gran parte dei materiali metallici e ceramici materiali metallici - il reticolo cristallino metallico (unico tipo di atomi e legame direzionale) può essere facilmente deformato materiali ceramici - la deformabilità plastica non consente deformazione, una volta che una forma viene stabilizzata termicamente (vetrificazione o sinterizzazione) no è+ possibile modificarla CONFRONTO TRA MATERIALI - MATERIALI METALLICI -AMORFA: atomi o molecole disposti in disordine, anche se uniti da legami forti. - SEMICRISTALLINA: mix tra amorfa e cristallina. macromolecole disposte per metà in ordine per metà in disordine. Materiali costituiti da uno o + elementi metallici (FE, AL ecc...) i elementi non metallici (es. C) Struttura: atomi si legano ordinatamente nello spazio formando reticoli cristallini 3d con presenza di legami forti adirezionali Deformazione: deformazione plastica Proprietà: elevate proprietà metalliche (x i legami forti), deformazione plastica, facilità nel formare leghe, conducibilita termica elevata.， lucentezza - MATERIALI POLIMERICI o materie plastiche Materiali organici costituiti da molte unità (monomeri) a base di atomi di carbonio che si legano tra loro formando catene molecolari (lineari/ramificate/reticolate) Struttura: lunghe catene di atomi a base di carbonio + altri elementi spesso H idrogeno e Ossigeno Deformazione: sotto l'azione di forze esterne è facile riallineamento delle catene in quanto devono essere rotti solo legami deboli Proprietà: modeste caratteristiche meccaniche, stampabilità, facile formabilità in forme complesse dopo riscaldamento a temperature relativamente basse (temp. fusione relativ bassa), rammolliscono e decompongono a tem. basse ciò limita notevolmente impieghi, buon isolamento termico e elettrico - MATERIALI CERAMICI Materiali inorganici costituiti da elementi metallici e non metalli legati a loro in legami costanti Struttura: sequenza ordinata nello spazio di elementi metallici e non metallici in rapporto costante che si legano tra loro a formare reticoli cristallini costituiti da soli legami forti, ionici o covalenti Deformazione: non è possibile deformare plasticamente un ceramico oltre una certa soglia la sollecitazione meccanica si arriva a rottura Proprietà: elevata resistenza meccanica a compressione, bassa resistenza a trazione?? PROPRIETÀ MATERIALI GENERALI costo - non è una proprietà di un materiale ma un FATTORE importante nella scelta di quello più idoneo per realizzare un prodotto esiste una realizzazione tra ALTO VOLUME DI PRODUZIONE E MINOR COSTO i materiali più usati sono quelli che possono essere prodotti a minor costo nella valutazione del costo dei materiali spesso è + importante la valutazione PREZZO PER UNITÀ DI VOLUME (euro/dm3) piuttosto che PREZZO PER UNITA' DI PESO (C/kg) PREZZO PER UNITÀ DI VOLUME (euro/dm3) si ottiene moltiplicando prezzo per unità di peso e densità per cui unità di misura euro/dm3 DENSITÀ: è legata al n di atomi degli elementi e al mondo in cui si dispongono nello spazio es: materiali metallici hanno elevata densità (cristallini) i materiali polimerici in genere hanno bassa densità in quanto costituiti da elementi a basso numero atomico, sono meno compatti per i materiali ceramici (calcestruzzo, porcellana, ceramica etc…) difficile indicare caratteristiche in quanto molto differenti tra loro DENSITÀ - peso per unità di volume massa/VOLUME PROPRIETÀ MECCANICHE RIGIDITÀ/ RESISTENZA/ DUTTILITÀ/ TENACITÀ Rigidità capacità di subire deformazione in campo elastico - grandezza di riferimento è il modulo di elasticità Resistenza capacità di un materiale sopportare forze applicate senza rompersi e deformarli in modo permanente elasto plastico - materiali duttili - limite elastico o sforzo di snervamento elastico - materiali fragili (non sono in grado di subire deformazioni plastiche) grandezza da considerare è lo sforzo di rottura Duttilità capacità di essere deformato plasticamente è una proprietà fondamentale in fase di lavorazione Tenacità PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE CONDUCIBILITÀ TERMICA/ CONDUCIBILITÀ ELETTRICA/ MAGNETISMO/ DUTTILITÀ CONDUCIBILITÀ TERMICA regola la velocità con la quale il calore è attraverso un solido in condizioni stazionarie (in assenza di variazioni nel tempo della temperatura) - buon conduttore - metalli - scarso conduttore - scarso isolante - buon isolante - polimeri CONDUCIBILITÀ ELETTRICA capacità di condurre la corrente - buon conduttore - acciai - scarso conduttore - scarso isolante - buon isolante - polimeri, ceramici MAGNETISMO proprietà magnetiche - materiali non magnetici - alluminio, calcestruzzo, etc - materiali ferromagnetici - acciaio gli acciai inox sono leghe di ferro caratterizzate, oltre alle proprietà meccaniche tipiche degli acciai al carbonio, da una notevole, resistenza alla corrosione, specie in aria umida o in acqua dolce - magneti permanenti con cui vengono fatte le calamite MASSIMA TEMPERATURA DI SERVIZIO temperatura max alla quale il materiale può essere utilizzato per impieghi strutturali es. Materiali metalli e ceramici è elevata (fusione) mentre per i polimeri dipende dalla struttura DURABILITÀ resistenza agli ambienti che si possono incontrare nella vita quotidiana metalli e polimeri possono presentare problemi durabilità, mentre i materiali ceramici no la durabilità dipende dagli ambienti in cui si colloca condizioni ambientali: - corrosione in acque naturali (pioggia, h20 potabile etc) - corrosione in acqua di mare (la resistenza dei materiali è notevolmente inferiore rispetto a quella in acqua naturale) - corrosione atmosferica (problema con umidità relativa superiore a 80% o in presenza di forte inquinamento ambientale (anidride solforosa) - uso di detergenti o solventi non idonei PROPRIETÀ OTTICHE TRASPARENZA può essere misurata in modo quantitativo ma è utile suddividere i materiali in categorie QUALITATIVE - qualità ottica - eccezionale trasparenza adatto a applicazioni per lenti per occhiali - trasparente - trasparenza molto buona (anche x materiali colorati) - traslucido - la luce diffusa è trasmessa attraverso il materiale - opaco - non trasparente, la luce non passa in generale possiamo affermare che: i materiali cristallini sono opachi (metalli, ceramici) i materiali amorfi sono trasparenti ( vetri e materiali con struttura amorfa) PRINCIPALI CLASSI DI MATERIALI metalli atomi composti nello spazio in maniera regolare (struttura cristallina tridimensionale - reticolo cristallino) legame metallico = l’omega e che tiene insieme i vari atomi e determinare la proprietà è un legame forte che determina elevata rigidità la facilità di movimento degli elettroni tra i vari atomi favorisce conducibilità termica ed elettrica DEFORMABILITÀ DEI MATERIALI sono deformabili plasticamente duttilità la deformabilità plastica consente di produrre un lingotto o di trasformare in lamiera, barre, tubi, fili etc tenacità cioè la capacità di assorbire energia deformandosi elasticamente acciaio inox (acciaio - lega composta principalmente da ferro e carbonio, quest’ultimo in percentuale non superiore al 2,06% oltre tale limite, le proprietà del materiale cambiano e la lega assume la deformazione di ghisa) si deforma facilmente e ha una tenacità alta diversamente da una ghisa che non si deforma facilmente e quindi è + fragile MECCANISMI DI RAFFORZAMENTO dei metalli (RESISTENZA) Resistenza dei metalli puri e relativamente bassa in quanto determinata da energia intrinseca di legame RESISTENZA capacità di un materiale sopportare forze applicate senza rompersi e deformarsi in modo permanente elasto plastico - materiali duttili - limite elastico o sforzo di snervamento elastico - materiali fragili (non sono in grado di subire deformazioni plastiche） grandeza da considerare è lo storzo di rottura Per aumentare resistenza esistono vari meccanismi di rafforzamento alligazione/incrudimento/trattamenti termici Alligazione: aggiunta di elementi di lega al reticolo cristallino genera: distorsione del reticolo formazione altri reticoli che possono tra loro coesistere Si ha cmq formazione di struttura cristallina distorta che rende il materiale + resistente alla deformazione quindi il materiale acquisisce + alte qualità meccar Incrudimento: se deformazione eseguita a temperatura ambiente (a freddo) il procedere della deformazione determina progressiva distorsione del reticolo cristallino (incrudimento), che diviene meno deformabile con conseguente aumento della resistenza del materiale TRATTAMENTI TERMICI metalli cambiano struttura in funzione temperatura in particolare le leghe metalliche LEGA: combinazione, sia in soluzione o in miscela, di due o più elementi, di cui almeno uno è un metallo e dove il materiale risultante ha proprietà metalliche differenti da quelle dei relativi componenti Se una lega viene riscaldata e raffreddata velocemente con trattamenti termici la struttura cristallina che si crea può essere diversa da quella che avviene se il raffreddamento è lento TECNOLOGIE LAVORAZIONE METALLI  - processi x ottenimento di semilavorati di forma + o meno vicina al componimento finali mediante deformazione plastica a caldo o a freddo - lavorazione alle macchine utensili x ottenere forma finale voluta deformazione plastica a caldo o a freddo: le operazioni di deformazione a caldo permettono variazioni di forma e non determinano incrudimento del materiale. La superficie dei materiali dopo deformazione a caldo si presenta ossidata e richiede trattamenti di finitura finale le operazioni di deformazione a freddo eseguita a temperatura ambiente consentono meno variazioni di forma del materiale causa incrudimento. L'incrudimento porta a maggiore resistenza del materiale. La finitura superficiale può essere quella finale senza altri trattamenti. TECNICHE DI DEFORMAZIONE - LAMINAZIONE - FORGIATURA - TRAFILATURA - ESTRUSIONE - IMBUTITURA - STIRAMENTO Le lavorazioni da fonderia - ottengono mediante processo di solidificazione dei pezzi di geometria complessa dei GETTI, riducendo al minimo le lavorazioni meccaniche necessarie per ottenere lo stesso pezzo partendo da semilavorati di forma standardizzata. A questo scopo, dopo avere fatto fondere il metallo scelto, questo viene colato in stampi con forma molto simile a quella dei componenti finali, ove il metallo solidifica Durante ottenimento dei getti si devono prendere precauzioni ridurre al minimo i difetti interni che possono diminuire caratteristiche meccaniche del getto. (controlli a raggi X per individuare difetti) A seconda modalità di colaggio: GETTI in sabbia TECNOLOGIE DI LAVORAZIONE i processi di lavorazione dipendono da classi di materiali e sono in funzione dell’oggetto che si deve realizzare si possono individuare alcune linee comuni: - processi per ottenimento di semilavorato di forma + o - vicina ai componenti