MATERIALI E IN GE GNE RIAassim/wp-content/uploads/2010/10/marzo... · 2010. 10. 15. · MATERIALI E INGEGNERIA PAG. 1 MATERIALI E IN GE GNE RIA RIVISTA DI INFORMAZIONE DELL’ASSOCIAZIONE

MATERIALI E INGEGNERIA PAG. 1

MATERIALIE IN GE GNE RIA

RIVISTA DI INFORMAZIONE DELL’ASSOCIAZIONE ITALIANA INGEGNERI DEI MATERIALIAnno 13 - Numero 1 - Marzo 2006 - Spedizione in abbonamento postale - art. 2 comma 20/C L. 662/96 - D.C. Trento

IN CASO DI MANCATO RECAPITO RE STI TU I RE AL MITTENTE CHE SI IMPEGNA A PA GA RE LA RELATIVA TASSA

8 APRILE 20068 APRILE 2006ASSEMBLEA ANNUALE DEI SOCI ASSIMASSEMBLEA ANNUALE DEI SOCI ASSIMCON ELEZIONE DELLE CARICHE PREVISTE DALLO STATUTOCON ELEZIONE DELLE CARICHE PREVISTE DALLO STATUTO

PAG. 2 MATERIALI E INGEGNERIA

Associazione

Consiglio direttivoPresidente: Giovanni StraffeliniVice-Presidente: Andrea Bianchi Segretario e Tesoriere: Stefano RossiConsiglieri: Alberto Valla, Giancarlo Squarzoni, Monica Fidanza, Giuseppe Boni, Lorenzo Menaldo, Paolo Mosaner.

SedeLa sede dell’Associazione è in via Me-siano 77 - 38100 Trento, presso la Fa-coltà di Ingegneria (Dipartimento di Ingegneria dei Mate-riali). Telefono 0461-882458, 882403.Fax 0461-881977.e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]

Iscrizioni 2006Le quote di iscrizione all’Associazio-ne per il 2006 sono fissate in 30 Euro per i laureati e 20 Euro per i laureandi. La quota può essere pagata con un ver-samento sul c/c postale n. 14463384 intestato a: Associazione Italiana Inge-gneri dei Materiali - ASSIM, via Me-siano 77 - 38100 Trento.Ai nuovi iscritti è richiesto di inviare un modulo di iscrizione debitamente compilato che può essere richiesto in sede o scaricato dal sito internet.

MATERIALI E INGEGNERIA

Rivista di informazione dell’Asso-ciazione Italiana Ingegneri dei Ma-teriali

Anno 13 - Numero 1 – Marzo 2006

Direzione e redazione presso la sede dell’AssociazioneAutorizzazione del Tribunale di Trento n. 827/R.S. del 4/7/1994

Coordinatore:Giovanni Straffelini

Direttore responsabile:Roberto Bombarda

Fotocomposizione e stampa:Litografia AMORTHVia Crosare, 12 - Gardolo (TN)

(Foto di copertina : fig.8 e 9 dell’articolo di Pfletschinger)

BANCA DATI ASSIM-LAVORO

La banca dati ASSIM-Lavoro, è stata istituita ne 1996 e si prefigge di favorire il contatto tra i laureati in Ingegneria dei Materiali ed il mondo del lavoro. I soci che vogliono essere inseriti per la prima volta debbono compilare il modulo (che pos-sono richiedere all’Associazione) ed eventualmente allegare il proprio curriculum vitae (massimo una facciata). Si ricorda che la banca dati viene azzerata al 31 otto-bre. Coloro, già iscritti, che sono interessati a rimanere inseriti nella banca-dati sono quindi invitati a comunicarlo per iscritto all’Associazione. E’ attivata una specifica pagina web e quindi le iscrizioni e ogni ulteriore comunicazione in merito potranno essere fatte via Internet.Le aziende interessate all’assunzione di ingegneri dei materiali possono fare richie-sta dei nominativi inseriti nella banca dati all’Associazione.Per informazioni e per inviare la propria adesione alla banca-dati le persone da con-tattare sono: Stefano Rossi (lab. Anticorrosione Industriale, Università di Tren-to tel. 0461-882403, fax 881977).

ASSIM ON-LINEÈ attivo il nuovo sito WEB dell’ASSIM, che può essere consultato collegandosi su internet all’indirizzo:

http://www.assimonline.org

I soci e tutti gli interessati possono quindi avvalersi di tale strumento che contribuirà sicuramente a far conoscere e promuovere al meglio la figura professionale dell’in-gegnere dei materiali. Alcune tra le potenzialità che tale strumento offre sono:- creare un punto di incontro tra le aziende e l’ASSIM e gli ingegneri dei materiali

in cerca di lavoro,- comunicare in tempo reale tra i soci e il direttivo ASSIM e viceversa, - poter presentare le proposte in pagine dedicate a tale scopo,- confrontarsi apertamente su problematiche tecniche di interesse specifico dei

soci,- scambiare informazioni, documenti, moduli ed altro in modo pratico ed economi-

co, - tenere i contatti in modo efficiente con i soci delle altre sedi comprese quelle più

lontane.Nel sito si possono trovare anche i numeri della nostra rivista.

SOMMARIO• ASSOCIAZIONE• ASSEMBLEA ANNUALE DELL’ASSOCIAZIONE• GIORNATA DI STUDIO: L’INNOVAZIONE DEI MATERIALI NEL MONDO

INDUSTRIALE• SCHEDA TECNICA: “SPARK PLASMA SINTERING”: UNA NUOVA TECNO-

LOGIA PER MATERIALI AVANZATI• 2° TECHNOLOGY WORKSHOP ORGANIZZATO DALLA LIBERA UNIVER-

SITÀ DI BOLZANO CON IL PATROCINIO DELL’ASSOCIAZIONE DEGLI IM-PRENDITORI DELLA PROVINCIA DI BOLZANO

• SCHEDA TECNICA: NUOVI MATERIALI PER L’IMPIEGO DI IDROGENO NELL’AUTOTRAZIONE

• SCHEDA TECNICA: AVVOLGIMENTO DI FIBRE CON MATRICE TERMOIN-DURENTE

• SCHEDA TECNICA: LO STAMPAGGIO DEI SERBATOI IN MATERIALE PO-LIMERICO

• NEOLAUREATI IN INGEGNERIA DEI MATERIAI A TRENTO


Associazione

SABATO 8 APRILE 2006ASSEMBLEA ANNUALE DELL’ASSIM

Sala dell’Ordine degli IngegneriPiazza S. Maria Maggiore, Trento

L’inizio è previsto per le ore 8.00 in prima convocazione e alle ore 9.30 in seconda convocazione.

L’ordine del giorno è il seguente:1. relazione del Presidente sulle attività svolte;2. relazione del Tesoriere sulla situazione economica e approvazione del bilancio consuntivo e preventi-

vo;3. elezione del nuovo Presidente e del Nuovo Direttivo per gli anni 2006-2007;4. discussione e programmazione delle attività future;5. varie ed eventuali.

Si ricorda che la quota sociale per il 2006 è stata fissata in Euro 30,00 per i laureati e Euro 20,00 per i laureandi e può essere versata il giorno stesso all’Assemblea o con Bollettino Postale sul c/c n.14463384 (intestato a: Associazione Italiana Ingegneri dei Materiali - ASSIM, via Mesiano 77 - 38100 Trento).Coloro che si sono iscritti per la prima volta a partire dal 1 ottobre 2005, non sono tenuti a pagare la quota associativa, poiché la quota era già comprensiva dell’iscrizione per l’anno 2006.In caso d’impossibilità a partecipare si può delegare un socio di propria fiducia consegnandogli la delega o inviandola all’Associazione (si ricorda che ogni socio non può avere più di due deleghe).

