Materiali compositi. Classificazione. Fase matrice-fase rinforzo. Compositi a fibre. Proprietà meccaniche dei compositi a fibre continue e a fibre corte. Compositi a matrice polimerica: caratteristiche, materiali e tecnologie di lavorazione. Compositi a matrice metallica e ceramica.
Vetroceramici.
Materiali, luce e colore. Proprietà ottiche dei materiali. Fibre ottiche.
Materiali intelligenti: a memoria di forma e cromogenici.
Materiali semiconduttori, luce e design: LED, OLED.
Contenuto del corso - Parte B
Il corso intende fornire i criteri di base per orientare la scelta verso materiali tradizionali o innovativi nel campo del design.
Vengono forniti i fondamenti del comportamento meccanico e delle trasmissione della luce, del calore e del suono.
Vengono trattati i materiali polimerici tradizionali ed innovativi, i materiali compositi di varia natura e le varie frontiere dei materiali innovativi, i materiali di origine biologica e quelli da recupero.
Testi consigliati:
W. D. Callister, D. G. Rethwisch, “Scienza e Ingegneria dei Materiali”, 4a ed., ed. EdiSES W. F. Smith, J. Ashemi, “Scienza e Tecnologia dei Materiali”, 5a ed., ed. McGraw-Hill
Testi di approfondimento su argomenti specifici:
D. R. Askeland, P. P. Fulay, W. J. Wright, “Scienza e tecnologia dei materiali”, ed. CittàStudi
AIMAT (a cura di), “Manuale dei materiali per l’Ingegneria”, ed. McGraw-Hill
J. F. Shackelford, “Scienza e ingegneria dei materiali”, ed. Prentice Hall
A. Cigada et al., “Materiali per il Design”, 2a ed., ed. C.E.A.
S. A. Salvi, “Plastica, tecnologia, design”, Ed. Hoepli
C. Badini, “Materiali compositi per l'ingegneria”, Ed. Celid
I. Crivelli Visconti, G. Caprino, A. Langella, “Materiali Compositi”, Ed. Hoepli
H. Saechtling, “Manuale delle Materie Plastiche”, ed. Tecniche Nuove
M. Ashby, K. Johnson, “Materiali e Design”, ed. C.E.A.
M. F. Ashby, “La scelta dei materiali nella progettazione industriale”, ed. C.E.A.
M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, “Materiali. Dalla scienza alla progettazione ingegneristica”, ed. C.E.A.
Material ConneXion, Inc (a cura di), “Materials Matter , Editrice Compositori
Material ConneXion, Inc (a cura di), “Materials Matter III”, Editrice Compositori
Material ConneXion, Inc (a cura di), “Materials Matter IV”, Editrice Compositori
• Dispense del docente disponibili on line (le slide delle lezioni saranno rese disponibili in anteprima all’inizio del corso ed in forma definitiva dopo lo svolgimento di ogni lezione)
• Barbara Del Curto, Claudia Marano, Maria Pia Pedeferri, “Materiali per il Design - Introduzione ai materiali e alle loro proprietà”, Seconda edizione, Casa Editrice Ambrosiana. 2015
• Marco Cardillo, Marinella Ferrara, “Materiali intelligenti, sensibili, interattivi”, Lupetti editore, 2008
• Marinella Ferrara, “Materiali e innovazione nel design”, Gangemi editore, 2004
• Maria-Beatrice Coltelli, Mauro Aglietto, “Riutilizzo dei materiali polimerici”, Edizioni Nuova Cultura, 2015
• Volumi Materials Matter, Materiali Connexion Italia
Obiettivi Formativi - Parte A
Il corso si propone di illustrare le caratteristiche e le proprietà fisico-chimiche
e meccaniche dei materiali compositi, le loro principali tecnologie di lavorazione per la produzione di manufatti e le caratteristiche di altri importanti materiali innovativi esistenti sul mercato. Il corso fornirà gli strumenti di base per progettare materiali compositi in funzione delle proprietà meccaniche richieste (modulo di elasticità, resistenza) in condizioni semplici di sollecitazione, e consentirà di selezionare i materiali innovativi e le tecnologie di fabbricazione più idonee per la produzione di un manufatto.