finali mediante: lavorazione di fonderia, lavorazione di metallurgia delle polveri, deformazione plastica a caldo o freddo - lavorazioni alle macchine utensili - operazione di giunzione tra pezzi diversi - operazione di finitura superficiale PROCESSI PER OTTENIMENTO SEMILAVORATI un semilavorato può essere ottenuto per fusione (getti), sinterizzazione o solidificazione e successive lavorazioni plastiche LAVORAZIONE DI FONDERIA scopo di queste lavorazioni è ottenere direttamente mediante processo di solidificazione dei pezzi di geometria complessa (getti) riducendo al minimo la lavorazione successive il metallo viene fuso e colato in stampi con forma molto simile a quella finale. Gli stampi possono essere a perdere (distrutti dopo l’uso) in funzione del tipo di stampa e delle modalità di colaggio si possono ottenere diversi tipi di stampi: - getti in sabbia - getti in conchiglia - getti pressofusi LAVORAZIONI DI FONDERIA - COLATA IN SABBIA - lo stampo si ottiene compattando la sabbia mescolata con opportuni legami attorno un modello che riproduce l’oggetto che si vuole produrre Si possono stampare forme complesse ed è economica per piccole produzioni in quanto i costi per l’attrezzatura sono limitati es. Basamenti per macchinari, testate di cilindri, etc.. per produrre getti con cavità interne vengono collocate nella cavità stampo delle anime in sabbia prima di effettuare la colata - COLATA IN CONCHIGLIA/STAMPO - si utilizzano stampi di tipo permanente vengono progettati in modo che il getto possa essere estratto facilmente sono stampi in metallo quindi con conducibilità termica e realizzano più elevate velocità di raffreddamento dei getti, le quali favoriscono lo sviluppo di strutture più fini stampo costituito da 2 meta può essere in ghisa, acciaio, bronzo, contiene sia la cavità di colata che il sistema di alimentazione Per produrre getti con cavità interne vengono collocate negli stampi, le anime (in ghisa, sabbia e acciaio) prima della colata. Per prolunga la durata degli stampi questo sono ricoperti internamente mediante spazzatura con materiali refrattari o grafite che favoriscono il distacco del pezzo tramite questo processo di producono getti con buona finitura superficiale, tolleranza stretta e buone proprietà meccaniche e realizza elevate velocità di produzione STAMPI COSTOSI ma è possibile autorizzare il processo riducendo costi lavorazioni NON ECONOMICO PER PICCOLE PRODUZIONI - PRESSOFUSIONE - il metallo allo stato liquido viene alimentato in pressione (mediante pistoni o aria compressa) nello stampo ad alta velocità i getti presentano elevata qualità e precisione dimensionale superfici lisci e senza porosità I metalli e leghe idonee alle lavorazioni per fusione devono possedere buona fusibilità e colabilita cioè fondere temperature relativamente basse 1500-1600 *C e possedere buona fluidità nb. Le leghe rispetto ai materiali puri presentano temperature di fusione inferiori ghise buona fusibilità acciai fondono meglio quelli a tenore di carbonio alto leghe rame (bronzi e ottoni) buona fusibilità tutti i materiali metallici solidificando subiscono una riduzione di volume per compensare a questa variazione è necessario provvedere ad una alimentazione del getto con altro metallo fuso. questo avviene mediante canali di alimentazione la cui funzione è quella di accogliere il metallo in accesso e poter alimentare con nuovo metallo fuso il getto man mano che si contrae LAVORAZIONE PER DEFORMAZIONE PLASTICA i materiali metallici prodotti in lingotti vengono trasformati in semilavorati con forme diverse la deformazione plastica sfrutta le proprietà dei materiali di subire deformazioni permanenti senza giungere a rottura con un aumento della resistenza meccanica del pezzo prodotto attraverso l'incrudimento del materiale principali lavorazioni per produzione di semilavorati: - LAMINAZIONE - ESTRUSIONE - TRAFILATURA - FUCINATURA O STAMPAGGIO - TRANCIATURA - IMBUTITURA le lavorazioni per deformazione plastica possono avvenire a caldo o a freddo lavorazione a caldo= si possono ottenere maggiori variazioni di forma, favorisce ossidazione della superficie e quindi impone successivi trattamenti di finitura lavorazione a freddo= determina incrudimento del materiale con miglioramento delle proprietà meccaniche del materiale il materiale passa attraverso 2 cilindri che ruotano in senso opposto riducendo la sezione provocano un allungamento nella zona di deformazione sono rilevanti le sollecitazione di compressione sagomando in modo opportuna la distanza tra cilindri e la loro forma si possono ottenere prodotti di varie sezione con la laminazione si possono ottenere anche semilavorati forati ALLUMINIO E RAME sono laminabili fino a spessori molto bassi ACCIAI INOSSIDABILI richiedono forze di laminazione maggiore di quello degli acciai e carbonio LEGHE TITANIO + difficili da laminare - per questo si ricorre a numerosi stadi di riscaldamento o al riscaldamento dei rulli di laminazione - ESTRUSIONE processo di produzione industriale di deformazione plastica che consente di produrre pezzi a sezione costante (ad esempio tubi, barre, profilati, lastre). E' utilizzata per i materiali metallici (come l'acciaio, l'alluminio, il piombo, o il rame), materie plastiche (come la gomma o materiali termoplastici) e altri materiali L'estrusione consiste nel forzare per compressione il materiale, allo stato pastoso, a passare attraverso una sagoma ("matrice" o "filiera") che riproduce la forma esterna del pezzo che si vuole ottenere. Se la sezione di questo è cava, sarà presente un'anima che riproduce il profilo della cavità interna. All'uscita dalla matrice il materiale viene raffreddato. Per i metalli si usano macchine a pistone. L'estrusione può avvenire secondo due metodologie: Può essere eseguita freddo nel caso di materiali metallici a bassa resistenza alla deformazione es, stagno, piombo,.. alta resistenza a caldo es, leghe alluminio, ottoni, acciai … Estrusione diretta, il materiale viene compresso da una parte dal pistone e fuoriesce dalla parte opposta, dove è posizionata la matrice. In altre parole la direzione di flusso del materiale è uguale al moto del pistone. Estrusione inversa invece la matrice è solidale al pistone, il quale presenta una cavità centrale in modo da permettere l'uscita del prodotto estruso, in direzione opposta al moto del pistone. Nell'estrusione inversa si ha il vantaggio di avere minori forze di attrito, ma le pressioni che possono essere esercitate dall'azione dei pistone sono minori rispetto al caso dell'estrusione diretta. - TRAFILATURA La trafilatura è un processo di formatura generale a freddo che produce un cambiamento nella forma del materiale grezzo di partenza attraverso la deformazione plastica dovuta all’azione di forme impresse da attrezzature e matrici. Le barre o tubi passano attraverso una matrice a sezione tronco-conica (trafila o filiera). la trafilatura realizza in continuo lunghi fili o barre, con una sezione circolare oppure a profilo compreso con 3 o più lati. si ottengono barre tonde o profilare, nastri e tubi. il processo è simile a estrusione con la differenza che la barra è soggetta a forze di TRAZIONE anziché a forze di COMPRESSIONE Il processo di trafilatura possiede le seguenti peculiarità generali: - realizza un tasso di produttività elevato - i prodotti finali tolleranze ristrette, ottime finiture superficiali e la sezione desiderata - ottime proprietà meccaniche-elettriche del prodotto finale - economico ed ecologico grazie a matrici e utensili multiuso e allo scarto minimo di materiale la trafilatura è un prosecco a freddo perché usualmente non viene effettuato un pre-riscaldamento del filo o della barra iniziale; I suoi lavorati subiscono dei minimi cambiamenti di forma solitamente attraverso la piegatura per formare molle,ganci ,graffette, ecc.) o altre operazioni di rifinitura (ad esempio per ottenere delle viti o le punte degli ami da pesca) - STAMPAGGIO o FORGIATURA Processo di produzione industriale di trasformazione per deformazione plastica di pezzi metallici a sezione varia, solitamente portati ad alta temperatura e lavorati quindi con ripetuti colpi di un maglio (dispositivo meccanico per lavorazioni di stampaggio che deforma plasticamente un pezzo sotto l'azione di pressione) o una pressa per forgiatura, che modificano permanentemente la forma del pezzo, senza portarlo a rottura. Il materiale riempie cavità (stampi o impronte) esercitando forze esterne che sfruttano la plastica materiale favorita da alta temperatura, si determina una deformazione permanente La forza di compressione viene applicata con una pressa o maglio La velocità di produzione varia da pochi colpi al minuto (pressa idraulica) a più di 100 colpi al min. con un maglio Si tratta di lavorazioni di stampaggio a caldo dei metalli o leghe metalliche partendo da un semilavorato portato a condizioni di maggior plasticità (effetto dato dalla temperatura). Lo scopo di tale lavorazione è la produzione di semilavorati, che saranno poi successivamente portati a dimensione finale tramite lavorazioni alle macchine utensili o tramite più precise e successive lavorazioni per deformazione plastica. - LAVORAZIONI DELLA LAMIERA Si tratta in genere di processi a freddo mediante una lamiera con sp. ridotto (< di 6 mm.) e in nastro, subisce una variazione di forma da piana a diversamente sagomata con ridotta variazione di spessore Principali lavorazioni: CALANDRATURA avviene tramite una deformazione plastica che consente di produrre e trasformare (calandratura della lamiera metallica) fogli di materiale o profilati metallici. Le calandre utilizzate per questa lavorazione possono essere dotate di tre o quattro rulli ad assi paralleli disposti in modo tale che il foglio di lamiera, per passare tra di essi, segua una traiettoria circolare, il cui raggio di curvatura si regola agendo sulla posizione reciproca dei rulli. Si ottengono così forme coniche o cilindriche. Con apposite calandre si può ottenere la curvatura a freddo di profilati metallici - LAVORAZIONI DELLA LAMIERA TRANCIATURA La tranciatura è un processo di deformazione plastica eseguito su lamiere. esso consente tramite l’utilizzo di un punzone e di una matrice di ottenere sulla lamiera o pezzi ripieni di forma anche complessa in tempi brevi e con costi molto contenuti. Per ogni lavorazione si produce uno o più pezzi finiti e uno sfrido(materiale di scarto). Il punzone si abbassa fino al contatto con la lamiera che in una prima fase dai deforma e si inflette iniziando a penetrare nella matrice. Al raggiungimento della tensione di rottura a taglio del materiale, si genera una frattura e avviene la separazione del materiale PUNZONATURA la punzonatura imprime un segno, o una forma, su una superficie mediante la pressione o la percussione di