A coloro che sono interessati alla banca dati ASSIM-Lavoro si ricorda che la permanenza dei nominativi è di un anno dall’iscrizione: chi è interessato a rimanere inserito o ad essere inserito deve ri-chiedere o confermare l’iscrizione, comunicandolo per iscritto all’Associazione (anche via mail [email protected] o via fax 0461-881977). Per eventuali chiarimenti chiama o scrivi all’Associazione.

Il Segretario Il Presidente Stefano Rossi Giovanni Straffelini

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Il sottoscritto ............................................................................................................................................................, socio dell’Associazione per l’Anno 2006, dele-

ga il socio ....................................................................................................................................................................................... a rappresentarlo nell’Assemblea Ordinaria

del 8 aprile 2006.

Data: .............................................................................................................. firma: ..............................................................................................................


Associazione

Giornata di Studio: L’Innovazione dei Materiali nel Mondo Industriale

Il 12 novembre scorso si è tenuta la giornata di stu-dio: “Innovazione dei materiali nel mondo indu-striale”, presso la sede dell’ordine degli Ingegneri della provincia di Trento. La giornata è stata seguita da nume-rosi soci e anche da qualche rappresentante del mondo industriale locale e ha riscosso un notevole successo, an-che in considerazione dell’importanza degli argomenti trattati. Dopo la presentazione del libro “Attrito e Usu-ra, Metodologie di Progettazione e Controllo” (tecniche nuove), sono state realizzate quattro presentazioni sui seguenti argomenti:1) “Spark Plasma Sintering: una nuova tecnologia per

materiali avanzati”, relatore l’ing. Francesco Casari del laboratorio di Metallurgia della Facoltà di Inge-gneria dell’Università di Trento;

2) “Nuovi materiali per l’impiego di idrogeno nell’autotrazione”, relatore l’ing. Paolo Mosaner;3) “Avvolgimento di fibre con matrice termoindurente”, relatore l’ing. Elmar Pfletschinger;4) “Lo stampaggio dei serbatoi in materiale polimerico”, relatore l’ing. Fabrizio Chini della Roechling-

Automitive.

Il presente numero di MATERIALI INGEGNERIA riporta i testi delle relazioni presentate alla giornata di studio.


Scheda Tecnica

SPARK PLASMA SINTERING: UNA NUOVA TECNOLOGIA PER MATERIALI AVANZATI

Francesco Casari

Università degli Studi di TrentoDipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie Industriali (DIMTI)

Laboratorio di Metallurgia

Con il termine Spark Plasma Sintering (SPS) si identifica una tecnica di consolidamento/sin-terizzazione assistita da pres-sione; il riscaldamento per effetto Joule con corrente con-tinua pulsata permette elevate velocità di riscaldamento (fino ad alcune centinaia di °C/min) dello stampo conduttivo (gene-ralmente realizzato in grafite) all’interno del quale è presente la polvere da sinterizzare (Fi-gura 1). I campi magnetici e i microplasmi che si generano grazie alla particolare forma d’onda della corrente stimola-no la sinterizzazione, attivando superficialmente le polveri e favorendo i fenomeni diffusivi [1,2]. Occorre dire che l’esi-stenza di campi magnetici, cor-renti superficiali, microplasmi non è ancora ben compresa e documentata; tuttavia, l’effet-to positivo della corrente pul-sata è dimostrato dai risultati sperimentali. È vero infatti che il processo di Spark Plasma Sintering, assistito da pres-sione (solitamente fino a 30-60MPa, rispetto alle pressioni di normalmente utilizzate per gli acciai tradizionali, di circa

700MPa), permette di minimiz-zare il livello di porosità fino ad arrivare all’ottenimento del ma-teriale full density, con tempi e temperature di sinterizzazione di molto ridotti rispetto a quelli caratteristici per le convenzio-nali tecniche di sinterizzazione in forno (che spesso non con-sentono di eliminare completa-mente la porosità). In tal modo, per esempio, risulta possibile consolidare ossido di alluminio a 1200°C per 5min, rispetto ai tempi dell’ordine di un’ora ne-

cessari per la sinterizzazione convenzionale in forno a 1400-1450°C. Ancora, la tecnologia SPS risulta vantaggiosa per il consolidamento/sinterizzazio-ne di polveri nanometriche e/o nanostrutturate: infatti, i tempi e le temperature ridotte permet-tono di limitare il fenomeno di accrescimento del grano.Lo Spark Plasma Sintering, pre-via realizzazione di stampi con opportune geometrie, consente inoltre di realizzare gradienti di temperatura all’interno del-

Figura 1: Principio di funzionamento della tecnologia Spark Plasma Sintering [1,2]


Scheda Tecnica

lo stampo stesso, permettendo così di sinterizzare componen-ti ottenuti per stratificazione di miscele di polveri con tem-perature caratteristiche di sin-terizzazione diverse. Questa opportunità viene sfruttata per realizzare i cosiddetti Functio-nally Graded Materials (FGM), materiali le cui caratteristiche vengono modulate nel volume del componente, variando la frazione volumetrica delle pol-veri base (Figura 2).Ecco quindi che risulta possi-bile consolidare miscele di pol-veri diverse per caratteristiche chimico-fisiche modulando così le proprietà chimiche, fisiche e meccaniche del componente; risulta facile la realizzazione di componenti stratificati, anche realizzati con materiali di classi diverse (ceramico-metallo, me-tallo-polimero, ecc.). In modo analogo, sfruttando il gradiente termico che può portare a diffe-renze di temperatura di 300°C,

risulta possibile modulare la porosità, in termini di dimen-sione e frazione volumetrica, nel volume del componente. In questo caso è di fondamentale importanza la scelta di polve-ri di opportuna granulometria, a seconda della dimensione dei pori voluta. Le applicazio-ni degli FGM sono molteplici e, come detto, coprono tutte le tipologie di materiali, con con-cimazioni di materiali metallici, polimerici e ceramici [3,4]; si hanno molteplici esempi nella realizzazione di barriere termi-che [5], rivestimenti antiusura, componenti biomedicali, ecc., anche con forme complesse [6]. Particolare interesse viene pre-stato a materiali di nuova gene-razione, specialmente nel setto-re dei ceramici e intermetallici, che possono presentare elevate proprietà meccaniche, unite a buona tenacità e ottima resi-stenza all’ossidazione a caldo.Stampi e punzoni in WC/Co e

WC/Co/Ni con migliorata resi-stenza e tenacità sono ottenibili graduando la concentrazione di legante e la dimensione dei car-buri; FGM ottenuti con questa metodologia di progettazione sono utilizzati con successo nel-la realizzazione di stampi per la formatura di lenti asferiche [1].L’esperienza documentata da Syntex Inc. (ex Sumitomo Coal & Mining Ltd, produttore del-la tecnologia SPS in Giappone, http://www.scm-sps.com) di-mostra che la tecnologia SPS può essere integrata con suc-cesso con le tecnologie tradi-zionali; questo può essere tal-volta necessario per poter poter raggiungere gli obiettivi voluti. Un esempio su tutti è rappre-sentato dal seguente caso pra-tico: la necessità di aumentare la vita ad usura di una vite di estrusione ha portato allo stu-dio e realizzazione tramite SPS di inserti FGM saldabili in WC/Ni. Lo stato attuale della tecno-logia SPS, viste le dimensioni e la geometria complessa della vite, non permette la realizza-zione del componente, ma ha ugualmente permesso la realiz-zazione del materiale con geo-metria e proprietà tali per dare una buona soluzione al proble-ma proposto [1].Syntex Inc. ha sviluppato vari tipi di macchine, per applica-zioni pensate per la ricerca in laboratorio fino alla produ-zione industriale. Sono state sviluppate cinque tipologie di macchine industriali: multi te-sta, batch, a tunnel, rotative e