Obiettivi Formativi - Parte B
Consapevoli dell’impossibilità di trattare in maniera completamente esauriente il panorama dei nuovi materiali per il design, il corso intende fornire i criteri di base per orientare la scelta verso materiali tradizionali o innovativi nel campo del design. L’approccio alla disciplina è pertanto di tipo prestazionale, poiché per i vari materiali trattati vengono descritti e poste a confronto le principali proprietà fisiche, chimiche e le modalità di trasformazione e recupero a fine vita.
Vengono inoltre forniti i fondamenti del comportamento meccanico e delle trasmissione della luce, del calore e del suono, per consentire una scelta di materiali tradizionali ed innovativi che sia basata sui criteri prestazionale oltre che su quelli funzionali ed estetici.
Ponendosi in continuità con il corso del primo semestre, nel corso vengono trattati i materiali polimerici tradizionali ed innovativi, i materiali compositi di varia natura e le varie frontiere dei materiali innovativi (materiali a cambiamento di forma, luminescenti, fotosensibili, fotovoltaici ecc.), i materiali di origine biologica ed i materiali da recupero.
Particolare attenzione verrà riservata ai materiali provenienti da recupero di prodotti giunti a fine vita, con intervento di esperti ed aziende specializzate nel settore del recupero.
Prerequisiti - Parte A
Conoscenza di base dei materiali. Conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali. Conoscenza dei materiali tradizionali: metalli, ceramici, polimeri. Conoscenze di base di chimica, fisica e matematica.
Prerequisiti - Parte B
Avere sostenuto l’esame di Scienza e Tecnologia dei Materiali
Metodi Didattici - Parte A
Lezioni ex-cathedra
Metodi Didattici - Parte B
Lezioni frontali on interventi di esperti ed aziende del settore dei materiali innovativi
Altre Informazioni - Parte A
I lucidi delle lezioni e altro materiale didattico verranno messi sulla pagina del Corso sul sito e-l.unifi.it
Altre Informazioni - Parte B
-
Modalità di verifica apprendimento - Parte A
Lo studente dovrà dimostrare di conoscere:
- le caratteristiche dei materiali compositi;
- i diversi materiali utilizzati nei materiali compositi;
- le tecnologie di lavorazione utilizzate per i materiali compositi;
- le caratteristiche degli altri materiali innovativi trattati durante il corso.
Lo studente dovrà anche dimostrare di saper risolvere un esercizio sulle proprietà fisiche (densità) e meccaniche dei compositi a fibra.
Modalità dell’esame durante l’emergenza COVID:
- ORALE. Si privilegia la modalità da remoto (on-line). Per problemi di connessione, si prega di contattare il docente con congruo anticipo.
Modalità d’esame in condizioni completamente normalizzate (esame SOLO in presenza):
- Prova scritta (tempo concesso: 1 h 30 min) consistente in 6 domande aperte, che prevedono una sintetica relazione, relative al programma svolto durante il corso, e un esercizio.
Per sostenere l'esame è richiesta l’iscrizione on-line sul sito web della didattica abilitato alla verbalizzazione elettronica.
Modalità di verifica apprendimento - Parte B
Esame finale orale e discussione di una ricerca svolta durante il corso
Programma del corso - Parte A
Richiami di Scienza dei Materiali. Classificazione dei materiali. Materiali ingegneristici convenzionali: metalli, ceramici, polimeri. Proprietà meccaniche dei materiali.
Materiali compositi. Classificazione. Compositi a fibra. Funzione della matrice e della fibra. Proprietà meccaniche dei compositi a fibre continue e a fibre corte. Modello isosforzo e isodeformazione, regola della miscela. Volume minimo di fibra, lunghezza di trasferimento di carico e lunghezza critica delle fibre. Compositi strutturali: pannelli sandwich, laminati. Compositi a matrice polimerica. Matrici termoindurenti e termoplastiche: produzione e proprietà. Fibre di vetro, carbonio, poliaramidiche: produzione e proprietà. Principali processi di fabbricazione (stampo aperto e stampo chiuso). Compositi a matrice metallica e a matrice ceramica.
