La classificazione dei materiali di ingegneria

Generalmente classificati in sei grandi famiglie (metalli, polimeri, elastomeri, ceramica, vetri, ibridi compositi), i materiali di ingegneria si dividono essenzialmente  in metalli,  non metalli e materiali ibridi. In questo articolo spieghiamo nel dettaglio tutte le loro principali caratteristiche.

I metalli 

I metalli hanno un’elevata temperatura di fusione, sono buoni conduttori per l’elettricità e il riscaldamento, sono duri e resistenti. I materiali metallici vengono usati nella vita quotidiana per molte applicazioni e si dividono in due categorie principali: i metalli ferrosi e i non ferrosi.

Metalli ferrosi

I metalli ferrosi contengono ferro e sono magnetici, hanno una bassa resistenza alla corrosione (si usa acciaio legato con contenuto di cromo per evitare problematiche legate alla corrosione), buona conduttività elettrica e termica.

Esempi di metalli ferrosi sono l’acciaio a basso o dolce contenuto di carbonio, acciaio ad alto tenore di carbonio, la ghisa. Gli acciai inossidabili sono leghe metalliche naturalmente resistenti alla corrosione. Ad esempio, acciaio inossidabile AISI 304, acciaio inossidabile AISI 316, acciaio inossidabile AISI 316L e altri.

La principale differenza tra l’acciaio inossidabile AISI 316 e l’acciaio inossidabile AISI 316L è il contenuto di carbonio. Questo tipo di acciaio legato viene utilizzato per applicazioni molto aggressive, ad esempio nel settore navale, nelle centrali elettriche e in ambienti esplosivi. 

Metalli non ferrosi

I metalli non ferrosi non contengono ferro e sono amagnetici, hanno un’elevata resistenza alla corrosione e la migliore conduttività elettrica e termica. Esempi di metalli non ferrosi sono l’alluminio, il rame, l’argento.. Le leghe di metalli non ferrosi sono ad esempio l’ottone (rame + zinco) e il bronzo (rame + alluminio + nichel). 

I non metalli 

I non metalli sono materiali con una scarsa conducibilità elettrica e termica, una bassa temperatura di fusione (ci sono alcune eccezioni, tuttavia, come ad esempio il diamante o la grafite). I non metalli si concentrano sui seguenti elementi: ossigeno (o), carbonio (c), azoto (N), zolfo (s), cloro (cl), fosforo (P).

I non metalli più comuni sono:

• i termoplastici ( Poliuretano [PU], Polivinilcloruro [PVC], Etilene-vinilacetato [EVA], Nylon [PA], Polipropilene [PP]) e le plastiche termoindurenti (Poliimmidi)
• gli elastomeri (EPDM, NBR, santoprene)
• il vetro
• le ceramiche

I polimeri sono costituiti da macromolecole, spesso sotto forma di grandi catene molecolari in cui gli atomi sono tenuti insieme da legami covalenti, mentre i legami tra le diverse catene sono molto più deboli. Per questo motivo, la catena molecolare può essere considerata come l’unità costitutiva di base di un polimero.

Le catene lineari sono le unità costituenti dei polimeri. Tuttavia, è possibile reticolare in modo covalente le catene, formando una rete molecolare. Questi legami incrociati sono cruciali nel determinare le proprietà meccaniche del polimero perché fissano le catene l’una rispetto all’altra e quindi rendono impossibile l’estrazione di molecole a catena singola. 

In altre parole, la polimerizzazione è un processo di reazione tra molecole di monomeri in una reazione chimica per formare catene polimeriche o reti tridimensionali.

Le catene polimeriche formano uno schema regolare e la struttura molecolare forma un ordine regolare o cristalli è chiamata regione cristallina. Le catene polimeriche sono in disposizione casuale e la struttura molecolare non è in grado di formare un ordine regolare con le molecole è chiamata regione amorfa. La miscela della regione cristallina e della regione amorfa è chiamata regione semicristallina.

Materiali ibridi

Un esempio di materiale ibrido è la miscelazione delle poliammidi (termoindurenti) con fibre discontinue e la produzione di prodotti in stampaggio ad iniezione. Inoltre, sono in materiale ibrido  i tubi flessibili realizzati in acciaio o acciaio inossidabile AISI 304 o acciaio inossidabile AISI 316L in combinazione con materiale di recupero plastico (PVC o EVA o PU o Forprene). Sono anche chiamati tubi compositi.

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