Figura 2: Sezione di un materiale FGM Allumina-Nichel stratificato diametro 20 mm: dal-l’alto verso il basso la frazione volumetrica di alluminia varia come 100% - 75% - 50% - 25% - 0% /Università di Trento - DIMTI)


Scheda Tecnica

Figura 3. Sistema DR.SINTER® Modello SPS1050 prodotto da Sumitomo Coal & Mining Ltd (oggi Syntex Inc.), installato nel Laboratorio Tecnologico di Metallurgia (Università di Trento – DIMTI) presso il BIC di Pergine Valsugana.

shuttle. Ciascuna di esse trova applicazione in diverse tipo-logie di produzione, a seconda della configurazione del pro-dotto, della produttività richie-sta, del tempo di ciclo, e a se-conda di opportune valutazioni economiche relative ai costi di produzione [6,7]. L’Università di Trento, nel Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tec-nologie Industriali (DIMTI), ha recentemente acquisito un sistema SPS, nello specifico il sistema DR.SINTER® Modello SPS1050 prodotto da Sumito-mo Coal & Mining Ltd (Figura 3). Con tale macchina si pos-sono raggiungere temperature di 2500-2600°C, e si possono realizzare blocchi delle dimen-sioni di 50-60mm, in termini di diametro e altezza.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

[1] M. Tokita, Mechanism of Spark Plasma Sintering

[2] M. Tokita, Trends in Advan-ced SPS Systems and FGM Technology, Proceedings of “NEDO International Sympo-sium on Functionally Graded Materials, Mieparque Tokyo, Tokyo, Japan October 21-22, 1999, pp. 23-33

[3] Proceedings Conference of the “1st International Symposium on Spark Plasma Sintering 2001, (ISSPS-1)”, 06-08 Sep-tember 2001, Orchard Hotel, Singapore, Edited by K.A. Khor, M. Tokita, T. Harai, Z.A. Munir

[4] Proceedings of “NEDO Inter-national Symposium on Fun-ctionally Graded Materials, Mieparque Tokyo, Tokyo, Ja-

pan October 21-22, 1999[5] M. Kawahara, Properties of

ZrO2 (3Y)/Stainless Steel FGMs, Proceedings of “NEDO International Symposium on Functionally Graded Materials, Mieparque Tokyo, Tokyo, Ja-pan October 21-22, 1999, pp. 41-49

[6] M. Tokita, Industrial Applica-tions of Advanced Spark Pla-sma Sintering, American Cera-mic Society Bulletin, Vol. 85, No. 2, pp. 32-34

[7] Y. Nakayama, Development of Automatic FGM Manufac-turing System, Proceedings of “NEDO International Sympo-sium on Functionally Graded Materials, Mieparque Tokyo, Tokyo, Japan October 21-22, 1999, pp. 35-40

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2° Technology Workshop organizzato dalla Libera Università di Bolzanocon il patricinio dell’Associazione degli Imprenditori della Provincia di Bolzano

Stefano Rossi

Notizie in breve

Nel prodotto industriale la scelta del materiale e della tecnologia risulta di fondamentale im-portanza per la riuscita di una produzione. Tut-tavia l’ottima qualità del prodotto da sola non risulta sufficiente. Infatti in moltissimi prodotti industriali per poter aver successo sul mercato è necessario unire alle prestazioni del prodotto anche un design innovativo che permetta di rendere appetibile l’oggetto. Questo fatto risulta spesso una sfida, poiché sovente l’esperto di design e l’esperto di materiali e tecnologie non coincidono nella stessa persona ed inoltre parlano spesso linguaggi differenti. Per riuscire ad essere vin-centi risulta necessario offrire un prodotto con la più ele-vata qualità, le migliori prestazioni ma anche un aspetto accattivante. Riuscire a creare un’identificazione della propria produzione permette di acquisire e mantenere una leadership sul mercato. Risulta quindi indispensabile in una produzione in-dustriale far compenetrare le più alte conoscenze nel campo dei materiali e delle tecnologie con un design d’avanguardia. In quest’ottica si colloca il secondo “Te-chnology Workshop” dal titolo “ Materiali e design: in-tegrazione vincente!” (“Materialien und Design: Quelle für Innovation”) organizzato dalla Libera Università di Bolzano - Freie Universität Bozen, con il patrocinio dell’Associazione degli Imprenditori della Provincia di Bolzano – Unternehmerverbandes Provinz Bozen. Questo evento dovrebbe essere l’occasione di incontro fra Aziende ed Università per scambiarsi idee ed opi-nioni. La giornata dovrebbe risultare di sicuro interesse per gli ingegneri dei materiali visto che la trattazione dei diversi materiali sarà vista con un’ottica a volte trascu-rata: un’attenzione particolare al design innovativo. A questa iniziativa parteciperanno il segretario del-l’Associazione Italiana Ingegneri dei Materiali, Stefano Rossi, come moderatore e organizzatore e che presente-rà una memoria sull’utilizzo dei diversi rivestimenti al fine di modificare le proprietà superficiali di un compo-nente industriale sia per migliorare la durabilità sia per migliorare l’aspetto estetico. L’incontro è fissato per il 30 marzo 2006 presso la Li-bera Università di Bolzano (piazza Sernesi 1, Bolzano) ad ore 9.00. Ulteriori informazioni e la scaletta della giornata sono riportate nella brochure e si possono ottenere contattan-do la Segreteria del Corso di Laurea in Ingegneria della Libera Università di Bolzano.

PROGRAMMA

9.00 h DOMINIK MATT Begrüßung des Studiengangsleiters Saluto del responsabile del corso

CHRISTOF OBERRAUCHBegrüßung des Präsidenten des UNTERNEHMER-VERBANDESSaluto del Presidente dell’ASSOIMPRENDITORI

9.20 h STEFANO ROSSII rivestimenti dei materiali: estetica o/e protezione della corrosione?

9.40 h EWALD EDER Materialien und Design für Beschlagssysteme: HOP-PE-Griffe

10.10 h ALBERT ÜBERBACHERDie Trends der Holzverarbeitung um den Markt zu-rückzuerobern ALEX TERZARIOLIl legno e il design

10.40 h Coffee break

11.00 h ALESSANDRO FESTIIl design e l’industria ceramica: una potente sinergia

11.30 h MICHAEL J. PURZERMaterialspiele – Architektur auf der Suche nach Inno-vation? Vision und Wirklichkeit im Hochbau

12.00 h Diskussion Discussione

12.30 h Buffet

Bitte bestätigen Sie Ihre Teilnahme innerhalb Freitag, 22.04.2006

per e-mail oder per faxSi prega di confermare la propria partecipazione entro

venerdì 22.04.2006 via posta elettronica o via faxFax 0471 013909 - e-mail: [email protected]

30.03.2006 - 9:00 - 12:30 hBozen, Sernesistrasse 1 - HÖRSAAL D102

Bolzano, via Sernesi 1 - AULA E221 In Zusammenarbeit mit In collaborazione con UNTERNEHMERVEAND ASSOIMPRENDITORI SÜDTIROL ALTO ADIGE


Scheda Tecnica

NUOVI MATERIALI PER L’ IMPIEGO DI IDROGENONELL’ AUTOTRAZIONE

Paolo Mosaner

Dipartimento di FisicaUniversità di Trento

L’idrogeno si affaccia sul panorama scientifico e tecnologico in modo sem-pre più marcato: esso si presen-ta come “vettore energetico” in numerose applicazioni civili ed industriali. Si sottolinea il fatto che l’idrogeno, non presente in

