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Tecnologie e materiali innovativi:
esempi di nuove applicazioni
Pordenone - 5 Ottobre 2011
Relatore Ing. Eva Tenan, MaTech – PST Galileo
La crisi globale che stiamo vivendo negli ultimi anni Anche i materiali Ceramici a Matrice Composita
ha portato le aziende ad interrogarsi sull’importanza e la offrono una resistenza simile a quella dei metalli, col vantaggio
necessità di dedicare tempo alla ricerca e sviluppo in modo da però di una refrattarietà simile a quella delle ceramiche (oltre i
poter innovare e allo stesso tempo competere all’interno del 2200°C) e una densità pari ad un terzo del nichel (circa 2,5 – 2,9
proprio settore. Risulta quindi evidente come l’innovazione g/cm3).
non sia soltanto una tendenza o un gesto isolato ma una
necessità che va perseguita e sviluppata. E’ necessario nel Essi sono prodotti per infiltrazione chimica: una
breve termine anche spostare l’attenzione sul risparmio e sull’ preforma preparata a partire da fibre di carbonio avvolte in
efficienza energetica. un mandrino in grafite viene infiltrata con metallo fuso che
reagendo con del carbonio sacrificale va a formare il carburo
Il risparmio energetico è legato al modo in cui si senza alcuna reazione con le fibre di rinforzo.
utilizza uno strumento o una tecnologia, e quindi dipende
molto dal comportamento del singolo, dall’educazione, Attualmente i materiali Ceramici a Matrice Composita
etc. L’efficienza è invece la misura dell’efficacia con la quale sono impiegati nei settori dell’automotive, aereonautico/
si utilizza una risorsa; per incrementarla si deve agire sulle aerospaziale ed energetico per la produzione, ad esempio,
tecnologie e sui materiali. di camere di combustione per i motori delle turbine, ventole
di ricircolo per gas ad alte temperature, scambiatori di calore,
Uno degli elementi su cui è possibile ottenere componenti per razzi a propulsione, filtri per liquidi ad alte
importanti risultati a livello di efficienza è la riduzione delle temperature.
masse nel settore della meccanica industriale.
Sempre in tema di leggerezza, rivestimenti metallici
Ridurre il peso di componenti di un impianto vuol dire nanocristallini su substrati in polimero, tipo nylon, permettono
risparmio di energia elettrica, con conseguente e importante di migliorare il comportamento a fatica e le proprietà termo-
beneficio economico. Materiali compositi a matrice metallica meccaniche del polimero rivestito.
nascono per soddisfare esigenza di leggerezza ed elevate
proprietà meccaniche, tali da poter sostituire l’acciaio. In certi settori questa soluzione permette di sostituire
Attraverso questa tecnologia si ha possibilità di ottenere pesanti componenti metalliche con particolari in polimero
materiali in cui all’interno della matrice metallica si trovano ad alte prestazioni: si possono ottenere pezzi non solo a
dispersi nanotubi di carbonio o polveri ceramiche. geometria complessa, grazie al processo di stampaggio ad
iniezione, ma anche molto più leggeri riuscendo così a ridurre
Si ottengono così prestazioni migliorate rispetto al i consumi energetici, garantendo ottimi livelli prestazionali
metallo di base: un’aumentata resistenza a fatica, maggiore anche ad alte temperature.
rigidezza e peso inferiore.
Ceramici a matrice composita Rivestimenti metallici nanocristallini
© PST Galileo - Ottobre 2011

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Ad oggi i rivestimenti metallici nanocristallini A questo punto il polimero è pronto per un nuovo
trovano applicazione in settori quali l’articolo sportivo, ciclo di cambiamento di forma. Questa trasformazione può
l’automotive, l’industria energetica e l’elettronica, ad esempio avvenire n volte senza che le caratteristiche di ‘memoria’
per la realizzazione di attacchi da snowboard, attualmente vengano perse: il recupero della forma è assicurato infatti
considerati i più leggeri nel mercato, o mulinelli da pesca, al 100% a meno che lo stato “B” sia ottenuto per stiramento
oppure per la realizzazione di condotte refrigeranti, pompe lineare con superamento del limite elastico del materiale.
d’acqua, etc..
