Tipologia dei Materiali 1: proprietà e comportamenti della materia

Proprietà e comportamenti della materia

Tipologia dei Materiali 1
2° lezione
Proprietà e comportamenti
della materia
Corso triennale in Product Design 1º anno
Docente Luca Prandoni
AA 2021/22
IEDProprietà dei materiali

In questa lezione affronteremo la fisica della materia.
Che cosa è? A cosa serve?
Come abbiamo detto, quando si progetta un oggetto, quando si incomincia ad ipotizzarlo è impensabile concepirlo
senza aver chiaro il materiale con cui produrlo.
La scelta del materiale è legata a molti fattori come ad esempio:

• Costo
• Percezione
• Finitura superficiale
• Prestazioni meccaniche
• Resistenza agli agenti atmosferici
• Lavorabilità, ovvero trasformazione del materiale attraverso uno specifico processo di lavorazioneProprietà dei materiali

Tutti i materiali possiedono delle caratteristiche o proprietà particolari che determinano la scelta a fronte di un impiego
specifico:

• La scelta di un materiale ignifugo in ambiente con possibile presenza di fiamma
• La scelta di un materiale resistente agli urti per paraurti di un'auto.
• La scelta di un materiale atossico per contenere alimentiProprietà dei materiali

Esempio: Progetto di stoviglie per bambini

Esempio:
Progetto di stoviglie per bambini
Ad esse sono richieste le seguenti caratteristiche
o user needs:

• Infrangibili
• Antiscivolo
• Lavabili in lavastoviglie
• Adatte al forno a microonde
• Atossiche
• LeggereProprietà dei materiali

Confronto materiali per stoviglie

Il designer, nella scelta materica, mette a confronto i materiali che potrebbero avere delle caratteristiche idonee.

Caratteristiche
Vetro
AISI301
PE
Infrangibili
no
si
si
Antiscivolo
no
no
si
Lavabili lavastoviglie
si
si
si
Utilizzabili in Forno a microonde
si
no
si
Atossiche
si
si
si
Leggere
no
no
si
A fronte di questa tabella comparativa, il designer nota che il PE è il materiale che risponde perfettamente alle
caratteristiche richieste.Proprietà dei materiali

@ 2012 Bricks'n'Space

Proprietà chimiche

Proprietà chimiche
La capacità di resistere a trasformazioni indotte da agenti esterni come:
l'Acqua, l'aria, le radiazioni solari, il calore, il freddo.
La capacità di interagire con altri materiali per produrre nuovi materiali.
La capacità di entrare in contatto con acidi o solventi.

Proprietà fisiche

Proprietà fisiche
Le proprietà fisiche descrivono le caratteristiche di comportamento del materiale in
relazione a diversi agenti esterni come:
Energia termica, forza gravitazionale, temperatura di fusione, massa volumica, dilatazione
termica e capacità termica.

Proprietà meccaniche

Proprietà meccaniche
Le proprietà meccaniche descrivono la capacità del materiale a resistere alle azioni
provocate da forze esterne quali:
Pressione, trazione, flessione, compressione, taglio, urti, resilienza, resistenza a fatica, durezza
e resistenza all'usura.

Proprietà tecnologiche

Proprietà tecnologiche
Le proprietà tecnologiche rappresentano l'attitudine del materiale a essere trasformato
mediante lavorazione: fusibilità, saldabilità, duttilità, plasticità.Proprietà chimiche

Resistenza a trasformazioni indotte da agenti esterni

La capacità di resistere a trasformazioni indotte da agenti esterni

Caratteristiche delle proprietà chimiche

Proprietà chimiche

• Resistenza agli agenti chimici e atmosferici
• Resistenza alla corrosione
• Tossicità
• Interazione con altri materialiProprietà chimiche

Resistenza agli agenti chimici ed atmosferici

Resistenza agli agenti chimici ed atmosferici.
Tutti i materiali possono subire alterazioni a contatto con sostanze chimiche quali:
Grassi, olii, idrocarburi, acidi, solventi, carburanti.
Gli impianti di scarico degli edifici sono realizzati in PVC
(PoliVinilCloruro) o PP (Polipropilene).
Queste due materie plastiche sono ideali perché sopportano quasi
qualsiasi sostanza senza rovinarsi:
acido solforico, soda caustica, ipoclorito di sodio (Idraulico Liquido).
Le batterie per auto contengono acido solforico e sono costruite
in PP (Polipropilene).