Mercedes Classe A a celle a combustibile (fonte: Ballard)

Autobus a celle a combustibile (fonte: Ballard)

natura nel suo stato fondamenta-le, deve essere prodotto (con un certo dispendio di energia) e non rientra quindi in quelle che si de-finiscono “fonti energetiche”. Di

qui il termine “vettore” che in-dica la possibilità di immagaz-zinare, conservare ed usare al momento opportuno l’energia necessaria. Come vettore ener-getico l’idrogeno offre vantaggi e svantaggi che sono oggetto di diverse e contrastanti opinioni,

no, con particolare attenzione al settore dei trasporti. In breve esistono due modi di utilizzare l’idrogeno come “car-burante” per autoveicoli. Un primo modo prevede il suo uti-lizzo in motori a combustione diretta, mentre un’altra possibi-lità (quella di gran lunga più ap-

plicata) prevede l’uso di idrogeno nelle cosiddette fuel cell che, at-traverso la com-binazione di idro-geno e ossigeno, producono ener-gia elettrica per alimentare poi un motore elettrico.

Nascono inevitabilmente molte sfide tecniche per lo sviluppo di una tecnologia efficiente ed affi-dabile, basata sull’impiego del-l’idrogeno. Una di queste è l’im-magazzinamento. Attualmente le tecniche usate sono sostanzialmente due:i) serbatoi criogenici;ii) serbatoi in pressione.Per quanto concerne la prima soluzione, la liquefazione ed il mantenimento comportano spe-se energetiche (e quindi esbor-si economici) non sempre ac-cettabili nella comune pratica automobilistica; questo fa pro-pendere per la seconda modali-

ma una cosa è cer-ta: esso è comun-que una delle pos-sibili alternative nel modo di stoc-care, trasportare ed utilizzare l’energia. Naturalmente uno dei settori più stra-tegici e delicati è quello dei trasporti.

Nel seguito, lungi dal pensare di poter fornire un quadro esausti-vo sul tema “idrogeno”, si farà accenno a due problematiche fondamentali, purificazione ed immagazzinamento dell’idroge-


Scheda Tecnica

xMHHxM �� 22

�� OHxMHexOHxM x222

2

2224 42 HNaBOOHNaBH ��

tà di immagazzinamento. In tal senso, l’uso di acciaio, classica-mente consolidato, ma pesante, ha ceduto il posto all’impiego di materiali più leggeri, quali com-positi basati su tessuti di fibra di carbonio accoppiati con al-luminio come rivestimento in-terno del serbatoio. Un’interes-sante alternativa sembra essere rappresentata dagli idruri solidi, ossia materiali in grado di assor-bire idrogeno e legarsi chimica-mente ad esso. Le richieste per sistemi di accumulo a idruro so-lido sino riassumibili di seguito:- efficienze volumetrica e gra-

vimetrica elevate;- assorbimento rapido e desor-

bimento controllato;- pressione di rifornimento

modesta;- pressione di equilibrio bassa;- stabilità al ciclaggio;- sicurezza (anche in caso di

rottura serbatoio).L’idrogenazione di un metallo è una vera e propria reazione chimica che trasforma il compo-nente metallico in idruro, com-posto chimico ben definito dalle proprietà specifiche che in op-portune condizioni ritorna alla fase metallica liberando l’idro-geno ad esso legato: tale fase è chiamata fase di desorbimento. Le due reazioni riportate di se-guito rappresentano i passaggi tra metallo ed idruro rispettiva-mente in condizioni a secco ed in ambiente umido.

Da un punto di vista tecnologico sono di fondamentale importan-za la temperatura e la pressione di desorbimento che dovrebbero essere prossime alle condizioni ambiente (0-100 °C e 1-10 atm). Per ottenere sistemi metallo-idruro opportunamente utiliz-zabili notevoli sperimentazioni sono in corso; la maggior parte degli elementi metallici non pre-senta condizioni di desorbimen-to favorevoli, per cui si sono sviluppate numerose famiglie di sistemi binari e ternari che pre-sentano condizioni di utilizzo realmente favorevoli. Di ovvio interesse, per il suo bassissimo peso specifico, è il magnesio ed i relativi sistemi metallici (per esempio Mg-Ni). Un’altra possibilità di stoccag-gio dell’idrogeno è rappresenta-ta dai cosiddetti “idruri chimici” di cui costituisce un esempio il sodioboroidruro (NaBH4). La reazione catalizzata di libera-zione di idrogeno è riportata di seguito.

Si ravvisano, poi, alcuni van-taggi interessanti: il composto è stabile; la reazione è estrema-mente controllabile; lo sviluppo di idrogeno è direttamente pro-porzionale all’area di catalizza-tore esposto; 1’efficienza della reazione è elevata (si sfrutta tan-to l’idrogeno del sodioboroidru-ro, quanto quello dell’acqua). Accanto a tali punti di forza, si possono evidenziare anche al-cuni punti deboli: prima di tutto il sodioboroidruro è poco com-merciale e molto costoso ed, in secondo luogo, il sottoprodotto

di reazione è solido e di difficile smaltimento, nonché faticoso da riconvertire. Un ulteriore campo di ricerca e di sperimentazione è quello relativo alla purificazione ed al filtraggio dell’idrogeno, poiché le più comuni tipologie di fuel cell devono essere ali-mentate con idrogeno puro per il rischio di avvelenamento di al-cuni componenti fondamentali. Infatti nelle fuel cell gli elettro-di sono rivestiti di catalizzatori per la dissociazione dell’idro-geno e tali catalizzatori verreb-bero gravemente compromessi se fossero esposti a gas quali il monossido di carbonio (CO) o l’anidride carbonica (CO

2). I gas

residui che inquinano l’idrogeno (tipici dei processi di reforming) vanno ad intasare i siti attivi dei catalizzatori rendendoli inuti-lizzabili. Sono quindi necessrie opportune operazioni di purifi-cazione che avvengono preva-lentemente per filtraggio. Nasce l’esigenza di opportuni materiali che possano agire da filtri per l’idrogeno. Parlando in genera-le di membrane, si definiscono immediatamente due concetti fondamentali: la permeabilità e la selettività. Si intende per per-meabilità di una barriera la pro-prietà di lasciarsi attraversare da elevati flussi di gas, mentre si intende per selettività di una barriera la proprietà di filtrare molecole ben specifiche e resti-tuire in uscita quindi una misce-la di elevata purezza, ripulita da quei componenti indesiderati. L’obiettivo pratico sarebbe ov-viamente quello di ottenere bar-riere ad alta selettività e ad alta permeabilità. Ma, se per la per-


