Modulo di Chimica dei Materiali non Metallici
COMBUSTIBILI
Combustibili fossili: origine e riserve; La termodinamica della combustione; combustibili solidi, liquidi e gassosi; carburanti e propellenti; combustibili e inquinamento. Cenni di chimica del petrolio e dei suoi derivati.
LUBRIFICANTI
Viscosità.
Lubrificanti liquidi: grassi e olii.
Lubrificanti solidi: grafite, teflon e ceramici.
MATERIALI POLIMERICI
Natura delle macromolecole: polimerizzazione. Polimeri lineari, ramificati e reticolati. Copolimeri. I polimeri amorfi.
Le fibre: raion, nailon, poliestere, poliacriliche. Fibre di carbonio. Caratteristiche chimico-fisiche, proprietà tecnologiche e loro uso.
Le gomme: natura e origine della elasticità delle gomme. La vulcanizzazione. Gomme sintetiche e naturali. Caratteristiche chimico-fisiche, proprietà tecnologiche e loro uso.
I polimeri termoindurenti: struttura e proprietà generali.
MATERIALI VETROSI E CERAMICI
Le strutture cristalline della silice e dei silicati (a isola, a catena e a strato). Formazione di vetri silicei. Caratteristiche chimico-fisiche, proprietà tecnologiche e loro uso.
I ceramici: legami misti e strutture cristalline. Proprietà chimiche, meccaniche e termiche delle ceramiche. Processi chimici nella lavorazione dei materiali ceramici.
Materiali refrattari.
MATERIALI COMPOSITI NATURALI
Il legno: Caratteristiche chimico-fisiche, proprietà tecnologiche.
DEGRADAZIONE DEI MATERIALI

- W.F. Smith “Elementi di Scienza e Tecnologia dei Materiali”, McGraw-Hill ed.
- W. D. Callister, D. G. Rethwisch “Materiali per l’Ingegneria Civile ed Industriale”. Edises, 2015
- Note delle lezioni preparate dai docenti e materiale bibliografico distribuito a lezione

Il corso è articolato in due moduli da 3 CFU ciascuno (Modulo “Chimica dei Materiali” e Modulo “Tecnologie dei Materiali”) erogati durante il primo semestre del terzo anno. Il semestre è equamente suddiviso tra i due moduli in termini temporali.