GRÜNTEK
60
AH
60
GRÜNTEK
12V-520A (EN1)
SENZA MAWITT MESIProprietà chimiche

Resistenza agli agenti atmosferici

Resistenza agli agenti atmosferici.
Molti materiali subiscono delle alterazioni determinate da agenti atmosferici:
Umidità, pioggia, raggi UV, caldo, freddo, gelo, inquinamento.
I materiali (plastica soprattutto) subiscono quello che viene chiamato comunemente invecchiamento precoce che
incide sull'aspetto superficiale provocando:

• Opacizzazione della superficie
• Formazione di micro crepe
• Perdita della pigmentazione/colorazione

A volte incide anche sulla resistenza meccanica determinando una rottura prematura o una deformazione del prodotto.

NT
ARINA
1
120
LibertyProprietà chimiche

Resistenza alla corrosione

Resistenza alla corrosione
Il termine corrosione (dal latino com- particella indicante insistenza e rodere, per "consumare") indica un processo
naturale e irreversibile di consumazione lenta e continua dei materiali metallici che ha come conseguenze il
peggioramento delle proprietà fisiche e meccaniche del materiale inizialmente coinvolto.
La corrosione è un fenomeno di natura elettrochimica che determina una interazione chimico-fisica del materiale
metallico con l'ambiente che lo circonda (aria e acqua).
L'acciaio inossidabile o inox è la soluzione al problema della corrosione dell'acciaio.Proprietà chimiche

Tossicità dei materiali

Tossicità
Questa proprietà è legata al fatto che i materiali reagiscono al contatto con gli agenti atmosferici e a volte
emettono sostanze che possono essere tossiche.
Le materie artificiali come le plastiche rilasciano nel tempo sostanze utilizzate durante il processo produttivo.
Il profumo di nuovo delle auto.
«Allergie, problemi al fegato, disfunzioni riproduttive e tumori
sono alcuni dei disturbi che, secondo la "2012 Consumer
Action Guide to Toxic Chemicals in Cars" stilata dagli
scienziati, possono colpire chi inala il caratteristico (e per
molti piacevole) odore di "auto nuova". I risultati
dell'indagine, pubblicati sul sito www.healthystuff.org, sono
stati raccolti analizzando 11 tipi di sostanze liberate da
volante, cruscotto, braccioli e sedili.»
«Abbiamo riscontrato che gli interni dell'auto
contengono un cocktail di centinaia di agenti chimici
concentrato in uno spazio ridotto", ha detto Jeff Gearhart,
direttore di ricerca dell'Ecology Center, precisando che, tra
queste, le più preoccupanti sono il bromo (utilizzato per la
realizzazione dei materiali ignifughi), il cloro (che indica la
presenza di cloro polivinile o PVC e plastificanti), il piombo
e i metalli pesanti.»Proprietà fisiche

Comportamento del materiale in relazione ad agenti esterni

Le proprietà fisiche descrivono le caratteristiche di comportamento del materiale in relazione a diversi agenti
esterni.

Caratteristiche delle proprietà fisiche

Proprietà fisiche

• Densità o massa specifica o massa volumetrica (Peso Specifico)
• Punto di fusione o temperatura di fusione
• Calore specifico
• Conducibilità termica
• Dilatazione termica
• Conducibilità elettricaProprietà fisiche

Densità o massa specifica o massa volumetrica

Densità o massa specifica o massa volumetrica - (Peso Specifico)
È il rapporto tra la massa di un corpo espressa in kg (Peso) ed il suo volume espresso m3, si può quindi
affermare che un tappo, a parità di volume, sia più leggero di un peso da pesca.

m
8 =
V
La Densità è spesso confusa con il peso specifico. La differenza è sottile e per la verità all'atto pratico la si può
spesso ignorare, ma è opportuno tener presente che mentre la densità è un rapporto tra una massa e un volume, il
peso specifico è un rapporto tra un peso (quindi una forza) e un volume, per questo si misura in N/m3.