uno strumento detto punzone. Si usano macchine automatiche (punzonatrici) per tagliare e forare lamiere metalliche (alluminio o acciaio) di spessore fino a 25-30 mm. Con punzonatrici evolute a controllo numerico (cnc) si possono effettuare lavorazioni di taglio e sagomatura (orditura) anche molto complesse in modo veloce e sicuro. PIEGATURA https://youtu.be/tNUTSdQSx4k?si=EGpdw57LzCHWM1QS La piegatura è una lavorazione meccanica con la quale si deforma un determinato oggetto applicandogli delle forze. Produce deformazioni permanenti in zone limitate della lamiera. E' un processo che viene applicato per modificare la forma e per aumentare rigidità Insieme alla tranciatura ed allo stampaggio, la piegatura è una delle lavorazioni applicabili alla lamiera per ottenere semilavorati piani. La piegatura viene utilizzata per ottenere determinate forme, ma anche per conseguire un irrigidimento della struttura. In ambito industriale è ottenuta tramite un'apposita macchina piegatrice TORNITURA IN LASTRA https://www.youtube.com/watch?v=fK_AkhAlc9k La tornitura in lastra anche o imbutitura al tornio è un processo di lavorazione dei metalli che prevede la deformazione del metallo (lastra o lamiera) costringendo un disco di metallo contro le pareti di uno stampo, al fine di ottenere un manufatto a simmetria assiale. Il disco di metallo e lo stampo sono fissati assieme sul mandrino di un apposito tornio (torni manuali, semiautomatici e automatici a CNC). Qualsiasi metallo duttile può essere formato attraverso questo processo: ferro, alluminio, rame, ottone, acciaio di vario tipo fino all'acciaio inox ed acciai speciali e titanio. Si possono realizzare gli oggetti più disparati: parabole per telecomunicazioni, bombole per gas, lampade per arredamento, parti tecniche per applicazioni industriali, urne, vasi, coppe, ecc. - LAVORAZIONI alle MACCHINE UTENSILI Dal semilavorato si passa ad un ad una ulteriore lavorazione meccanica per ottenere una forma finale: Fresature, fori, miglioramento e pulizia della finitura Le operazioni che consentono la realizzazione di profili circolari sono la TORNITURA e la FORATURA FRESATURA si attua attraverso un utensile tagliente - LAVORAZIONI con ABRASIVI Attraverso asportazione di trucioli di materiale Si tratta in genere di operazioni di finitura attraverso uso di abrasivi, piccole particelle aventi spigoli acuti e forma irregolare LAVORAZIONI nOn CONVENZIONALI Può accadere che i processi di abrasione non siano soddisfacenti e risultino anti economici quando il materiale presenta particolare durezza e trattamenti di erosione: chimica, ultrasuoni etc...) PROCESSI DI GIUNZIONE Per unire parti un prodotto che non è possibile produrre in un unico pezzo Nb. il punto di giunzione fra i 2 componenti può rappresentare il punto critico per la resistenza meccanica dell'oggetto Importanza di verificare la capacità di resistere alle sollecitazioni, corrosione etc SALDATURA Procedimento per unire parti in modo permanente FUSIONE e SOLIDIFICAZIONE avviene evitando con il contatto con l'aria, questo avviene circondando area da saldare con gas di protezione, che diventa liquido e galleggia sul metallo riscaldato e fuso, separandolo dall'aria Il calore trasmesso alle 2 parti da unire provoca una sorta di zona termicamente alterata (ZTA) costituita dalla regione che circonda quella di fusione. Il riscaldamento e successivo raffreddamento della ZTA possono indurre modificazioni strutturali del materiale che producono proprietà indesiderate del materiale es fragilità BRASATURA processo di giunzione in cui il metallo di apporto è messo tra le superfici per unire o in prossimità di esse e la temperatura elevata fino a raggiungere la fusione del metallo di apporto ma non del metallo da saldare GIUNZIONI MECCANICHE Viti, bulloni INCOLLAGGIO Giunzione di 2 componenti mediante polimero organico in genere resine termoindurenti (epossidiche e fenoliche) o adesivi acrilici o uretanici. Vetro/metallo; ceramica/polimero etc Avviene a bassa temperatura - un limite è la bassa resistenza a sollecitazione FINITURA SUPERFICIALE - prima viene preparata la superficie mediante abrasione (sabbiatura-abrasivi utilizzati tramite un getto di aria) o i pasta (lappatura), Si possono applicare rivestimenti metallici, oppure modificare la superficie con ossidazione anodica(processo elettrochimico non spontaneo mediante il quale uno RIVESTIMENTI METALLICI - conferiscono proprietà superficiali al manufatto differenti da quelle possedute in origine dal materiale di base es, rivestimenti al cromo ottenuti per elettrodeposizione mediante trattamento galvanico, una lavorazione industriale per trattare le superfici metalliche precedentemente pulite, sgrassate e trattate con acido, dando loro caratteristiche estetiche, di resistenza all'ossidazione e alla corrosione e di durezza particolari. Il processo di La "doratura" del metalli è un esempio di trattamento galvanico. Il metallo viene immerso in una soluzione acquosa sottoposta a flusso di corrente continua, che permette agli ioni metallici di depositarsi e aggrapparsi alla superficie trattata. OSSIDAZIONE ANODICA - processo elettrochimico non spontaneo mediante il quale uno strato protettivo di ossido si forma sulla superficie del metallo trattato e lo protegge dalla corrosione. Il processo di anodizzazione è comunemente usato per l'alluminio. Il metallo nudo reagisce con l'ossigeno che si sviluppa durante il processo di elettrodeposizione e forma ossido di alluminio o allumina. Lo strato variabile (normalmente 10 pm) depositato sulla superficie risulta essere uno strato di ossido di alluminio formatosi tramite processo elettrolitico. Una corrente elettrica fornita da un circuito elettrico esterno (catodo) viene fatta circolare attraverso una cella elettrolitica nella quale l'alluminio immerso in una soluzione acquosa funge da anodo (polo positivo), gli ioni negativi (anioni) formatisi dalla dissociazione soprattutto dell'ossigeno, migrano, per attrazione tra le cariche opposte, verso l'anodo positivo, l'alluminio, al quale cedono le cariche elettriche che trasportano. VETRO Il vetro è un materiale ottenuto tramite la solidificazione di un liquido non accompagnata dalla cristallizzazione. 1 vetri sono solidi amorfi, dunque non possiedono un reticolo cristallino ordinato, ma una struttura disordinata e rigida composta da atomi legati covalentemente; tale reticolo disordinato permette la preser interstizi in cui possono essere presenti impurità date dai metalli. I materiali amorfi si ottengono raffreddando una massa fusa ad una velocità di raffreddamento tale da non consentire agli atomi di sistemarsi in maniera ordinata. Il riscaldamento di un solido amorfo determina un rammollimento graduale della massa con aumento della fluidità. Il cambiamento di proprietà consente di lavorare i prodotti vetrosi in modo continuo con tecniche diverse a seconda della fluidità dell'impasto vetroso. Solidificano sotto forma di vetro solo i materiali che hanno una velocità di cristallizzazione molto lenta, come ad esempio l'ossido di silicio (SiO2), il diossido di germanio (Ge02), l'anidride borica (B203), l'anidride fosforica (P205), l'anidride arsenica (As205). Un esempio di vetro naturale è l'ossidiana, prodotta dal magma vulcanico. La maggior parte degli utilizzi del vetro derivano dalla sua trasparenza, dalla sua inalterabilità chimica e dalla sua versatilità: infatti, grazie all'aggiunta di determinati elementi, è possibile creare vetri con differenti colorazioni e proprietà chimico-fisiche. Con il termine vetro ci si riferisce solamente ai vetri costituiti prevalentemente da ossido di silicio (vetri silicei), impiegati come materiale da costruzione (soprattutto negli infissi), nella realizzazione di contenitori (es. vasi e bicchieri) o nella manifattura di elementi decorativi. VETRO Il vetro è trasparente, duro, inerte dal punto di vista chimico e biologico, presenta superficie molto liscia ma allo stesso tempo il vetro è fragile e tende a rompersi in frammenti. Questi svantaggi possono essere ovviati (in parte o interamente) con l'aggiunta di altri elementi chimici o per mezzo di trattamenti termici. FORMAZIONE DI VETRO La trasformazione dallo stato liquido a quello solido (vetro) è graduale senza discontinuità nella proprietà COMPOSIZIONE CHIMICA E STRUTTURA Formatori (VETRIFICANTI) - sono sostanze che per fusione e raffreddamento possono assumere struttura vetrosa. Es, silice (usata sotto forma di sabbia); anidride borica e fosforica, allumina... Nei vetri ogni ione di silicio forma dei legami con 4 atomi di Ossigeno Modificatori (FONDENTI) - vengono aggiunti ai vetrificanti per abbassare il punto di rammollimento. In genere si usano: Ossidi di metalli alcalini, si possono aggiungere altri componenti con finalità diverse: colorare, opacizzare,stabilizzanti, I vetri comuni sono costituiti da 75% silice con aggiunta di fondenti per migliorare la lavorabilità. TIPI DI VETRO: in funzione della composizione chimica: Vetri sodico calcici  Vetri di silice Vetri al borosilicato Vetri sodico calcici - contengono elevato quantitativo di modificatori che ne aumentano la lavorabilità. Principali applicazioni in edilizia, bottiglie, bulbi lampadine. Svantaggi: bassa temperatura di rammollimento limita applicazioni sopra i 300° e alto coefficiente di dilatazione termica, che rende poco resistente a sbalzi termici. Vetri di silice - costituiti solo da silice. Hanno il + basso coefficiente di dilatazione termica (proprietà che conferisce maggiore resistenza agli sbalzi termici) e altissima resistenza agli agenti chimici (impiegati nei laboratori). Lavorazione difficile e costosa a causa elevata temperatura di rammollimento. Vetri al borosilicato (pyrex) - buona resistenza chimica, resistenza a shock termici, basso coefficiente di dilatazione termica. Utilizzati per produzione stoviglie etc...resistenti al calore. Impieghi Produzione industriale di bottiglie di vetro Il vetro è un materiale molto utilizzato per la sua durezza e scarsa reattività. Molti oggetti di uso comune sono di vetro, come bicchieri, scodelle, bottiglie, lampadine, specchi, tubi catodici per televisori e monitor, oltre alle finestre. Con il termine "cristallo" viene indicato un vetro pregiato con il quale si producono articoli per la casa, calici, bicchiere. aul prodotti di elevata qualità. Le caratteristiche principali che distinguono il cristallo dal vetro comune sono la particolare lucentezza (dovuta all'indice di rifrazione più elevato) e la "sonorità" (particolarmente apprezzata nei calici). Il cristallo viene ottenuto aggiungendo ossido di piombo (PbO) alla miscela silicea. Nei laboratori di chimica, fisica, biologia e altri campi, flaconi, vetrerie per analisi, lenti e altri strumenti sono fatti di vetro. Per queste applicazioni è spesso utilizzato un vetro con borosilicati (o vetro Pyrex), a causa della maggiore robustezza e minore coefficiente di dilatazione termica, che garantisce una buona resistenza agli shock termici e maggiore precisione nelle misure ove si hanno riscaldamenti e raffreddamenti. Per alcune applicazioni è richiesto il vetro di quarzo, che è però più difficile da lavorare. La maggior parte delle vetrerie è prodotta industrialmente, ma alcuni grandi laboratori richiedono prodotti così specifici che dispongono di un tecnico soffiatore interno. Oltre alle applicazioni terrestri il vetro è un ottimo materiale adatto all'utilizzo nel settore spaziale: in assenza di atmosfera e gravità la sua resistenza meccanica subisce un incremento notevole, pari a oltre 1000 volte il valore medio al suolo. Il motivo di tale aumento di prestazioni è ancora ignoto, ma si ipotizza che l'assenza di gas urtanti contro la superficie del vetro diminuisca la probabilità di estensione di una cricca (letale per un materiale cristallino quale è il vetro). Inoltre, a differenza dei metalli, come ad esempio l'alluminio, non interagisce con le particelle alfa vaganti nello spazio, vantando quindi anche una maggior vita operativa rispetto ad essi.