Scheda Tecnica

meabilità è possibile sopperire con soluzioni ad alta area filtran-te, per la selettività è necessario ricorrere alla messa a punto di materiali ben specifici. Per de-scrivere brevemente il fenome-no del filtraggio si possono in-dividuare i regimi fondamentali, in funzione dei “volumi vuoto” attraverso i quali un gas permea attraverso un solido. Per pori di grandi dimensioni la separazione avviene poiché si instaura flusso in regime viscoso: un gas più viscoso avrà maggior difficol-tà ad attraversare la membrana. Diminuendo la dimensione dei pori si passa al regime di Knud-sen, nel quale si ha separazione delle componenti gassose per differenza in peso molecolare: componenti più leggere saranno maggiormente favorite rispetto a componenti più pesanti. Per dimensioni dei pori sufficien-temente piccole si ha effetto di setaccio molecolare, nel quale si ha separazione poiché è con-sentito il passaggio solamente delle molecole più piccole. Nel caso finale di assenza di pori si avrebbe meccanismo di solu-zione-diffusione, nel quale si ha assorbimento selettivo sulla su-perficie e diffusione attraverso il bulk solo di specie gassose sele-zionate. Esistono varie tipologie di membrane, da quelle porose a quelle dense. Un materiale sto-ricamente molto utilizzato per il filtraggio dell’idrogeno è il palladio. Il reticolo del palladio presenta la proprietà di diffon-dere selettivamente l’idrogeno (Thomas Graham, 1886); tale caratteristica ha reso il palladio un materiale storicamente insu-perabile per la fabbricazione di

filtri massivi. Il meccanismo di attraversamento di uno strato di palladio comprende le seguenti fasi: adsorbimento, dissociazio-ne, ionizzazione, diffusione, ri-combinazione. Esistono anche altri materiali con proprietà ana-loghe: zirconio, niobio, vanadio, tantalio. Tuttavia tali materiali sono più facilmente soggetti ad ossidazione rispetto al palladio e ciò inibisce le fasi di adsorbi-mento e di dissociazione. In ge-nerale, poi, bisogna anche tene-re conto dell’infragilimento da idrogeno. Infatti il passaggio di atomi di idrogeno comporta un allungamento ed una ridisten-sione dei legami atomici nel pal-ladio che causano, con il passare del tempo, fenomeni di infragi-limento. Per limitare il proble-ma si può utilizzare un campo di funzionamento oltre i 300°C. Un’altra strada percorribile è quella di mettere in soluzione solida nel palladio una certa per-centuale di elementi del gruppo 1b della tavola periodica (tipica-mente argento): così facendo si allarga il reticolo cristallino in modo sufficiente da permettere il passaggio di idrogeno a tem-peratura ambiente senza perico-lose distorsioni reticolari.Soluzione molto interessante è quella di creare oggetti multi-layer, dove si mettono in serie volumi porosi con volumi “den-si” sottoforma di film sottili. Un esempio può essere il rivesti-mento di strati spessi (dell’or-dine del millimetro) di acciai porosi con film sottili (poche centinaia di nanometri) di lega di palladio-argento: il film agi-sce da selettore in pochi strati atomici e, successivamente, il

substrato poroso garantisce alta permeabilità e quindi alti flussi di gas purificato. Esistono diver-se tecniche idonee per la depo-sizione di tali film sui substrati selezionati, dalle convenzionali Physical Vapor Deposition alle tecniche più particolari quali la Pulsed Laser Deposition. Anche in questo caso i problemi con-cernenti i materiali e le superfici sono da non trascurare: bisogna infatti depositare un film su un substrato inizialmente poroso. Esiste la possibilità di riempi-re la porosità di superficie con materiali polimerici che forni-scono una superficie liscia per la successiva deposizione del film metallico; si può invece “chiu-dere” la porosità di superficie mediante lappatura meccanica (per chiudere i pori grandi), di-stensione termica e rifusione la-ser (per la chiusura dei pori più piccoli).

Per informazioni più approfon-dite relativamente alle mem-brane selettive si rimanda alla scheda tecnica “MEMBRANE SELETTIVE PER IDROGE-NO AD ALTA PUREZZA” di Barbara Patton pubblicato su MATERIALI E INGEGNE-RIA, anno 12 numero 2.In conclusione si può certo af-fermare che ogni segmento della cosiddetta “filiera dell’idroge-no”, dalla produzione all’utiliz-zo, coinvolge una serie di stimo-lanti sfide per l’ingegneria che passano quasi sempre attraverso la messa a punto di nuovi mate-riali e nuove soluzioni d’impie-go.

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Rottura fibre rottura matrice rottura matrice

con resina con con re-sina con il 4% di allungamento il 2% di allunga alla rottura mento alla rottura

Risultato: Il contenuto di vetro ottimale per una

resistenza scoppio e resistenza al trasudamento di un crossply

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Rottura matrice con resina con il 2% di allungamento a rottura

Resistenza scoppio e resistenza al trasudamento di un crossplay

Scheda Tecnica

AVVOLGIMENTO DI FIBRE CON MATRICE TERMOINDURENTE Elmer Pfl etschinger

INTRODUZIONE

L’avvolgimento di fibre di ve-tro con matrice termoindurente, resina poliestere o resina epossi-dica, è una tecnologia di elevata produttività, con costi di materie prime bassi e capace di fornire manufatti di elevate prestazioni. Si può arrivare a produrre 500 kg per uomo e all’ora. Il roving di fibra di vetro permette resi-stenze meccaniche fino ad oltre 1 GPa. Il MPa di resistenza nella fibra di vetro costa meno che in qualsiasi altro materiale, acciaio compreso. Questo potenziale è in gran par-te inutilizzato.

COME MIGLIORARE L’AVVOLGIMENTO

Analisi dei problemiTubi a pressione prodotti con la tecnologia dell’avvolgimento vengono progettati per una de-terminata pressione di scoppio. Per l’esercizio dei tubi invece è determinante la “pressione di trasudamento”, cioè la pressio-ne alla quale si verificano rot-ture della matrice, senza rotture delle fibre. La pressione di tra-sudamento dei tubi dipende da fattori di processo che non sono efficacemente sotto controllo. Questo problema viene superato con l’applicazione di elevatissi-mi fattori di sicurezza – fino a 12. Con questi fattori di sicurez-

za però si perde la concorrenzia-lità.

Il contenuto di fibre di vetro sbagliato In una laminato a fibre incrocia-te sottoposto a uno stress bidire-zionale – il caso del tubo a pres-sione – la matrice è soggetta a deformazioni superiori a quelle del laminato intero. Questo vie-ne espresso con un fattore di au-mento di deformazione, calcola-bile con un modello geometrico semplice. Questo fattore dipen-

de dal contenuto di fibre del la-minato. Più è alto il contenuto di fibre, maggiore è l’aumento di deformazione nella matrice.

Conoscendo la deformazione nella matrice, si può calcolare lo stress nel laminato che porta alla rottura della matrice. Il diagram-ma in fig. 1 mostra il risultato di tale calcolo.Risultato: il contenuto di vetro ottimale per una struttura incro-ciata è intorno al 50% di fibra di vetro in peso.I processi di avvolgimento in uso invece producono laminati con contenuti di vetro intorno al 70%.Le bobine di roving di vetro

vengono usate con “pull off” in-terno invece di essere srotolate d all’esterno.L’immagine in fig. 2 mostra il

(fig 1)


(fig 3)

(fig 2)

Scheda Tecnica

roving applicato don un pro-cesso di “dry winding” con un pull-off interno. I roving sono attorcigliati e non si possono espandere a formare un nastro omogeneo. La distribuzione del-le fibre all’interno del laminato è fortemente irregolare.

Il contenuto di fibre di vetro ottimale in avvolgimenti pura-mente circonferenzialiIl meccanismo di rottura del-la matrice in una struttura a fi-bre incrociate non è presente in strutture unidirezionale con sollecitazione puramente in di-rezione delle fibre. La conclu-sione sarebbe che il contenuto di fibre può essere più alto. Eppure anche in questo tipo di struttura e sollecitazione esiste un mec-canismo di rottura della matrice che mette in crisi laminati con contenuti alti di fibre.L’immagine in fig. 3 mostra un laminato unidirezionale sotto flessione. Al centro del laminato appare una rottura della matrice parallela alle fibre di vetro sul lato del laminato che è esposta a trazione (fig. 4). La causa di questa rottura è l’effetto Pois-son. Il laminato esposto a tra-zione diventerebbe più stretto, se potesse. Il rapporto tra i vari moduli del laminato impedisce di fatto questo tipo di deforma-zione – che sarebbe a “sella”.Invece delle deformazioni tro-viamo un tensionamento tra-sversale nel laminato che porta alla rottura della resina. Da una trattazione matematica di questo fenomeno si ottiene il risultato:

(fig. 4)


(fig. 5)

(fig. 6)

(fig. 7)

Scheda Tecnica

Il contenuto di fibre di vetro in peso in un laminato unidirezio-nale esposto a flessione in dire-zione delle fibre (tipo balestra) non deve superare il 62%.

