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Materials selection in mechanical design, 3rd ed.
No full textLa nostra era, a forte connotazione tecnologica piuttosto che scientifica, pretende dai materiali prestazioni sempre più elevate e contemporaneamente richiede una maggiore affidabilità alle macchine, alle strutture ed ai prodotti finiti, soprattutto quando questi ultimi sono il risultato di progetti ad alto livello. Le due esigenze sono antitetiche, ed il risultato del loro forzato sincretismo è inevitabilmente una drastica riduzione del divario fra reale resistenza dei materiali e sollecitazioni in esercizio, e, di conseguenza, una continua riduzione dei margini di sicurezza. Il "progettista" si trova quindi a dover lottare contro difficoltà sempre più grosse per garantire la qualità dei suoi prodotti. Con queste premesse è evidente che progettista ed “esperto dei materiali” (quasi mai alle due figure culturali corrisponde la stessa persona fisica) devono unire le loro conoscenze, ognuno contribuendo, per quanto gli compete, alla corretta realizzazione di progetti ad alta tecnologia, l’uno favorendo il lavoro dell'altro. Pena per una mancata collaborazione, il rischio di far affondare un cargo di idee validissime nel bicchiere d'acqua dell'ignoranza. Ne consegue che, se calate nella realtà attuale, le classiche figure del progettista e dell'esperto di materiali subiscono una modifica sostanziale. Al primo, infatti, si richiede sempre più spesso di uscire dalla logica dell'economia ed accettare una scelta dei materiali impostata su basi scientifiche. Al secondo, invece, sono imposte precise direttrici di ricerca, tese alla messa a punto di materiali sempre più resistenti (sia modificando lo stato di lega, sia inventando nuovi trattamenti e nuovi materiali), all'approfondimento delle conoscenze in quei campi che tendono ad individuare le vere doti di resistenza dei materiali, alla definizione di metodologie che permettano di fare la migliore scelta fra tutti i materiali attualmente disponibili.
Quanto fin qui detto, è doverosa premessa per presentare questo, che è sì un libro sui materiali, ma non solo.
E’ bene ricordare, infatti, che oltre che un sostantivo, materiale è anche un aggettivo: un aggettivo importante perché permette di distinguere fra i diversi tipi di beni di cui l’uomo, per bontà divina o propria, può disporre. Ma i beni materiali non sono disgiunti dai beni morali, ed in questo testo, più che nei precedenti, Ashby si è dedicato alla ricerca di una soluzione per questa fondamentale equazione. Il buon uso dei materiali (sost.) è, per la nostra generazione, un problema morale, che passa attraverso il risparmio delle risorse naturali, la minimizzazione dell’impatto ambientale dovuto alle attività umane e la corretta distribuzione dei benefici materiali (agg.) che da tali attività derivano. Alla presentazione (e si potrebbe dire alla divulgazione) di tali problematiche Ashby dedica l’ultima parte di questo libro, approfondendone i diversi aspetti più che nelle edizioni precedenti. Ciò costituisce una importante novità per chi, come me, si è avvicinato alla procedura di scelta dei materiali suggerita da Ashby fin dalle prime pubblicazioni (i più vecchi diagrammi di scelta sono del 1988, come suggerisce il numerino posto accanto al nome dell’autore). A quei tempi, per un operatore della didattica, l’esame dei testi di Ashby era guidato dalla curiosità e dalla necessità di trovare nuovi metodi di insegnamento che meglio si adattassero alle esigenze degli studenti di ingegneria. Il materiale non doveva più essere un dato di fatto, un semplice accessorio utile per realizzare progetti: doveva acquistare il giusto rilievo ed entrare di diritto fra le variabili in grado di condizionare il successo delle idee progettuali. Oggi si può dire che, almeno parzialmente, questo obiettivo è stato raggiunto: una buona parte del mondo industriale è consapevole dell’importanza della individuazione del materiale più idoneo a soddisfare i requisiti di progetto. Non solo: se già non esiste, si può addirittura considerare l’idea di progettare un nuovo materiale, e non è detto che questa sia una procedura economicamente svantaggiosa. Da questi sforzi, in gran parte esercitati in ambito accademico, è sorta una nuova generazione di ingegneri che conoscono la stretta correlazione fra progetto e materiale, fra materiale e microstruttura, fra microstruttura e proprietà del materiale: operatori che devono saper scegliere il materiale migliore per ogni applicazione.