[senza fonte I vetri vulcanici come l'ossidiana sono impiegati dall'età della pietra per realizzare utensili litici, ma la tecnica di lavorazione arcaica può essere applicata anche ai vetri attuali prodotti industriali Le sostanze aggiunte al vetro possono inoltre essere classificati in base alla loro FUNZIONE: - FONDENTI: abbassano la temperatura di fusione e migliorano la fluidità del vetro durante la sua produzione (ossidi di sodio e potassio); - STABILIZZANTI: migliorano le proprietà chimiche e meccaniche del vetro prodotto (ossidi di calcio, bario, magnesio e zinco); - AFFINANTI: agevolano l'eliminazione di difetti (triossido d'arsenico, nitrati alcalini e nitrati d'ammonio); - COLORANTI: modificano l'aspetto cromatico del vetro prodotto (ossidi di ferro, rame, cromo e cobalto); - DECOLORANTI: neutralizzano il colore impartito da altre sostanze (biossido di manganese); - OPACIZZANTI: per la produzione del vetro opalino (fosfati di sodio, cloruri di sodio, fosfati di calcio, cloruri di calcio, ossido di stagno e talco). - Il vetro al piombo, noto anche come cristallo o vetro Flint, si ottiene aggiungendo ossido di piombo, sotto forma di litargirio giallo (PbO) o minio rosso (Pb304), ed ha un indice di rifrazione maggiore di quello del vetro comune, con l'effetto di apparire più brillante. - Aggiunte di carbonato di bario (BaCO3) aumentano ugualmente l'indice di rifrazione del vetro, mentre aggiunte di PRODUZIONE Fasi produzione: macinazione/ miscelazione materie prime/fusione/affinazione omogenizzazione/formatura/lavorazioni successive di finitura Macinazione: materie prime in granelli vengono pesate e miscelate per essere inviate ad una impastatrice Fusione: impaso fuso nei forni riscaldati x irraggiamento ad alte temperature. Temperatura fusione 1400-1500 °C Affinazione e omogenizzazione: passaggio per eliminare bolle di gas che determinano disomogeneità. Per eliminare questo tipo di problemi il vetro viene portato a tempertatura 1500 °C, vengono aggiunti affinanti che riscaladati formano bolle di gas che hanno la funzione di trascinare con sè piccole bolle presenti nella massa vetrosa. Si determina così un rimescolamento e omogenizzazioned della massa vetrosa. dopo questo passaggio il vetro viene raffreddati fino a raggiungere le temperature di formatura. Formatura: lavorazioni che si operano con differenti modalità: - Galleggiamento - Soffiatura Lavorazione del vetro soffiato Nonostante la disponibilità di nuove tecnologie, il vetro soffiato o lavorato alla fiamma continua a essere prodotto, ad esempio per la realizzazione di opere artistiche. In Italia la maggior concentrazione di stabilimenti dove viene prodotto il vetro al piombo, comunemente chiamato cristallo, è a Colle di italiana ed il 14% a livello mondiale [senza fonte] Val d'Elsa dove, dal 1300, viene prodotto il vetro e poi dagli anni 1960 il cristallo arrivando a coprire circa il 95% della produzione Esistono molte tecniche di lavorazione artistico per il vetro. L'artista del vetro può soffiare il vetro, lavorarlo alla fiamma oppure creare Le principali lavorazioni del vetro/Tecniche di lavorazione del vetro La miscela viene fusa a 1 200-1 500 °C e poi lasciata raffreddare a 800 °C. Viene quindi sottoposta a diversi processi di lavorazione, come la soffiatura (per i vetri artistici), lo stampaggio (per bicchieri e contenitori), la filatura e la colata. Nell'ambito della lavorazione industriale, il vetro viene classificato a seconda delle sue caratteristiche fisiche macroscopiche. Le industrie di produzione forniscono il vetro piano sostanzialmente in due formati principali: - grande lastra: lastra di vetro solitamente 6000 x 3210 mm - cassa contenente lastre, di norma 2400 x 3210 mm.Questo formato di distribuzione viene usato per vetri semilavorati (come vetri stratificati, riflettenti o specchi) di prezzo più elevato. A causa della sua elevata durezza, il vetro viene lavorato solo con alcuni tipi di utensili, tra cui la mola. PRESSATURA vetro fuso adattato ad uno stampo è utilizzabile quando non ci sono cambi di sezione rilevanti FILATURA per ottenere fibre di vetro con diametro inferiore ai 12 mm FORATURA - Il vetro può essere forato al trapano con apposite punte diamantate, adeguatamente refrigerate con getto continuo d'acqua. La foratura può essere eseguita da trapani per vetro manuali monotesta o doppiatesta o a controllo numerico. I fori non devono essere troppo vicini al bordo (a seconda anche dello spessore del vetro) per evitare rotture dovute alle tensioni interne del pezzo. Nuovi macchinari permettono di forare con un particolare tipo di sabbia miscelata ad acqua (waterjet). La molatura del vetro - Il vetro tagliato presenta dei bordi irregolari ma soprattutto taglienti, che vanno opportunamente eliminati tramite molatura, eseguita a mano o più frequentemente con appositi macchinari.La molatura del bordo viene anche effettuata occasionalmente per ragioni di costo soprattutto su vetri colorati per limitare il fenomeno dello choc termico anche se per questo fenomeno è consigliata la tempera della lastra. TRATTAMENTI DI FINITURA: Ricottura -avviene dopo operazioni di laminazione e stiratura per eliminare tensioni dovute a bruschi raffreddamenti Il vetro ACIDATO Il vetro acidato è un vetro con una superficie granulosa, ottenuto per mezzo di un trattamento chimico basato sull'impiego di acido fluoridrico (che presenta caratteristiche chimico-fisiche tali da intaccare il vetro). Il vetro a SPECCHIO (o vetro argentato) è realizzato facendo aderire alla superficie della lastra uno strato d’argento al fine di ottenere l'effetto di riflessione. Anche questo tipo di vetro può essere dotato di una pellicola antinfortunistica al fine di evitare danni a cose o persone in caso di rottura. TAGLIO II TAGLIO del vetro può essere eseguito sia a mano, che tramite un apposito banco di taglio. Il banco di taglio è un macchinario in grado di praticare incisioni sul vetro con la massima precisione. Presenta di solito un piano fisso sopra il quale è installato un ponte mobile che tramite un taglia vetro assistito da software pratica il taglio. Sarà successivamente compito dell'addetto aprire il taglio nel vetro con l'ausilio del banco di taglio. GENNAIO CONSEGNA RICERCA - proprietà - impieghi - modi di lavorazione materiali: acciaio Corten sughero corian gress porcellanato goretex VETRO Il vetro è un materiale ottenuto tramite la solidificazione di un liquido non accompagnata dalla cristallizzazione. I vetri sono solidi amorfi, dunque non possiedono un reticolo cristallino ordinato, ma una struttura disordinata e rigida composta da atomi legati covalentemente; tale reticolo disordinato permette la presenza di interstizi in cui possono essere presenti impurità date dal metalli. I materiali amorfi si ottengono raffreddando una massa fusa ad una velocità di raffreddamento tale da non consentire agli atomi di sistemarsi in maniera ordinata. Il riscaldamento di un solido amorfo determina un rammollimento graduale della massa con aumento della fluidità. Il cambiamento di proprietà consente di lavorare i prodotti vetrosi in modo continuo con tecniche diverse a seconda della fluidità dell'impasto vetroso. Solidificano sotto forma di vetro solo i materiali che hanno una velocità di cristallizzazione molto lenta, corne esempio l'ossido di silicio (Si02), il diossido di germanio (GeO2), l'anidride borica (8203), l'anidride fosforica (P205), l'anidride arsenica (As205). Un esempio di vetro naturale è l'ossidiana, prodotta dal magma vulcanico. La maggior parte degli utilizzi del vetro derivano dalla sua trasparenza, dalla sua inalterabilità chimica e dalla sua versatilità: infatti, grazie all'aggiunta di determinati elementi, è possibile creare vetri con differenti colorazioni e proprietà chimico-fisiche. Con il termine vetro ci si riferisce solamente ai vetri costituiti prevalentemente da ossido di silicio (vetri silicei), impiegati come materiale da costruzione (soprattutto negli infissi), nella realizzazione di contenitori (es. vasi e bicchieri) o nella manifattura di elementi decorativi. Il vetro è trasparente, duro, inerte dal punto di vista chimico e biologico, presenta superficie molto liscia ma alla stesso tempo il vetro è fragile e tende a rompersi in frammenti. Questi svantaggi possono essere ovviati (in parte o interamente) con l'aggiunta di altri elementi chimici o per mezzo di trattamenti termici. FORMAZIONE DI VETRO La trasformazione dallo stato liquido a quello solido (vetro) è graduale senza discontinuità nella proprietà. COMPOSIZIONE CHIMICA E STRUTTURA Formatori (VETRIFICANTI) - sono sostanze che per fusione e raffreddamento possono assumere struttura vetrosa. Es. silice (usata sottoforma di sabbia); anidride borica e fosforica, allumina... Nei vetri ogni ione di silicio forma dei legami con 4 atomi di Ossigeno Modificatori (FONDENTI) - vengono aggiunti ai vetrificanti per abbassare il punto di rammollimento. In genere si usano: Ossidi di metalli alcalini, si possono aggiungere altri componenti con finalità diverse: colorare, opacizzare,stabilizzanti. I vetri comuni sono costituiti da 75% silice con aggiunta di fondenti migliorare la lavorabilità. TIPI DI VETRO: in funzione della composizione chimica: - Vetri sodico calcici - Vetri di silice - Vetri al borosilicato Vetri sodico calcici - contengono elevato quantitativo di modificatori che ne aumentano la lavorabilità. Principali applicazioni in edilizia,bottiglie, bulbi lampadine. Svantaggi: bassa temperatura di rammollimento limita applicazioni sopra i 300° e alto coefficiente