Richieste alla ricercaI processi di avvolgimento per fibre di vetro oggi in uso pro-ducono manufatti con contenuti di fibre di vetro intorno al 70% in peso. Questi contenuti di fi-bre sono troppo alti e costringo-no all’applicazione di fattori di sicurezza molto alti e antieco-nomici. Occorre sviluppare la tecnologia di avvolgimento per ottenere in maniera affidabile contenuti di fibre in peso sotto il 52% in strutture incrociate e sotto il 62% in strutture unidire-zionali.

Espandere le applicazioniL’avvolgimento di fibra di ve-tro con matrice termoinduren-te, specialmente con matrice epossidica, è idoneo per creare strutture con un rapporto peso – prestazioni non raggiungibi-le con altri materiali e permette di produrre queste strutture in maniera efficace ed economica-mente valida.

Esempio: una trave per gran-di campate (brevetto deposita-to):Con l’avvolgimento si produce un tubo triangolare. Le pareti sono bombate allo scopo creare un laminato compatto con l’av-volgimento (fig. 5).Il tubo triangolare, prodotto con avvolgimento circonferenziale, viene sezionato (fig. 6).


I triangoli vengono assemblati con laminati unidirezionali piani e con strutture grecate, prodotte con RTM o latri modi di stampaggio. L’assemblaggio avviene con incollaggio (fig. 7 e fig. 8).

(fig. 8)

(fig. 9)

Esempio per l’applicazione di questo tipo di trave: Copertura mobile per l’Arena di Verona. Una tela sospe-sa con travi in composito (fig. 9).

Scheda Tecnica


Il serbatoio di espansione è quel componente del circuito di raffreddamento della vet-tura di cui periodicamente dob-biamo (o dovremmo) ricordarci per verificare il livello del liqui-do (normalmente composto da acqua e glicole etilenico misce-lati al 50%) nel circuito. Come si può immediatamente capire l’affidabilità di questo compo-nente deve essere totale; perdite anche limitate, infatti, potreb-bero danneggiare gravemente le componenti meccaniche che necessitano di un corretto raf-freddamento per mantenere li-velli di temperatura compatibili con le temperature sopportabili in esercizio dai materiali con cui sono realizzate. Normalmente il serbatoio di espansione è posi-zionato nella parte più alta del circuito di raffreddamento ed è riempito solo parzialmente di liquido. La parte superiore è in-vece lasciata libera ma separata comunque dall’ambiente esterno mediante un tappo con una o più valvole di sicurezza. All’interno del serbatoio c’è poi un senso-re di livello (sensore di Reed o sensore ad effetto capacitivo) che mette in guardia l’automo-bilista da un livello di liquido troppo basso.La funzione del serbatoio di espansione, tuttavia, non è solo

Il serbatoio di espansioneMateriali e tecnologie per aumentarne le prestazioni

Fabrizio Chini

Roechling Automotive

Serbatoio di espansione con liquido di raffreddamento

quella più evidente di conteni-tore e riserva del liquido di raf-freddamento; ve ne sono altre non meno importanti ma, forse, meno note all’utilizzatore finale dell’autovettura.È curioso notare come, conside-rando il nome di questo compo-nente in tre diverse lingue, tede-sco, italiano e inglese, vengano messe in evidenza tutte le prin-cipali funzioni del serbatoio, una per ogni lingua.In lingua tedesca, infatti, la deno-minazione è “Ausgleichsbehäl-ter” e cioè “serbatoio di com-pensazione”, definizione che

mette in evidenza la funzione di riserva di liquido di raffredda-mento necessaria per il reintegro delle invitabili perdite che, nel tempo, occorrono soprattutto in corrispondenza dei giunti e at-traverso i manicotti del circuito di raffreddamento.In lingua italiana la denomina-zione “serbatoio di espansio-ne” si riferisce alla funzione di compensazione della variazione di volume del liquido di raf-freddamento che, in quanto in-comprimibile, ha bisogno di un “polmone” di aria che ne com-pensi la variazione di volume

Scheda Tecnica


passando dalla temperatura am-bientale a quella di esercizio (a seconda delle case e dei modelli di motore parte da oltre 100°C fino a 120-130°C). La presenza di una “sacca d’aria” nella parte superiore del serbatoio permette di mettere in pressione il circui-to di raffreddamento quando il liquido, espandendosi, aumenta di volume. La sovrapressione al-l’interno del circuito ha il bene-ficio di aumentare la temperatura di ebollizione del liquido. In que-sto modo è possibile innalzare le temperature di funzionamento del motore con vantaggi in ter-mini di rendimento del motore e in termini di riduzione dell’ele-mento radiante che permette di cedere il calore all’aria; vantaggi che, in ottica della riduzione dei consumi, delle emissioni e del sempre minore spazio disponibi-le nel sottocofano di una vettura, sono particolarmente “cari” ai costruttori di autovetture.Infine la denominazione in lin-gua inglese “de-gas bottle”-“contenitore di degasaggio” met-te in evidenza la funzione forse meno conosciuta che è quella di liberare il liquido da quelle bol-le d’aria che, inevitabilmente, vengono inglobate nelle zone in cui il moto del liquido assume il carattere di moto turbolento. Nonostante sia poco conosciuta, questa funzione ha un’enorme importanza; il gas inglobato, da un lato riduce lo scambio termi-co complessivo del fluido nel circuito portando gradualmente all’innalzamento delle tempera-ture di esercizio, dall’altro può portare al pericoloso fenome-

no della cavitazione nelle zone dove ci sono brusche variazioni di pressione (principalmente val-vole e pompa). Questa funzione viene garantita dallo studio dei flussi all’interno del serbatoio. Il moto del fluido viene mantenuto più possibile in campo lamina-re per evitare di inglobare ulte-riore gas mentre il fluido viene costretto a passare attraverso un numero variabile di camere al-l’interno del serbatoio dove, per effetto della spinta di Archimede e dell’inerzia, il gas si separa dal liquido e si accumula nella parte superiore del serbatoio occupata dall’aria. La capacità di degasaggio viene misurata nei laboratori Röchling Automotive Engineering me-diante una particolare strumen-tazione; semplificando al mas-simo, si impone una portata in transito nel serbatoio mediante una pompa, insufflando aria a monte dell’ingresso e misuran-do la velocità di abbattimento del gas inglobato nel liquido. Il “cuore” della strumentazione sta nell’analizzatore di immagi-ne che, attraverso una finestra trasparente inserita nel circuito, rileva le bolle di gas per contra-sto di colore con il liquido. Vi-sta la velocità con cui le bolle vengono trascinate dal liquido, la frequenza di campionamento dell’analizzatore deve necessa-riamente essere molto elevata. L’analizzatore è in grado di rile-vare sia il numero sia le dimen-sioni delle bolle di gas.Da molti anni ormai il serbatoio è un componente a sé stante rea-lizzato in materiale termoplasti-