Programma del modulo "Chimica dei Materiali" del corso Materiali Non Metallici per l'Ingegneria
COMBUSTIBILI
Introduzione alla chimica organica; Gli idrocarburi Alifatici, ciclici e aromatici (Paraffine,nafteni, aromatici e olefine). Chimica del petrolio (Topping) e derivati. Combustibili naturali: Combustibili gassosi, e liquidi (metano, GPL, le benzine il cherosene, il gasolio l’olio combustibile e i bio-combustibili) Processi petrolchimici per modificare le rese delle varie frazioni di combustibili (Reforming, cracking, idrocracking isomerizzazione). Inquinamento da combustibili fossili.
LUBRIFICANTI.
La viscosità. Lubrificanti liquidi: olii e grassi; Lubrificanti solidi: grafite e teflon. MATERIALI POLIMERICI.
I gruppi funzionale nella chimica organica. Alogenuri, Alcoli, fenoli, eteri e tioli. Il gruppo carbonilico: aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici e loro derivati (esteri e saponi). Ammine e ammidi (nylon6-6). Carboidrati (amido e cellulosa). Lipidi. Amminoacidi, peptidi e proteine. Natura delle macromolecole. Reazioni di sostituzione, di addizione e condensazione. Reazioni radicaliche. Principali reazioni di polimerizzazione.
Materiali termoplastici; relazioni tra la struttura chimica e le loro proprietà e gli usi dei seguenti materiali plastici: polietilene (HDPE, LDPE LLDPE); PVC; PP(isotattico atattico e sindiotattico); PB; PMP poli4metilpentene; PVAC; PS; PAN; SAN; ABS; PMMA; PTFE e PCTFE.
Tecnopolimeri; relazioni tra la struttura chimica e le loro proprietà e gli usi dei seguenti materiali: Poliammidi (Nylon 6-6, 6-9 e 6-10); Aramidi (Kevlar e Nomex); Cellulosa e suoi derivati (Rayon); Policarbonato (Lexan); Poliesteri (PETpolietilentereftalato e PBT) e Poliarilati (PAR); Polisolfoni; Polichetoni; Policianoacrilati (colle cianoacriliche)]. Materiali polimerici termoindurenti [Resine fenoliche (Reticolazione con ESA esametilentetrammina) Bakelite; Resine epossidiche (reticolazione con diammine); Poliimmidi.
Elastomeri; relazioni tra la struttura chimica e le loro proprietà e gli usi dei seguenti materiali: Gomma naturale (vulcanizzazione); Gomme sintetiche SBR (stirenebutadiene) e PIB (poliisobutilene); Gomme nitrile; Policloroprene (neoprene); Gomme siliconiche.
Fibre di carbonio (Sintesi da PAN e da Pitch, usi).
Materiali compositi.
Stabilità chimica e degradazione dei polimeri e dei materiali compositi
MATERIALI CERAMICI.
Introduzione allacristallografia (reticoli di Bravais); Struttura CCC, CFC ed EC. Sistema di notazione di Miller dei piani cristallografici, e cenni sulla diffrattometria X, legge di Bragg e identificazione delle fasi (CCC e CFC). Soluzioni solide sostituzionali e soluzioni solide interstiziali. Difetti cristallini (difetto di Schottky e difetto di Frenkel).
Analisi delle strutture cristalline (del tipo del ZnS, fluorite e antifluorite, Al2O3, Peroskite)
Le strutture cristalline della silice e dei silicati (a isola, a catena e a strato). I vetri (vetri infrangibili, temperati e cristalli).
Ceramici a base di ossidi, nitruri, carburi e boruri.
Proprietà chimiche, termiche e meccaniche dei vetri e delle ceramiche.
Stabilità chimica e degradazione dei ceramici

MATERIALI ORGANICI NATURALI.
Cenni sul Legno.


Programma del modulo "Tecnologie dei Materiali" del corso Materiali Non Metallici per l'Ingegneria
Materiali polimerici
- Introduzione e definizioni
- Reazioni di polimerizzazione
- Cristallinità e stereoisomerismo
- Classificazione dei materiali polimerici (elastomeri, termoindurenti e termoplastici)
- Transizioni termiche nei materiali polimerici (temperatura di cristallizzazione e temperatura di transizione vetrosa)
- Proprietà meccaniche delle diverse classi di materiali polimerici
- Comportamento viscoelastico dei polimeri e relativi modelli matematici (Maxwell e Voigt)
- Lavorazione dei materiali polimerici

Materiali ceramici
- Introduzione e definizioni
- Strutture cristalline ceramiche semplici
- Strutture dei silicati
- Proprietà meccaniche dei materiali ceramici e fatica statica
- Meccanismi di tenacizzazione dei materiali ceramici
- Approccio probabilistico alla progettazione con i materiali ceramici (statistica di Weibull)
- Lavorazione dei materiali ceramici: formatura e sinterizzazione

Materiali compositi
- Introduzione e definizioni
- Fibre per materiali compositi a matrice polimerica e ceramica
- Micromeccanica della lamina con rinforzo continuo e discontinuo per la determinazione delle costanti elastiche e delle resistenze longitudinali
- Processi di fabbricazione per materiali compositi a matrice polimerica (processo manuale di laminazione, processo di applicazione a spruzzo, processo sacco a vuoto e autoclave, filament winding, pultrusione e stampaggio per compressione)
- Processi di fabbricazione per materiali compositi a matrice ceramica (powder processing, slurry infiltration and consolidation, chemical vapor infiltration, polymer infiltration and pyrolysis)

- W.F. Smith “Elementi di Scienza e Tecnologia dei Materiali”, McGraw-Hill ed.
- W. D. Callister, D. G. Rethwisch “Materiali per l’Ingegneria Civile ed Industriale”. Edises, 2015
- Note delle lezioni preparate dai docenti e materiale bibliografico distribuito a lezione