di dilatazione termica, che rende poco resistente a sbalzi termici. Vetri di silice - costituiti solo da silice. Hanno il + basso coefficiente di dilatazione termica (proprietà che conferisce maggiore resistenza agli sbalzi termici) e altissima resistenza agli agenti chimici (impiegati nei laboratori). Lavorazione difficile e costosa a causa elevata temperatura di rammollimento. Vetri al borosilicato (pyrex) - buona resistenza chimica, resistenza a shock termici, basso coefficiente di dilatazione termica. Utilizzati per produzione stoviglie etc...resistenti al calore. Impieghi Produzione Industriale di bottiglie di vetro Il vetro é un materiale molto utilizzato per la sua durezza e scarsa reattività. Molti oggetti di uso comune sono di vetro, come blcchieri, scodelle, bottiglie, lampadine, specchi, tubi catodici per televisori e monitor, oltre alle finestre. Con il termine "cristallo* viene indicato un vetro pregiato con il quale si producono articoli per la casa, calici, bicchieri e altr prodoti di elevata qualità. Le caratteristiche principali che distinguono il cristallo dal vetro comune sono la particclare luce itezza (dovuta allindico di rifrazione più elevato) e la "sonorita* (particolarmente apprezzata nel calici), Il cristallo viene ottenuto aggiungendo ossido di piombo (PDO) alla miscela silicea. Nei laboratori di chimica, fisica, biologia e altri campi, flaconi, vetrerie per analisi, lenti e altri strumenti sono fatti di vetro. Per queste applicazioni è spesso utilizzato un vetro con borosilicati (0 vetro PyTex), a causa della maggiore robustezza e minore coefficiente di dilatazione termica, che garantisce una buona resistenza agli shock termici e maggiore precisione nelle misure ove si hanno riscaldamenti e raffreddamenti. Per alcune applicazioni è richiesto il vetro di quarzo, che è però più difficile da lavorare. La maggior parte delle vetrerie è prodotta industrialmente, ma alcuni grandi laboratori richiedono prodotti cosi specifici che dispongono di un tecnico soffiatore interno. Oltre alle applicazioni terrestri il vetro è un ottimo materiale adatto all'utilizzo nel settore spaziale: in assenza di atmosfera e gravità la sua resistenza meccanica subisce un incremento notevole, pari a oltre 1000 volte i valore medio al suolo: Ei motivo di tale aumento di prestazioni è ancora ignoto, ma si ipotizza che l'assenza di di una cricca (letale per un materiale cristallino qual è Il vetro), Inoltre, a differenza dei metalli, gas urtanti contro la superficie del vetro diminuisca la probabilità di estensione di una cricca (letale per un materiale cristallino quale è il vetro) inoltre, a differenza dei materiali come ad esempio l’alluminio, non interagisce con le particelle alfa vaganti nello spazio, vantando quindi anche una maggior vita operativa petto ad essi [senza fonte] I vetri vulcanici come l’Ossidiana sono impiegati dall'età della pietra per realizzare utensili lisci, ma la tecnica di lavorazione arcaica può essere applicata anche ai vetri attuali prodotti industrialmente. Le sostanze aggiunte al vetro possono inoltre essere classificati in base alla loro FUNZIONE: - FONDENTI: abbassano la temperatura di fusione e migliorano la fluidità del vetro durante la sua produzione (ossidi di sodio e potassio); - STABILIZZANTI: migliorano le proprietà chimiche e meccaniche del vetro prodotto (ossidi di calcio, bario, magnesio e zinco); - AFFINANTI: agevolano l'eliminazione di difetti (triossido d'arsenico, nitrati alcalini e nitrati d'ammonio); - COLORANTI: modificano l'aspetto cromatico del vetro prodotto (ossidi di ferro, rame, cromo e cobalto); - DECOLORANTI: neutralizzano il colore impartito da altre sostanze (biossido di manganese); - OPACIZZANTI: per la produzione del vetro opalino (fosfati di sodio, cloruri di sodio, fosfati di calcio, cloruri di calcio, ossido di stagno e talco). - Il vetro al piombo, noto anche come cristallo o vetro Flint, si ottiene aggiungendo ossido di piombo, sotto forma di litargirio giallo (PbO) o minio rosso (Pb304), ed ha un indice di rifrazione maggiore di quello del vetro comune, con l'effetto di apparire più brillante. - Aggiunte di carbonato di bario (BaCO3) aumentano ugualmente l'indice di rifrazione del vetro, mentre aggiunt ossido di torio producono un elevatissimo indice di rifrazione ed i vetri così ottenuti sono usati per produrre materiali di alta qualità. PRODUZIONE Fasi produzione: macinazione/ miscelazione materie prime/fusione/affinazione omogenizzazione/formatura/lavorazioni successiva di finitura Macinazione: materie prime In granelli vengono pesate e miscelate per essere inviate ad lina Imapastatrice Fusione: Impaso fuso nel forni riscaldati x Irraggiamento ad alte temperature. Temperatura fusione 1400-1500 °C Affinazione e omogenizzazione: passaggio per eliminare bolle di gas che detarminano essomogeneità. Per eliminare questo tipo di problemi il vetro viene portato a tempertatura 1500 °C, vengono aggiunt) affinanti che riscaldati formano bolle di gas che hanno la funzione di trascinare con sè piccola bolle presenti nella massa vetrosa. Si determina cosi un rimescolamento e omogenizzazioned della massa vetrosa. Dopo questo passaggio il vetro viene raffreddato fino a raggiungere la temperatura di formatura. Formatura: lavorazioni che si operano con differenti modalità: - Galleggiamento - Sofflatura Lavorazione del vetro soffiato Nonostante la disponibilità di nuove tecnologie, Il vetro soffiato o lavarato alla fiamma continua a estre prodotto, ad esempio per la realizzazione di opere artistiche. In italia la maggior concentrazione di stabilimenti dove viene prodorto il vetro al piombo, comunemente chiamato cratallo, è a Cole ol Val d'Elsa dove, dal 1300, viene prodotto il vetro e pol dagli anni 1960 il cristallo arrivando a coprira circa il 95% della produziono itallana ed il 14% a livello mondiale [senza fonte] Esistono molte tecniche di lavorazione artistico per il vetro. L'artista del vetro puo soffiare il vetro, lavorario alla fiamma oppure vetrato con fori che raggiungono la temperatura di fusione, inglobando nella lastra base il motive crasto con vetri di colare dive anche possibile tagliare il vetro con seghe al diamante e lucidame le superfici Le principali lavorazioni del vetro/Tecniche di lavorazione del vetro La miscela viene fusa a 1 200-1 500 °C e poi lasciata raffreddare a 800 °C. Viene quindi sottoposta a diversi processi di lavorazione, come la soffiatura (per i vetri artistici), lo stampaggio (per bicchieri e contenitori), la filatura e la colata. Nell'ambito della lavorazione industriale, il vetro viene classificato a seconda delle sue caratteristiche fisiche macroscopiche. Le industrie di produzione forniscono il vetro piano sostanzialmente in due formati principali: - grande lastra: lastra di vetro solitamente 6000 × 3210 mm* - cassa contenente lastre, di norma 2400 x 3210 mm* Questo formato di distribuzione viene usato per vetri semilavorati (come vetri stratificati, riflettenti o specchi) di prezzo più elevato. A causa della sua elevata durezza, il vetro viene lavorato solo con alcuni tipi di utensili, tra cui la mola: PRESSATURA vetro fuso adattato ad uno stampo è utilizzabile quando non ci sono cambi di sezione rilevanti FILATURA per ottenere fibre di vetro con diametro inferiore al 12 mm FORATURA - Il vetro può essere forato al trapano con apposite punte diamantate, adeguatamente refrigerate con getto continuo d'acqua. La foratura può essere eseguita da trapani per vetro manuali monotesta o doppiatesta o a controllo numerico. I fori non devono essere troppo vicini al bordo (a seconda anche dello spessore del vetro) per evitare rotture dovute alle tensioni interne del pezzo. Nuovi macchinari permettono di forare con un particolare tipo di sabbia miscelata ad acqua (waterjet). La molatura del vetro - Il vetro tagliato presenta del bordi irregolari ma soprattutto taglienti, che vanno opportunamente eliminati tramite molatura, eseguita a mano o più frequentemente con appositi macchinari.La molatura del bordo viene anche effettuata occasionalmente per ragioni di costo soprattutto su vetri colorati per limitare il fenomeno dello choc termico anche se per questo fenomeno è consigliata la tempera della lastra. TRATTAMENTI DI FINITURA: Ricottura - avviene dopo operazioni di laminazione e stiratura per eliminare tensioni dovute a bruschi raffreddamenti il vetro ACIDATO il vetro acidato è un vetro con una superficie granulosa, ottenuto per mezzo di un trattamento chimico basato sull’impiego di acido fluoridrico (che presenta caratteristiche psico - fisiche tali da intaccare il vetro. Il vetro a SPECCHIO (o vetro argentato) è realizzato facendo aderire alla superficie della lastra uno strato d'argento al fine di ottenere l'effetto di riflessione. Anche questo tipo di vetro può essere dotato di una pellicola antinfortunistica al fine di evitare danni a cose o persone in caso di rottura. TAGLIO II TAGLIO del vetro può essere eseguito sia a mano, che tramite un apposito banco di taglio. Il banco di taglio è un macchinario in grado di praticare incisioni sul vetro con la massima precisione. Presenta di solito un piano fisso sopra il quale è installato un ponte mobile che tramite un taglia vetro assistito da software pratica il taglio. Sarà successivamente compito dell'addetto aprire il taglio nel vetro con l'austio del banco di taglio. Il taglio di piccoli pezzi può essere eseguito a mano con strumenti appositi, ma in generale viene eseguito da un banco di taglio, un macchinario a controllo numerico che presenta un piano fisso, solitamente vellutato e con fori per generare un cuscino d'aria (unile per lo spostamento del vetro), che viene chiamato anche "pantografo". Sopra di questo vi è un ponte mobile che tramite un tagliavetro fornito di rotella in carburo di tungsteno o widia o diamante sintetico pratica incisioni sul vetro a seconda della programmazione esegulta tramite un software chiamato "ottimizzatore", , che previo inserimento misura delle lastre come giacenza di magazzino, inserendo le misure da tagliare; Il software ottimizzatore è implementato affinché ottimizzi il taglio, evitando al minimo lo strido. I vetri tagliati in questo modo verranno poi troncati da un addetto con l'ausilio del banco di taglio. È opportuno in fase di programmazione (se si lavora su grandi lastre) impostare dei tagli verticali sulla lastra in modo che sia più semplice lavorare su due parti più piccole in fase di apertura dei vetri. Per i vetri laminati stratificati il taglio viene eseguito sia sulla parte superiore della lastra, sia sulla parte sottostante alla parte superiore della stessa, visto che sono due vetri accoppiati, mentre il film polimerico che tiene accoppiate le due lastre (in PVB o polivinilbutirrale) viene generalmente tagliato usando