Materiali innovativi. Vetroceramici.
Materiali, luce e colore: proprietà ottiche dei materiali. Riflessione e rifrazione. Riflessione totale. Fibre ottiche. Luminescenza. Il colore nei materiali. Colorazione per interferenza. Materiali intelligenti.
Materiali e colore: materiali cromogenici.
Materiali e forma: materiali a memoria di forma.
Materiali e rigidezza: plastiche non newtoniane.
Materiali semiconduttori, luce e design: LED, OLED e materiali per celle fotovoltaiche. Cenni su altri materiali innovativi.
Programma del corso - Parte B
Richiami di Scienza dei materiali
Richiami sulla natura dei materiali: i legami chimici; struttura cristallina, amorfa e semicristallina.
Il comportamento meccanico dei materiali.
L’equilibrio e le sollecitazioni nei corpi.
I materiali polimerici (natura, tipologie, processi di trasformazione) e le bioplastiche
I materiali polimerici nella storia.
L’uso dei materiali polimerici in Italia ed in Europa.
La struttura dei materiali polimerici e le loro proprietà termiche, elettriche ed ottiche.
Il comportamento meccanico dei polimeri.
I polimeri amorfi e la temperatura di transizione vetrosa.
I polimeri amorfi reticolati e non reticolati (termoplastici), le loro tipologie principali e loro proprietà.
Gli elastomeri e la vulcanizzazione.
I polimeri semicristallini: comportamento meccanico e proprietà.
Le miscele di polimeri.
I polimeri espansi, la loro struttura ed il loro comportamento meccanico e termico.
Le tecnologie di trasformazione degli espansi.
Le bioplastiche.
I materiali compositi, multistrato e le loro tecnologie di trasformazione
Natura dei materiali compositi.
I compositi a rinforzo fibroso ed il loro comportamento meccanico.
I pannelli multistrato strutturali e non strutturali.
I pannelli sandwich.
Le tecnologie di produzione dei materiali compositi: laminazione manuale, avvolgimento, pultrusione, stampaggio, spruzzatura.
I materiali da riciclo
L’analisi del ciclo di vita dei materiali (cenni).
La produzione e le caratteristiche dei rifiuti in Italia e le problematiche del riciclo dei rifiuti.
I rifiuti da imballaggi in plastica ed il loro riciclo.
Tipologie di imballaggi in plastica.
Tecnologie di trasformazione dei rifiuti in plastica.
Indicazioni per il design di oggetti in plastica ai fini del loro recupero.
I materiali da riciclo di veicoli e pneumatici a fine vita e di apparecchiature elettroniche.
I materiali da riciclo dei rifiuti cellulosici.
I materiali ed i componenti tradizionali ed innovativi per l’illuminazione
La natura della luce ed i suoi principali fenomeni (riflessione, rifrazione); il trasporto della luce con fibre ottiche.
Le grandezze illuminotecniche e la loro relazione; la visione; il colore della luce e l’indice di resa dei colori.
Le tipologie di sorgenti luminose: lampade a incandescenza, a scarica, LED, OLED.
Il progetto illuminotecnico degli interni.
Criteri per il progetto degli apparecchi illuminanti.
I materiali tradizionali ed innovativi per l’isolamento termico
Le modalità di scambio termico e le sue principali leggi
I materiali super isolanti ed a cambiamento di fase
Criteri per la scelta dei materiali isolanti termici in oggetti di uso.
I materiali tradizionali ed innovativi per la qualità acustica
La riverberazione sonora ed il suo controllo.
I materiali fonoassorbenti tradizionali ed innovativi.
Criteri per il progetto di oggetti e superfici fonoassorbenti.
I materiali innovativi funzionali ed intelligenti
I materiali a memoria di forma: leghe e polimeri a memoria di forma.
I materiali fotocromici, termocromici, elettrocromici; i cristalli liquidi.
I materiali fotoluminescenti e elettroluminescenti, gli OLED ed i Pholed.
Le fibre ottiche.
I fotovoltaici.
Altri materiali innovativi.