co (generalmente polipropilene omo- o co-polimero o poliammi-de 66 rinforzati o meno con fibre di vetro) in due semi-gusci che vengono poi saldati con la tec-nologia della lama calda o della saldatura a vibrazione. La tecno-logia utilizzata per la produzione dei semi-gusci è quella arcinota dello stampaggio per iniezione; sono state introdotte però delle soluzioni molto particolari a li-vello dello stampo per permet-tere l’integrazione di elementi quali la filettatura necessaria per avvitare il tappo di sicurezza, i tubetti di raccordo per la connes-sione con i manicotti del circuito di raffreddamento e i fori di pas-saggio tra le camere di degasag-gio del serbatoio.Dal momento che, come si è già accennato, le condizioni di funzionamento del serbatoio di espansione dipendono fortemen-te dalla casa costruttrice e dal motore sia per quanto riguarda le temperature in gioco sia per quanto riguarda le pressioni, ogni serbatoio nasce in modo dedica-to e specifico per l’applicazione cui è destinato. Sarebbe possibile in linea teorica progettare e rea-lizzare un serbatoio “universale” (o comunque poche versioni con differenze limitate) in grado di soddisfare tutte le case ma, un componente concepito in questo modo, difficilmente troverebbe sbocchi sul mercato dal punto di vista commerciale. Uno dei mo-tivi è il seguente: dovendo ade-guarsi alle specifiche più severe, sarebbe sovradimensionato per tutte le altre applicazioni e quin-di poco competitivo dal punto

Scheda Tecnica


di vista del costo di produzione rispetto ad un componente dedi-cato. Altro fattore determinante è quello puramente geometrico/dimensionale: spesso il serba-toio, anche grazie alla versatilità dello stampaggio per iniezione, è uno degli ultimi elementi inseriti negli studi di lay-out del com-partimento vano motore e quindi deve adeguarsi ed occupare lo spazio lasciato libero da compo-nenti meccanici, elettrici ed elet-tronici dimensionalmente meno flessibili. Essendo un compo-nente a manutenzione-zero, l’af-fidabilità deve essere garantita per tutta la vita dell’autovettura, affidabilità sempre più messa in pericolo dalle recenti specifiche dei clienti.Il principale metodo di verifica dell’affidabilità di questo com-ponente è quello di un invec-chiamento accelerato mediante prove affinate nel corso degli anni e condivise con i costrutto-ri. Chiaramente non è pensabile da un punto di vista industriale sottoporre il componente allo stesso livello di stress che subi-sce nell’utilizzo quotidiano dal momento che ormai i livelli di durata richiesti sono nell’ordine dei 15 anni o 250.000 km. Per questo motivo le prove vengono accelerate imponendo parametri (principalmente temperatura e pressione) più gravosi in modo da verificare in tempi accetta-bili l’affidabilità del serbatoio (nell’ordine di poche centinaia di ore). Si è già parlato dei van-taggi di aumentare temperatura e pressione del liquido di raffred-

damento, motivo per cui tutte le case automobilistiche stanno andando in questa direzione. Il risultato è che, di recente, nelle prove accelerate si richiedono anche temperature oltre i 140°C e oltre i 2 bar di pressione rela-tiva. La conseguenza di questa corsa inarrestabile delle tempe-rature e delle pressioni è quella di mettere in grossa difficoltà i materiali classici con cui, fino ad oggi, sono stati prodotti questi componenti.Röchling Automotive, in qua-lità di leader in questo settore di mercato (più di 6 milioni di serbatoi di espansione prodot-ti, oltre la metà delle vetture assemblate in Europa montano serbatoi Röchling Automotive) deve essere pronta a futuri ul-teriori inasprimenti delle speci-fiche cercando di contenere al massimo i costi di produzione e di mantenere i livelli qualitativi attuali. È chiaro quindi come uno dei principali temi della Ricerca e Sviluppo dell’azienda sia stato quello di trovare alternative di materiale e tecnologie in grado di garantire maggiori prestazioni al componente.Dopo lunghe ricerche e contatti con fornitori, due strade prin-cipalmente hanno dato risultati sorprendenti che all’inizio del-

l’attività sembravano quasi im-possibili da raggiungere.La prima è stata quella dell’uti-lizzo di un nuovo materiale ter-moplastico conosciuto da diver-si anni ma quasi dimenticato a livello industriale: il polistirene sindiotattico. Al polistirene è associata l’idea di materiale po-vero ed economico adatto per la realizzazione di piatti e bicchieri di plastica monouso. Ciò è dovu-to al fatto che la sua forma più utilizzata a livello industriale è quella del polistirene atatti-co con disposizione casuale dei gruppi aromatici lungo la catena polimerica. L’ingombro sterico dei gruppi aromatici disposti ca-sualmente lungo la macromole-cola non permette alle catene di disporsi in modo ordinato quan-do il materiale dallo stato fuso passa a quello solido; il risulta-to è che il materiale è comple-tamente amorfo cioè nemmeno una piccola parte delle catene polimeriche assumono uno sta-to cristallino. C’è tuttavia una variante del polistirene atattico che, mediante l’utilizzo di ca-talizzatori metalloceni in fase di polimerizzazione consente di raggiungere una disposizione dei gruppi aromatici perfettamente regolare (polistirene sindiotatti-co, SPS).

Polistirene atattico (PS)

Scheda Tecnica


Questa regolarità permette, in fase di solidificazione, di otte-nere una struttura parzialmente cristallina con un punto di fu-sione di 270°C contro gli 80-90°C di rammollimento della fase amorfa. La differenza di queste temperature fa pensa-re immediatamente ai vantaggi dal punto di vista termico che può dare il polistirene sindio-tattico. Questo si aggiunge alla tradizionale resistenza chimica del polistirene nei confronti di agenti chimici aggressivi come l’acqua e il glicole ad altissima temperatura (agenti che limi-tano molto al contrario le pre-stazioni della poliammide, uno dei classici materiali utilizzati per questa applicazione). In più questo materiale ha un aggravio di costo per l’acquisto della ma-teria prima relativamente limi-tato (ad oggi circa +30÷40% ri-spetto alla poliammide 6,6) con vantaggi per quanto riguarda la densità (inferiore di circa il 10% rispetto alla poliammide 6,6) e le temperature di trasformazione nel processo di stampaggio per iniezione, fattori che compen-sano parzialmente l’aggravio di costo dovuto al maggior prezzo di acquisto della materia prima.Inoltre questo materiale non ne-

Polistirene sindiotattico (SPS)

cessita di partico-lari accorgimenti né nel processo di stampaggio per iniezione né in quello di salda-tura se non di

normali ed inevitabili aggiusta-menti dei parametri di processo. Quest’ultimo aspetto è garanzia del mantenimento dell’elevato know-how aziendale e livello qualitativo unito ad investimen-ti in nuove tecnologie pressoché nulli.Il risultato del cambio del mate-riale sulla prestazione del com-ponente è notevole: a parità di geometria si ottiene oltre il dop-pio della durata secondo le spe-cifiche più severe.Questo risultato significa prin-cipalmente due cose: nel caso di specifiche non critiche posso permettermi di sottodimensiona-re il serbatoio con spessori di pa-rete e profili di saldatura ridotti che permettono risparmi di ma-teriale e riduzioni dimensionali del componente, nel caso di spe-cifiche critiche significa garanti-re un’affidabilità altrimenti non raggiungibile.La seconda strada scelta rap-presenta un compromesso tra modifiche di materiale e di tec-nologia. L’idea è stata quella di “nobilitare” un materiale stan-dard o con limitate modifiche con una tecnologia utilizzata so-prattutto per la reticolazione di resine e gomme: la reticolazione per irraggiamento.L’irraggiamento del materiale con radiazioni β o γ di oppor-