un cutter o imbevendolo di alcool etilico. Nei moderni macchinari, olire al taglio simultaneo delle due lastre di vetro, c'è anche una resistenza a scomparsa, che scioglie il PVB permettendo l'apertura del taglio. Il vetro tagliato presenta un bordo particolarmente tagliente e irregolare, che viene eliminato tramite un'operazione di molatura (eseguita manualmente o da macchinari CNC) che asporta e uniforma il bordo del vetro in modi diversi, a seconda della lavorazione voluta: filo lucido tondo: il bordo risulta arrotondato e lucidato, il grado di lavorazione è elevato; filo lucido piatto: il bordo risulta lucido e perpendicolare alla superficie ma la congiunzione viene smussata a 45°; anche qui si ha un grado di lavorazione elevato, filo grezzo: come il filo lucido, con l'eccezione che il bordo non risulta lucido ma opaco e presenta una rugosità maggiore; bisellatura: i bordi del vetro vengono molati per 10-40 mm di altezza per un angolo di circa 7 gradi rispetto alla superficie del vetro stesso. Caratteristiche meccaniche: Vetri di sicurezza: per migliorare la fragilità e migliorare modalità di rottura (pericolo) - Vetri armati o retinati - con inserimento di una rete metallica che trattiene frammenti in caso di rottura - Temprati - infrangibili sì frantumano in piccoli frammenti con spigoli arrotondati - Stratificati - si interpone tra 2 lastre di vetro una lastra di materiale plasmatico, in caso di rottura si rompono a raggiera e i frammenti vengono bloccati sullo scheletro di materiale plastico - Antisfondamento - più lastre alternate con materiale plastico Proprietà chimico-fisiche - trasparenza proprietà ottiche (da fare). Le principali lavorazioni del vetro GALLEGGIAMENTO o FLOAT: per produzione di lastre con superfici piane e parallele Il vetro float è il vetro prodotto con la tecnica più comune, ossia "a galleggiamento", La sua produzione avviene mediante versamento del vetro allo stato fuso su un bagno di stagno (fuso anch'esso). Durante questa operazione effettuata ad atmosfera controllata il vetro galleggia sullo stagno e si espande formando una lastra liscia ed omogenea. Una volta solidificato viene successivamente riscaldato per essere poi lucidato. Poiché Il vetro float è estremamente fragile, in alcuni specifici contesti (come quelli architettonici) è opportuno procedere alla tempra. il 90% del vetro piatto prodotto nel mondo, detto vetro float, è fabbricato con il sistema "a galleggiamento" Inventato da Alastair Pilkington, dove il vetro fuso è versato ad un'estremità di un bagno di stagno fuso. Oggi questa operazione è effettuata in atmosfera controllata. Il vetro galleggia sullo stagno e si spande lungo la superficie del bagno, formando una superficie liscia su entrambi i lati. Il vetro si raffredda e solidifica mentre scorre lungo il bagno, formando un nastro continuo. Il prodotto è poi "lucidato a fuoco", riscaldandolo nuovamente su entrambi i lati, e presenta così due superfici perfettamente parallele. Le lastre sono realizzate con spessori standard di 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19, 22 e 25 mm. Questo tipo di vetro è considerato pericoloso per l'uso in applicazioni architettoniche, poiché tende a rompersi in grossi pezzi taglienti, che possono causare gravi incidenti. Per ovviare a questo problema nel caso di applicazioni soggette ad urti o sollecitazioni statiche, la singola lastra può essere temprata come descritto nel relativo capitolo. Le normative edilizie pongono in genere delle limitazioni all’uso di questo vetro in situazioni rischiose, e sono: Bragni, pannelli di porte, uscite antincendio, nelle scuole, ospedali ed in genere nei sotto luci del parapetto. SOFFIATURA - Il vetro può inoltre essere soffiato all'intero di appositi stampi metallici al fine di ottenere la forma voluta, oppure può essere colato (anche se a dire il vero questa tecnica non è attualmente molto utilizzata, se non per realizzare vetri stampati, vetri retinati o comunque altre tipologie di vetro ornamentale. Il vetro è soffiato all'interno di stampi metallici cilindrici, quindi dalla forma ottenuta vengono asportati gli estremi e praticato un taglio lungo una generatrice del cilindro. E quindi posto in un forno, dove, rammollendo, si apre e si stende in lastra. VETRO COLATO (LAMINATO) Prima dell'invenzione di Alastair Pilkington, il vetro a lastra era in parte realizzato per colata, estrusione o laminazione e le superfici non avevano le facce otticamente parallele, dando origine a caratteristiche aberrazioni visive. Il parallelismo poteva essere ottenuto con la lucidatura meccanica, ma con elevati costi. Per questo motivo oggi questa tecnica viene usata solo per produrre vetri particolari o decorativi, che sono: - vetro stampato: su una superficie del vetro viene stampato un disegno in rilievo, Lo "stampato C" è quello più famoso, utilizzato su porte e frigoriferi e non è di conseguenza lucido trasparente. Può essere anche ricavato da lastra atermica colorata nelle tonalità verde-marrone-grigio. - vetro retinato: Il vetro retinato viene prodotto incorporando una rete metallica al suo interno e viene impiegato per sicurezza nelle zone sotto luce di parapetto delle vetrate. Può essere anche di aspetto colorato. Per il vetro retinato non è applicabile il processo di tempra, a causa della presenza della rete metallica. - vetro ornamentale. Vetro curvo e vetro cavo Il vetro curvo è un vetro sottoposto ad un procedimento di riscaldamento graduala ad alte temperature (tra l 500 e i 750 °C circa), fino a diventare abbastanza plastico da aderire (per gravità o costretto in una qualche maniera) ad uno stampo concavo o convesso. disposto orizzontalmente o verticalmente all'interno del forno di curvatura. Non è possibile ottenere un vetro curvo che si adagia sullo stampo esclusivamente solto l'azione della sua forza peso, una volta raggiunta la viscosità necessaria, senza che il vetro stesso non venga segnato dalla testura, seppur minima, dello stampo, compromettendone la trasparenza e 'uniformità di spessore della lastra. assistita Per tale motivo, in genere l'azione di curvatura della lastra viene coadiuvata da dispositivi meccanici o pneumatici, che agevolano Il processo, curvando il vetro a viscosità più alte e tali da non inficiare le caratteristiche originarie della lastra dopo il contatto con lo stampo compromettere Dopo questa fase, il vetro viene raffreddato molto lentamente ("detensionamento* o "ricottura* del vetro), per evitare di indurre tensioni che ne precluderebbe un'eventuale successiva lavorazione o che potrebbero innescare fenomeni di rottura spontanea del materiale. Il processo di detensionamento viene normalmente adottato per i parabrezza delle automobili, per i quali è prevista la messa in sicurezza mediante stratifica e non mediante tempra. Viceversa, molto più frequentemente per il vetro impiegato nel settore dell'arredamento, il processo di curvatura si conclude con un raffreddamento istantaneo, al fine di ottenere un vetro curvo temprato. Per vetro curvo si intende comunemente il vetro sottoposto alla curvatura lungo un solo asse della lastra (si pensi ad esempio alla curvatura che subisce un foglio di carta quando si tendono ad avvicinare due lati opposti). Qualunque altro tipo di curvatura che coinvolga entrambe le dimensioni principali della lastra da luogo ad un vetro cavo. Esempi concreti di oggetti in vetro cavo possono essere: lampadar, bottiglie, bicchieri, vasi, piani lavabo in vetro con lavabo ricavato mediante termoformatura. Si possono curvare vetri di spessore tra i 3 e 19 mm, per una misura massima di 2600 mm ≤ 4000 mm, con diverse finiture (ad esempio: sabbiato, serigrafato, inciso, forato o con asole) e di tutte le tipologie (ad esempio: colorato, fuso, riflettente, basso emissivo o stampato); non tutte le finiture sono tuttavia applicabili prima della curvatura. Trasformazioni del vetro cavo Le trasformazioni a cui può essere sottoposto il vetro cavo sono: decorazione tampografia incisione verniciatura sabbiatura Il processo di produzione del vetro cavo può essere cosi schematizzato: stoccaggio, dosaggio e miscelazione delle materie prime: miscela verificabile, costituita da silice, carbonato di sodio, carbonato di calcio, etc. + rottame di vetro pronto al forno formazione e affinaggio della pasta vetrosa nel forno fusorio La miscela verificabile ed il rottame di vetro vengono introdotti in continuo nel forno fusorio che opera ad una temperatura di 1500° C circa La fusione aviene attraverso i seguenti stadi: fusione del componenti più basso-fondenti -- reazioni chimiche tra i componenti la miscela -- dissoluzione delle particelle solide nelle fasi liquide formate Segue la fase di affinaggio durante la quale vengono rimosse le bolle gassose incorporate nella massa vetrosa e viene favorita l'omogeneizzazione della massa stessa. La massa vetrosa viene poi portata alla temperatura di 1100-1200° C nei canali di alimentazione delle machine formatrici affinché raggiunga la viscosità ideale per la formazione delle "gocce" che cadono nelle macchine stesse. formatura dei contenitori La goccia di pasta vetrosa incandescente (1150° C circa) giunge, per caduta, alla macchina formatrice. La trasformazione della goccia in contenitore puo avenire con diversi processi di formatura: soffiato-soffiato, pressato-soffiato, pressato diretto, etc. Vetro stratificato Vetro stratificato rotto: si può notare il film polimerico al quale sono rimasti attaccati i frammenti di vetro. Il vetro stratificato (in inglese "laminated glass" talvolta tradotto come "vetro laminato" che però genera confusione con il processo produttivo di "laminazione") è stato inventato nel 1909 dal chimico francese Edouard Benedictus. Benedictus si è ispirato a un flacone rivestito da uno strato plastico di nitrato di cellulosa che per una disattenzione in laboratorio è caduto e si è rotto, ma senza aprirsi in pezzi. Egli fabbricò un materiale composito di vetro e plastica in grado di ridurre i pericoli in caso di incidenti automobilistici. L'invenzione non fu immediatamente adottata nel settore automobilistico, ma il primo impiego fu nei vetri delle maschere antigas in uso durante la Prima guerra mondiale. li vetro stratificato e realizzato unendo due o più strati di vetro ordinario alternato a un foglio plastico di colore simil-latteo solitamente polivinilbutirrale (PVB), II PVB è unito a sandwich con il vetro che è poi scaldato a 70 °C e pressato con rulli per espellere l'ara ed unire i materiali, l'operazione viene conclusa inserendo il sandwich casi composto in un'autoclave a temperatura e pressione costante, dove si completa il processo di espulsione dell'aria, rendendo cosi il vetro laminato nuovamente trasparente. Un tipico vetro stratificato è costituito ad esempio da: 3 mm di