I Polimeri a Memoria di Forma, pur essendo già
Nel campo dei polimeri tecnici una classe che merita presenti sul mercato con diverse tipologie di prodotti, sono
un’attenzione particolare è quella dei Polimeri a Memoria di dei materiali nuovi e il loro sviluppo continua ancora oggi
forma. I materiali a memoria di forma appartengono all’ampia per poter individuarne caratteristiche, forme e possibili altre
e diversificata famiglia degli ‘smart materials’ o ‘materiali applicazioni.
intelligenti’, che si differenziano da quelli tradizionali per
particolari proprietà che si evidenziano a seguito di stimoli Infatti le loro particolari proprietà, uniche nel mondo
esterni, quali ad esempio la temperatura, la pressione, la luce, delle plastiche, fanno sì che siano infiniti gli utilizzi ancora
l’umidità o il pH. I Polimeri a Memoria di Forma (PMF) sono possibili, spaziando da prodotti di uso comune, realizzati
resine che, a partire da granuli per lo stampaggio ad iniezione con tecniche industriali standard, ad elementi funzionali di
e ad estrusione o da liquidi/soluzioni per rivestimenti giunzione ‘intelligente’, a pezzi dotati di buona ergonomia
superficiali/impregnazioni, possono essere lavorate per o semplicemente strumenti per migliorare le prestazioni o il
ottenere oggetti di qualsiasi forma e caratterizzati dalla comfort del prodotto in cui sono inseriti.
proprietà chiamata “Memoria di Forma”.
Rimanendo nell’ambito dei polimeri oggi possibile ottenere
Questi materiali sono così definiti perché, partendo prestazioni tecniche elevate anche con i biopolimeri,
da uno stato iniziale “A”, se vengono riscaldati superando la materie plastiche derivate da risorse rinnovabili. L’utilizzo
temperatura di transizione vetrosa (Tg), passano rapidamente di biopolimeri permette infatti di realizzare prodotti che
da uno stato rigido ad uno più morbido e malleabile, che necessitano di elevati standard qualitativi come scafi di
può essere quindi modificato a piacere; se subiscono un scarponi e montature di occhiali. E’ il caso ad esempio del
raffreddamento, la nuova forma impressa resta ‘congelata’ e progetto svolto da un’azienda italiana in collaborazione con
quindi mantenuta (stato “B”); nel caso in cui venga nuovamente MaTech che ha visto la realizzazione del primo modello di
fornito del calore, il materiale perde la forma raggiunta nello occhiale “ecocompatibile”.
stato “B” e, come se avesse una memoria, torna esattamente
alla sua configurazione originale che, raffreddandosi, si L’impiego di biopolimeri consente dunque di avere prodotti
irrigidisce nuovamente. con elevate prestazioni e impatto ambientale ridotto.
Forchetta per disabili con impugnatura in Polimero Forchetta per disabili con impugnatura in Polimero
a Memoria di Forma, forma stabile a Memoria di Forma, forma stabile
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Un altro esempio di trasferimento tecnologico in fase di sperimentazione in alcuni ospedali d’Italia sfrutta la
nell’ambito dei materiali è offerto dal caso di un’altra proprietà dei trasduttori di trasformare superfici in altoparlanti.
azienda italiana che, con la collaborazione MaTech, ha visto
la promozione e lo sviluppo di un nuovo macchinario per Tale caratteristica nei vibrotrasduttori è resa possibile
radiografie: partendo dalla necessità di sostituire il lettino dall’utilizzo di una lega metallica magnetostrittiva in grado di
dove il paziente si corica per l’esame, realizzato in materiale trasferire o convertire energia magnetica in lavoro meccanico
composito, l’azienda ne ha sviluppato uno nuovo che a parità e viceversa. La lega è in grado di espandersi e contrarsi se
di prestazioni meccaniche offre anche il vantaggio della sottoposta a magnetizzazione fino a 20.000 volte al secondo.
trasparenza ottica oltre che della trasparenza ai raggi X.
Questo permette di convertire un segnale audio in
Questo è stato possibile con l’individuazione di un vibrazione (onda meccanica) che può essere trasferita ad un
materiale trasparente sia ai raggi X che nel visibile, resistente materiale solido in modo tale da rendere tutta la superficie
meccanicamente e con elevate resistenza superficiale al un diffusore uniforme del suono. Le superfici possono essere
graffio (fatto quest’ultimo indispensabile per evitare difetti e in vetro ma anche granito, legno, materiale plastico come
distorsioni dell’immagine radiografica). plexiglass e composito. In questo modo muri, vetrate, tavoli,
finestre, laminati possono essere convertiti in altoparlanti.
Sempre in ambito biomedico grazie alla
collaborazione dello staff MaTech, è stata individuata la In conclusione, possiamo affermare che un sapiente
tecnologia dei vibrotrasduttori come soluzione per la utilizzo dei materiali, grazie al trasferimento tecnologico, è in
realizzazione di termoculle innovative per bambini neonati grado di offrire preziose opportunità alle aziende aprendo la
prematuri al fine di trasmettere la vibrazione sonora della strada a prodotti innovativi con investimenti contenuti.
voce della mamma anche in termoculla; questa applicazione
Rivestimenti metallici nanocristallini Biopolimeri
Termoculle sonore Vibrotrasduttore, applicazione su termoculla
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