Materiale Leggero
Sughero
0,20/0,35
Legno
0.60/1,10
Carta
0.70/1,15
Polietilene
0,94/0,96
Vetro
2,40/2,70< Marmo
2,50/2,80
Alluminio
2.60
Acciaio
7.85
Piombo< 11,34
Materiale Pesante
Oro
19Proprietà fisiche

Punto di fusione o temperatura di fusione

Punto di fusione o temperatura di fusione.
È la temperatura alla quale un materiale comincia a passare dallo stato solido allo stato liquido.

MATERIALE
GRADI CELSIUS
Stato solido
ACCIAIO
1350
ARGENTO
960.5
ALLUMINIO
659.7
ANTIMONIO
630.5
BISMUTO
271.3
CADMIO
320.9
FERRO PURO
1535
GHIACCIO
0
GHISA
1100
IRIDIO
2454
MAGNESIO
649
MERCURIO SOLIDO
-38.7
NICHEL
1455
ORO
1063
OTTONE
1015
PLATINO
1773.5
PIOMBO
327.4
RAME
1083
SALE COMUNE
801
STAGNO
231.89
ZINCO
419.74
Stato liquidoProprietà fisiche

Conducibilità termica ed elettrica

Conducibilità termica:
indica la capacità di un materiale a trasmettere calore.
Conducibilità elettrica:
esprime l'attitudine di un materiale a trasmettere la corrente elettrica.

Materiale
Conducibilità
termica
Conducibilità
elettrica
Magnetismo
Acciaio
Buon conduttore
Buon conduttore
Magnetico
Acciaio inossidabile
Buon conduttore
Buon conduttore
Magnetico
Alluminio
Ottimo conduttore
Ottimo conduttore
Non magnetico
I fili elettrici sono
costituiti di rame
Rame
Buon conduttore
Ottimo conduttore
Non magnetico
Polietilene PE
Buon isolante
Buon isolante
Non magnetico
Policarbonato PC
Buon isolante
Buon isolante
Non magnetico< Calcestruzzo
Scarso isolante
Scarso isolante
Non magnetico
Vetro
Scarso isolante
Buon isolante
Non magnetico
Gli isolanti sui
tralicci elettrici
sono in vetro
Composito fibre di vetro
Scarso isolante
Buon isolante
Non magnetico
Composito fibre carbonio
Scarso isolante
Scarso isolante
Non magnetico
Legno massello
Buon isolante
Scarso isolante
Non magnetico
Gomma naturale
Buon isolante
Buon isolante
Non magnetico
tabella 3_Valori di alcune proprietà fisiche di dodici materiali significativiProprietà fisiche

Dilatazione termica

Dilatazione termica
Esprime le variazioni di volume di un corpo solido, non soggetto a sollecitazioni meccaniche sensibili, per effetto
di variazioni di temperatura.

CO
6Proprietà meccaniche

Resistenza alle forze esterne

Le proprietà meccaniche rappresentano la resistenza che i materiali oppongono alle forze (o sollecitazioni)
esterne a cui i materiali vengono sottoposti durante il loro uso.
Le forze applicate ai materiali possono essere di tipo diverso e i materiali, a loro volta, hanno una diversa capacità di
resistere ai vari tipi di forze. Le forze infatti possono variare per il tempo di applicazione, per il punto o la superficie di
applicazione, per la direzione che assumono rispetto al corpo stesso, ecc.

Caratteristiche delle proprietà meccaniche

proprietà meccaniche

• Resistenza
• Durezza
• Tenacità
• RigiditàProprietà meccaniche

Tipi di deformazione

Tipi di deformazione
Tutti i materiali si deformano sotto l'azione di forze esterne.
Queste deformazioni possono scomparire o permanere quando vengono a mancare le forze che le hanno prodotte.
Si dicono quindi deformazioni reversibili o irreversibili.Proprietà meccaniche

Deformazione elastica

Tipi di deformazione
Deformazione elastica
Quando un corpo riprende la sua forma originaria dopo essere stato sottoposto ad una sollecitazione.
Rimuovendo la sollecitazione si torna alle condizioni iniziali.

Deformazione elastica
Stato iniziale
Sollecitazione
Rimozione del carico
ritorno allo stato
iniziale