vetro / 0,38 mm di polivinilbutirale / 3 mm di vetro. Il prodotto dell'esempio è definito vetro stratificato (laminato) da 6,38 mm o anche "33.1". vetro stratificato è distribuito in lastre di 3210 x 2400 mm* e/o in grandi lastre 3210 × 6000 mm*, e con accoppiamenti 33, 4/4 0 Altri accoppiamenti vengono eseguiti appositamente su richiesta. Gli strati intermedi possono presentare anche diversi spessori come pure il PVB può essere prodotto colorato in modo da dare all'insieme della lastra un aspetto colorato (tonalità bronzo-grigio). Lo strato intermedio mantiene i pezzi di vetro in posizione anche quando il vetro si rompe, e con la sua resistenza impedisce la formazione di larghi frammenti affilati. Più strati e maggiore spessore del vetro aumentano la resistenza. I vetri antiproiettile realizzati con molti strati di vetro spesso, possono arrivare a 50 mm di spessore. Lo strato di PVB dona al materiale anche un maggiore effetto di isolamento acustico e riduce del 99% la trasparenza alla luce ultravioletta. Il parabrezza di un'auto in vetro stratificato con la rottura a "ragnatela". Il vetro stratificato è normalmente impiegato dove ci può essere il rischio di impatti con il corpo umano, oppure dove il pericolo possa derivare dalla caduta della lastra se frantumata. Le vetrine dei negozi, i parabrezza ma spesso anche I finestrini laterali delle auto sono tipicamente realizzati in vetro laminato come pure le zone parapetto delle vetrate interne ed estere. È considerato un vetro di sicurezza grazie alla capacità di mantenersi compatto se fratturato…. Tempra La TEMPRA è un trattamento termico che aumenta le doti di resistenza meccanica del vetro attraverso un processo che prevede il riscaldamento ad elevata temperatura e il successivo rapido raffreddamento a temperatura ambiente. Proprio per le sue caratteristiche, il vetro temperato è spesso impiegato per realizzare elementi senza struttura portante, interamente in vetro, come porte o applicazioni strutturali, o ancora è impiegato nel settore automobilistico. Il vetro temprato viene ottenuto per indurimento tramite trattamento termico (tempra). Il pezzo deve essere tagliato alle dimensioni richieste e ogni lavorazione (come levigatura degli spigoli o foratura e svasatura) deve essere effettuata prima della tempra. Il vetro e posto su un tavolo a rulli su cui scorre all'interno di un forno, che lo riscalda alla temperatura di tempra di 640 °C. Quindi viene rapidamente raffreddato da getti di aria. Questo processo raffredda gli strati superficiali, causandone l'indurimento, mentre la parte interna rimane calda più a lungo. Il successivo raffreddamento della parte centrale produce uno sforzo di compressione sulla superficie, bilanciato da tensioni distensive nella parte interna. Non tuti i vetri sono temprabili; in particolare, se presentano forme articolate o numerosi fori vicini tra loro possono rompersi durante il trattamento termico, a causa delle tensioni interne del materiale. Il vetro temprato è circa sei volte più resistente del vetro float, questo perché i difetti superficiali vengono mantenuti "chiusi" dalle tensioni meccaniche compressive, mentre la parte interna rimane più libera da difetti che possono dare inizio alle crepe. Queste tensioni hanno degli svantaggi. A causa del bilanciamento degli sforzi, un eventuale danno ad un estremo della lastra causa la frantumazione del vetro in molti piccoli frammenti. Questo è il motivo per cui il taglio deve essere effettuato prima della tempra e nessuna lavorazione può essere fatta dopo. Applicazioni del vetro temprato. Per la sua maggiore robustezza, il vetro temprato è spesso impiegato per la realizzazione di elementi senza struttura portante (fuito vetro), come porte in vetro e applicazioni strutturali e nelle zone parapetto. È anche considerato, in parte, un "vetro di sicurezza" in quanto, altre ad essere più robusto, ha la tendenza a rompersi in piccoli pezzi smussati poco pericolosi per cui viene utilizzato in generale in tutte quelle applicazioni dove i frammenti del vetro infranto potrebbero colpire delle persone. Per questo motivo è stato usato a lungo in modo estensivo nell'industria automobilistica, dove viene impiegato ancora per realizzare per esempio il lunotto posteriore ma essendo anche estremamente resistente è pericoloso in caso di urto della testa per cui viene lentamente soppiantato dal vetro stratificato, obbligatorio per il parabrezza anteriore. In altre situazioni si possono avere problemi di sicurezza a causa della tendenza del vetro temprato a frantumarsi completamente in seguito ad un urto sul bordo. Da un punto di vista ottico la lastra di vetro può presentare delle distorsioni determinate dalla tempera rispetto ad un vetro non temperato. Vetro autopulente Di invenzione successiva al vetro Pilkington, il vetro autopulente trova impiego nella costruzione degli edifici, automobili e altre applicazioni tecniche. Uno strato di 50 mm di biossido di titanio applicato sulla superficie estera produce l'effetto autopulente attraverso due meccanismi effetto fotocatalitico: i raggi ultravioletti catalizzano la decomposizione delle molecole organiche sulla superficie della finestra; idrofilicità: Poi l’ acqua viene attratta dalla superficie del vetro, dove forma un sottile strato che "lava via" i residui dei composti organici. Vetrata isolante/ vetro camera. La vetrata isolante è definita anche vetro isolante o in gergo vetro camera, e in linguaggio normativo "vetri uniti al perimetro" (in inglese: IGU, da Insulating Glass Unit, cioè elemento vetrato isolante). E una struttura vetrata utilizzata in edilizia, in particolare nei serramenti esterni (finestre e porte) e facciate continue, per aumentare le prestazioni di isolamento termico e acustico. È costituita da due o più lastre di vetro piano unite tra di loro, al perimetro, da un telaietto distanziatore in materiale metallico profilato (alluminio, acciaio a polimerico) e separate tra di loro da uno strato d'aria o di gas (argon, kripton o xeno). Il telaietto perimetrale è conformato in mode che all'intero di esso possano trovare alloggio dei sali che sono necessari per mantenere disidratata la lama d'aria risultante, evitando in questo modo la comparsa di condensa sulla superficie delle lastre rivolta verso intercapedine. L'argon, il kripton e lo xeno hanno lo scopo di aumentare l'isolamento termico, espresso in W/m*-K. l'impiego di gas kripton permette di ottenere valori prestazionali elevati mantenendo lo spessore della vetrata isolante esiguo: una vetrata isolante di spessore totale di 17 mm (con l'impiego di kripton) avrà lo stesso valore ug di una vetrata di 24 mm che impiega gas argon. L'isolamento acustico è invece ottenuto attraverso l'Incremento dello spessore delle lastre (meglio se di spessore diversificato per evitare fenomeni di risonanza acustica) e l'impiego di materiali fonoisolanti come alcuni PVB impiegati nel vetro stratificato. La raccolta e il riciclo del vetro I rottami di vetro provenienti dalla raccolta differenziata vengono utilizzati per la maggior parte per ottenere vetro cavo. Per tale motivo, la raccolta differenziata del vetro è rivolta al riutilizzo di rottami di oggetti in vaire cavo (bottiglie, flaconi e barattoli in vetro), mentre i vetri per finestre e gli specchi (che vengono ottenuti tramite processo float) non vanno insenti nelle campane per la raccolta del vetro, in quanto vanno stoccati separatamente. Non vanno inoltre inserti nelle campane per la raccolta i vetri pyrex (utilizzato per pirofile e vetreria da laboratorio) e i vetri inseriti in dispositivi elettrici/elettronici (schermi di televisori e lampadine). Dopo la raccolta, i rottami di vetro vengono sottoposti ad alcuni trattamenti per allontanare impurezze di altri materiali (tra cui carta, plastica, ceramici e metalli): tal trattamenti includono: - lavaggio con acqua - separazione manuale - vagliatura - aspirazione con aria - deferrizzazione tramite dispositivi magnetici e metal detector. PROPRIETÀ TERMICHE E OTTICHE Conducibilità La conducibilità termica nel vetro è assai piccola ed anche di difficile misurazione. La maggior parte del materiale si espande quando sono riscaldati e si contrae quando vengono raffreddati. Viscosità La variazione della viscosità per effetto della temperatura è assai rimarchevole nel vetro. Il vetro è considerato generalmente un materiale rigido, ma diventa plastico se sottoposto ad elevate temperature (circa 900°), e in quanto divenuto liquido viscoso può essere lavorato in molte maniere ed in differenti forme. La viscosità di un liquido è la misurazione della resistenza di un liquido quando scorre su una superficie orizzontale. I vetri, allo stato liquido, sono molto più viscosi degli altri liquidi ordinari. Per il vetro la viscosità è legata alla sua composizione e alla temperatura. Proprietà ottiche Quando la luce colpisce i vari tipi di vetro, può dare origine a seconda della composizione o della lavorazione a fenomeni ottici diversi, come la trasparenza, la diffusione, la riflessione, l'assorbimento. Il vetro comune trasmette le lunghezze d'onda della luce visibile e le radiazioni dei raggi ultravioletti e infrarossi. Un raggio di luce che attraversa un vetro è sempre parzialmente assorbito e questo assorbimento è proporzionale allo spessore del vetro. Quando si ha un vetro fabbricato con materie prime pure, ed è incolore, l'assorbimento totale è minimo, mentre per i vetri colorati si è notato che la quantità di luce assorbita ed il conseguente potere di colorazione varia a seconda degli ossidi presenti nella composizione del vetro e dalla loro concentrazione. I solidi generalmente non sono trasparenti, fatta eccezione di alcuni cristalli come il quarzo, infatti la trasparenza è principalmente una caratteristica dei liquidi. Il vetro come un liquido è formato da una larga molecola che non presenta superfici intere o discontinuità e ha una dimensione che si avvicina alla lunghezza d'onda della luce visibile. Conseguentemente la luce può passare attraverso il vetro anche senza modificare l'angolo di entrata quando il vetro è trasparente, chiaro e con superfici parallele. Il vetro trasparente, perciò viene usato per le finestre e può essere specchiato. Se la superficie del vetro è irregolare, se presenta delle sfaccettature oppure se vi sono delle bolle d'aria inglobate, I raggi luminosi tendono in alcuni punti a concentrarsi, in altri a diffondersi a secondo gli "ostacoli" che trovano. Quando la luce colpisce un vetro opaco come ad esempio il lattimo, i raggi non penetrano, ma per il fenomeno della riflessione vengono respinti; infine, se il vetro è colorato, gli ossidi metallici contenuti assorbono alcune lunghezze d'onda, che vengono assorbite creando l'effetto del colore. Questi principi erano noti