tuna energia e in un’opportuna dose scinde alcuni legami in-tra-molecolari; in tal modo si attivano dei siti sulla molecola (di tipo radicalico) che possono ricombinarsi con siti sulle mo-lecole adiacenti creando legami covalenti (quindi forti) inter-molecolari. Il segreto è quello di tarare l’energia incidente sul materiale in modo da rende-re selettiva la radiazione e cioè scindere i legami laterali della catena riducendo al minimo le scissioni di catena. Se il proces-so è condotto in modo ottimale, si avrà alla fine un materiale a più elevato peso molecolare in quanto si sono creati legami tra macromolecole che prima erano separate; inoltre, il materiale, da termoplastico diventa quasi ter-moindurente eliminando di fatto la temperatura di fusione che in questo modo diventa più un tem-peratura di transizione in cui le proprietà meccaniche decadono sì ma non si annullano.Allo stesso modo aumenta la re-sistenza chimica in quanto ora vi sono legami covalenti inter-mo-lecolari, in luogo delle deboli in-terazioni esistenti in precedenza. Il materiale standard per la rea-lizzazione di serbatoi (poliam-mide 6,6) non può essere tutta-via reticolato tal quale in quanto servirebbe troppa energia per il trattamento che diventerebbe quindi insostenibile dal punto di vista dei costi; inoltre il livello di energia richiesto rendereb-be fortemente competitiva la scissione di catena rispetto alla creazione di radicali. Per questo

Scheda Tecnica


La reticolazione per irraggiamento

motivo si rende necessaria una modifica introdotta in fase di compounding del materiale. In questa fase, obbligatoria per la realizzazione di un qualsiasi ma-teriale termoplastico, vengono normalmente aggiunti pigmenti, stabilizzanti, agenti modificanti. Nel caso del materiale da reti-colazione si aggiunge anche un “promotore di reticolazione” che altro non è che una sostanza or-ganica con struttura molecolare ad anello che porta alcuni (alme-no tre) gruppi funzionali con un doppio legame a bassa energia di scissione. A temperatura am-biente questa sostanza è in fase liquida quindi si può facilmente

disperdere in modo omogeneo nella matrice di materiale poli-merico in fase di compounding.Dopo questa limitata modifica del materiale si può procede-re con il normale processo di stampaggio per iniezione del serbatoio e successiva saldatura. In questo caso non è necessaria nessuna modifica del processo dal momento che l’agente pro-motore è presente in quantità così limitata che non influenza le caratteristiche reologiche del materiale.Come ultima fase di “nobilita-zione” si passa alla reticolazione del componente completo; vista l’elevata energia della radiazio-

ne incidente si possono trattare contemporaneamente più serba-toi sovrapposti e addirittura già imballati e pronti per la spedi-zione con un notevole abbatti-mento dei costi di reticolazione.La radiazione incidente non fa altro che scindere i doppi legami dell’agente promotore di retico-lazione che si legheranno con i siti che si formano lungo la cate-na polimerica unendo due o più catene tra di loro in funzione del numero di doppi legami presenti attorno all’anello e in funzione di quanti siti attivi si troveranno in vicinanza della molecola del promotore.Il trattamento di tipo β viene realizzato da alcune aziende specializzate dotate di un acce-leratore elettronico (5-10 MeV di potenza) con un’opportuna ottica che permette di far colli-mare il fascio e che permette di movimentarlo lungo due assi in modo da effettuare una scansio-ne dell’imballaggio contenente i pezzi da trattare.Il trattamento di tipo γ, meno uti-lizzato per questioni ambientali, necessita invece di una debole sorgente radioattiva in Co60.I risultati di questo trattamen-to su un serbatoio reale, seppur meno eclatanti rispetto all’utiliz-zo dell’SPS, mostrano comun-que un significativo aumento della durata di almeno il 40%.

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Scheda Tecnica


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Nolaureati in Ingegneria dei Materiali a Trento

28-10-2004

BOVOLO IGOR Studio della lavorabilità a caldo della superlega base nichel “ Wa-spaloy”.

DALL’ARA MARTINA Possibili applicazioni commerciali di un vetro ottenuto per vetrifi ca-zione di ceneri da termodistruzio-ne di rifi uti.

FILIPPINI OSCAR Tecniche di produzione dell’elet-trolita nelle SOFC.

GIACOMETTI ALESSIO Studio mediante analisi termica della sinterizzazione delle leghe Fe-Mo-Ni-C ottenute con polveri parzialmente prelegate o misce-late.

GOTTARDINI ANDREA Espamsi inorganici per calce-struzzi alleggeriti ottenuti da ma-teriali di scarto.

SPONCHIADO WILLIAM Colorazioni dovute all’oro in vetri Na2O-R2O-SiO2.

STENICO MICHELE Protezione di profi lati di alluminio A.A. 6060 mediante verniciatura a polveri: relazione fra modalità e meccanismi di degrado.

ZENDRON MARIANNA Studio di matrici alternative al co-balto per la produzione di utensili diamanti.

26-01-2005

BUSATTO ALBERTA Sinterizzazione in vuoto di acciai inossidabili austenitici ad alto te-nore di carbonio.

CAGOL PAOLO Sistemi ABS per motocicli: stato dell’arte e simulazioni preliminari di logiche di controllo integrate in un modello multibody.

GIRARDI FABRIZIO Sviluppo di nuovi coating via sol-gel su alluminio per promuovere l’adesione di rivestimenti organici.

LONARDELLI IVAN Tessitura ed effetto memoria nel-le transizioni di fase di leghe Ti e Zr ed altri materiali.

MENEGHINI CLAUDIO Preparazione e caratterizzazione di elettrodepositi composti con-tententi nanoparticelle di SiC re-sistenti per corrosioni ed usura.

SCALET ALESSANDRO Effetto della microstruttura sul comportamento a fatica termica di acciai rapidi.

30-03-2005

CRISTELLI IVAN Tenacizzazione di laminati com-positi mediante ottimizzazione dell’adesione interlaminare.

DEGASPERI FABIO Sicurezza delle funi in acciaio per funivie.

GIRARDI CHRISTIAN Composti a base di polietilene e nanocariche conduttive.

MACCACARO ANDREA Tessitura e trasformazioni di fase in leghe a memoria di forma Ni-Ti.

MAINES GUIDO Aspetti microstrutturali di un di-spositivo a memoria di forma in lega Ni-Ti.

MARCHEL ANDREA Comportamento termo-mecca-nico del polistirene antiurto per l’industria frigorifera.

MAZZANTI MAURO Comportamento a strisciamento di leghe NiTi contro WC-Co.

BLANDI ROBERTO Studio del comportamento a cor-rosione di acciai patinabili verni-ciati.

CARPENTIERO LUIGI Produzione di dispositivi elettro-nici mediante il metodo sol-gel.

CELVA MARZIA Caratterizzazione di ricoprimenti di leghe auree ottenuti con pro-cessi di rodiatura.

GATTO ANTONIO Analisi teorico-numerica di un sistema di refrigerazione per tra-spirazione di turbina a gas.

LORA CARLO MARIA Effetto del trattamento criogenico sulle proprietà di acciai rapidi e super rapidi.

PAIAR TOMMASO MARIA Produzione e caratterizzazione di polvere di acciaio rapido con-solidata con amido.

PIANO MARCO Tessuti non tessuti in polipropi-lene: caratterizzazione e studio comparato di spunbond nonwo-ven di produzione industriale.

TRIMELONI GIACOMO Studio del comportamento a fa-tica termica di acciai impiegati pewr la realizzazione di route ferroviarie e stampi per la pres-socolata.


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