fin dall'antichità (vedi ad esempio la coppa di Licurgo) e sono basilari per la comprensione della scelta dei colori nelle vetrate. LEGNI materiale naturale ( versatile e abbondante). Il legno può essere considerato anche materia prima per la realizzazione di pannelli, di carta… - resistenza - buon isolante termico - buon isolante elettrico - proprietà acustiche - facilità di lavorazione - risorsa rinnovabile STRUTTURA Materiale naturale costituito da cellule vegetali Il tronco è caratterizzato dalla presenza di diversi strati: La corteccia è l’anello più estremo, l’unico visibile anche quando il tronco non è sezionato , e fisiologicamente è morta e serve a proteggere l’albero dagli agenti atmosferici e dagli insetti nocivi. Il libro, di spessore molto sottile, serve invece a proteggere l’albero dall’umidità che rappresenta il peggiore nemico del legno. Nel libro scorre la linfa discendente. Il cambio, zona in cui si crea il nuovo legno che permette all’albero di crescere, crea ogni anno un nuove fibre, sia verso l’interno per formare l’alburno o xilema , sia verso l’esterno per formare il libro o floema. Poiché le piante si nutrono solo in primavera ed autunno, quando nel terreno sono abbondanti acqua ed i sali minerali e la temperatura estrema va dal 3 ai 35°, nel corso di un anno si forma un anello di alburno, di colore chiaro e di grosso spessore corrispondente alla crescita primaverile ed altro, di colore scuro e di ridotto spessore corrispondente a quella autunnale, quando minori sono sostanze nutritive assorbite dalia pianta: si formano così gli anelli annuali che permettono di stabilire l'età della pianta. L’ alburno (xilema), è formato da cellule vegetali vive nelle quali avviene il trasporto della linfa grezza (acqua e sali minerali) che dalle radici salgono alle foglie. L'alburno, all'inizio dell’ inverno, viene assorbito dal durame. Il durame o cuore è la zona del tronco al maggiore spessore ed ha funzione di consentire all'albero una posizione eretta. Inoltre esso è l'anello più importante poiché è l'unica parte delle essenze legnose da cui ricava il legno utilizzato industrialmente: tavole travi, ecc. E' costituito da cellule dure e compatte, è l'alburno invecchiato, nel quale non scorre più la linfa e dal quale si estrae il cosiddetto legno massello. Legno costituito da piccole cellule cave che si sviluppano nella direzione del tronco. Il vuoto all'interno delle cellule (LUME) favorisce lo scorrimento dei fluidi essenziali per la vita dell'albero mentre la parte della cellula è responsabile della resistenza meccanica del legno Le foreste di alberi che producono legno si dividono in: ANGIOSPERME producono legni duri temperati e tropicali come QUERCIA, FAGGIO, TEAK GIMNOSPERME producono legni dolci come ABETE, PINO questa suddivisione si riflette sulla struttura delle cellule ma non sulle proprietà meccaniche del legno. Le cellule sono composte da sostanze naturali: - Emicellulosa - Cellulosa - Limina lignina Legno dolce: è quello delle conifere Legno duro: è quello delle latifoglie caduche PRINCIPALI PROPRIETA' FISICHE E MECCANICHE DEL LEGNO dipendono dalla struttura delle pareti delle cellule La parate della cellula è costituita da microfibrille allineate nella direzione del tronco dell'albero. La principale differenza tra legni consiste nello spessore delle pareti delle cellule e quindi nella densità Rigidità, Il legno è un materiale rigido e leggero. La durezza del legno varia a seconda del rapporto tra la lignina e la cellulosa. Lavorabilità, Il legno è un materiale da costruzione molto versatile e facilmente lavorabile. Consente di realizzare strutture in grado di sostenere carichi e sollecitazioni anche elevate. UMIDITA' Le cellule dell'albero che contengono i fluidi necessari alla vita dell'albero, mantengono la presenza di acqua anche dopo il taglio UMIDITA' del legno è la % in peso dell'acqua rispetto al legno essiccato UMIDITA' % = peso umido - peso a secco x 100 peso a secco Con Legno verde si indica la condizione di umidità presente al momento del taglio (in genere varia dal 60% al 200% in funzione del tipo di legno (dolce o duro, alburno o durame o in relazione alle stagioni). legno tende a cedere acqua e a raggiungere un valore di equilibrio con l'umidità dell'ambiente. Si assume come riferimento un’umidità 12% che rappresenta il valore a cui si porta il legno in ambienti il cui non viene bagnato dalla pioggia L'acqua viene assorbita in parte nelle pareti delle cellule mentre la restante è libera bel vuoto interno alla cellula Stagionatura: una volta tagliato, il legno perde velocemente circa il 30% di acqua presente nelle cavità cellulari. Successivamente il legno continuerà, ma più lentamente a perdere acqua, fino a raggiungere l'equilibrio con l'ambiente circa il 12% - 23% di umidità. Per ottenere questo, le assi devono essere stagionate o essiccate. Il metodo naturale è quello che garantisce in futuro una maggiore stabilità. La stagionatura naturale la si ottiene accatastando le assi una sull'altra frapponendo dei listelli al fine di permettere la circolazione dell'aria. Poiché per raggiungere i risultati voluti sarebbe necessario molto tempo ( non inferiore all'anno con climi favorevoli), si fa ricorso a essiccazioni artificiali in appositi ambienti (essiccatoi) che sono veri e propri forni con umidità e calore controllati. Bisogna tener presente che il legno regolerà continuamente la sua umidità con quella dell'aria circostante; se viene portato in un ambiente chiuso e dotato di riscaldamento centrale, il suo contenuto di umidità diminuirà lentamente fino a circa il 10%, provocando ovviamente un maggior restringimento, accompagnato da aumento densità e resistenza meccanica. Nb. l'umidità del legno anche dopo la stagionatura non è costante varia in funzione delle condizioni ambientali Le variazioni dimensionali possono avere luogo anche dopo la posa in opera del legno. DIFETTI vedi file pdf Anomalie nella struttura del legno riguardano: - Accrescimento eccentrico del midollo - Agenti atmosferici, insetti e funghi - Crescita a spirale L'albero è materia organica vivente e, il suo legno può presentare numerosi difetti che spesso ne pregiudicano l'utilizzo tecnologico. Il tronco viene facilmente aggredito da insetti, muffe e parassiti che intaccano la corteccia e penetrano all'interno, producendo carie, infradiciamento e altri inconvenienti. Un altro difetto frequente è la cipollatura, cioè il distacco parziale tra due anelli di accrescimento. Inevitabili poi sono i nodi, che indicano la posizione di rami che non si sono mai sviluppati; i nodi, dopo l'essiccamento, tendono a staccarsi dal resto, provocando dei fori nelle tavole. Molti difetti sono dovuti all'azione del gelo: ad esempio le fenditure, spaccature radiali più o meno profonde e le lunature, che consistono nella presenza, all'interno del durame, di porzioni tenere, della consistenza dell'alburno. Un altro difetto frequente è l'eccentricità del midollo cioè la sua posizione spostata rispetto al centro del tronco, verso l'esterno, tipica di alberi che crescono su pendii molto ripidi. Un altro grave difetto è il cosiddetto imbarcamento per cui l'asse, originariamente lineare, assume conformazione curva, deformandosi irrimediabilmente. Le cause sono da ricondursi alla insufficiente stagionatura del legname prima della lavorazione, con il conseguente ritiro delle fibre. Lavorazioni del legno Le principali fasi di produzione del legname grezzo sono le seguenti: ABBATTIMENTO SRAMATURA taglio dei rami di una pianta. Questa operazione può essere effettuata prima e dopo l'abbattimento dell’albero SCORTECCIATURA è una fase del processo di lavorazione del legno nell'industria della cellulosa. Viene effettuata sul fusto dell'albero dopo l'abbattimento e la sramatura tramite macchine scortecciatrici oppure manualmente. Consiste nell’asportazione della corteccia dal tronco che viene caricato su un nastro trasportatore all'interno di rulli ruotanti contrapposti e muniti di punzoni. La scortecciatura consente di standardizzare le dimensioni del tronco dell'albero, di agevolare l'essiccazione e il trasporto del legno in segheria. Le dimensioni standard del legno permettono la movimentazione della materia prima tramite processi automatici o semiautomatici che aumentano la velocità della produzione e riducono il costo unitario. Non è comunque una fase di lavorazione obbligata. Alcune segherie sono attrezzate con macchinari appositi per eliminare l'eventuale presenza di residui sul tronco dell'albero. In alcuni casi la corteccia viene lasciata sul per rallentare l'essiccazione o per proteggere ll legno dall'attacco di parassiti, funghi e muffe. ACCATASTAMENTO è un'operazione del processo di lavorazione del legno. Dopo il taglio i tronchi sono accatastati in uno spazio aperto della segheria mediante un braccio meccanico in attesa di essere utilizzati corre input del processo produttivo. La fase di accatastamento svolge anche una funzione di prima essiccazione e di prima stagionatura del legno. Nel processo di lavorazione del legno la fase di accatastamento è generalmente collocata tra l'operazione di scortecciatura e quella di vaporizzazione del tronco. VAPORIZZAZIONE è un processo della lavorazione del legno. Dopo lo scortecciamento i tronchi sono investiti da un getto di vapore alla temperatura di 100°C per pulire il materiale dalla presenza di eventuali parassiti. Il vapore consente, inoltre , di preparare il legno alle successive operazioni di taglia. La vaporizzazione ha anche l'effetto di modificare la colorazione naturale del legno. I processi di vaporizzazione Ti processo di autovaporizzazione Si utilizzano delle apposite camere di vaporizzazione per creare un ambiente di vapore e per una gestione più efficiente del processo di vaporizzazione del legno. Il legno viene accatatato all’interno della camera. Il vapore acqueo viene generato da una fonte esterna e introdotto nella cella per investire il tronco scortecciato. Il processo di autovalorizzazione Alcune tecnologie utilizzano anche un processo di auto-vaporizzazione a camera stagna che permette di generare vapore sfruttando l'acqua contenuta nel legno stesso. Anche in questo caso il legno viene accatastato all'interno della camera. In questo caso, però, non è necessario disporre di un generatore di vapore da una fonte esterna. TRONCATURA è una operazione di lavorazione dell'albero dopo l'abbattimento che consiste nel taglio del fusto dell'albero o dei rami allo scopo di ottenere pezzi di forma circolare o tronchi più piccoli della dimensione voluta a seconda dell'uso. La troncatura viene effettuata a terra dopo l'abbattimento dell’ albero tramite l'ausilio di motoseghe. Le dimensioni dei tronchi dopo l'operazione di troncatura sono determinate dalle esigenze di tra