In questa ottica i testi di Ashby mantengono e spesso aumentano la loro validità: non è sufficiente sapere che bisogna trovare il materiale migliore, bisogna anche sapere come fare. A ciò pensa la procedura presentata da Ashby nei suoi lavori, che pertanto non si indirizzano verso un particolare tipo di utilizzatore, ma essendo applicabile praticamente in tutti i casi, serve ad ogni ingegnere, dal meccanico all’elettrico, dal chimico al civile, dall’ambientale al classico ingegnere dei materiali. Per ribadire questo concetto, si è ritenuto utile modificare il titolo originale di questa opera “Material selection in mechanical design”, alquanto riduttivo, nel più generico e attinente il reale contenuto: “Scelta del materiale nella progettazione industriale”.
Questo testo è attualmente uno dei pochi, forse l’unico, che affronta tale argomento in lingua italiana. Il modo migliore per trarre il maggior profitto dalla sua consultazione, sia a livello didattico che operativo, è quello di partire sapendone poco, proprio il minimo indispensabile: in tal modo si viene condotti senza preconcetti attraverso un percorso che è sì in salita, ma è anche assai ben calibrato, e porta a scoprire, oltre a come sia opportuno operare per sfruttarne al meglio le proprietà, molte cose insospettate sui materiali e sui prodotti che con essi si possono fabbricare
La scelta dei materiali nella progettazione industriale
No full textLa nostra era, a forte connotazione tecnologica piuttosto che scientifica, pretende dai materiali prestazioni sempre più elevate e contemporaneamente richiede una maggiore affidabilità alle macchine, alle strutture ed ai prodotti finiti, soprattutto quando questi ultimi sono il risultato di progetti ad alto livello. Le due esigenze sono antitetiche, ed il risultato del loro forzato sincretismo è inevitabilmente una drastica riduzione del divario fra reale resistenza dei materiali e sollecitazioni in esercizio, e, di conseguenza, una continua riduzione dei margini di sicurezza. Il "progettista" si trova quindi a dover lottare contro difficoltà sempre più grosse per garantire la qualità dei suoi prodotti. Con queste premesse è evidente che progettista ed “esperto dei materiali” (quasi mai alle due figure culturali corrisponde la stessa persona fisica) devono unire le loro conoscenze, ognuno contribuendo, per quanto gli compete, alla corretta realizzazione di progetti ad alta tecnologia, l’uno favorendo il lavoro dell'altro. Pena per una mancata collaborazione, il rischio di far affondare un cargo di idee validissime nel bicchiere d'acqua dell'ignoranza. Ne consegue che, se calate nella realtà attuale, le classiche figure del progettista e dell'esperto di materiali subiscono una modifica sostanziale. Al primo, infatti, si richiede sempre più spesso di uscire dalla logica dell'economia ed accettare una scelta dei materiali impostata su basi scientifiche. Al secondo, invece, sono imposte precise direttrici di ricerca, tese alla messa a punto di materiali sempre più resistenti (sia modificando lo stato di lega, sia inventando nuovi trattamenti e nuovi materiali), all'approfondimento delle conoscenze in quei campi che tendono ad individuare le vere doti di resistenza dei materiali, alla definizione di metodologie che permettano di fare la migliore scelta fra tutti i materiali attualmente disponibili.
Quanto fin qui detto, è doverosa premessa per presentare questo, che è sì un libro sui materiali, ma non solo.
E’ bene ricordare, infatti, che oltre che un sostantivo, materiale è anche un aggettivo: un aggettivo importante perché permette di distinguere fra i diversi tipi di beni di cui l’uomo, per bontà divina o propria, può disporre. Ma i beni materiali non sono disgiunti dai beni morali, ed in questo testo, più che nei precedenti, Ashby si è dedicato alla ricerca di una soluzione per questa fondamentale equazione. Il buon uso dei materiali (sost.) è, per la nostra generazione, un problema morale, che passa attraverso il risparmio delle risorse naturali, la minimizzazione dell’impatto ambientale dovuto alle attività umane e la corretta distribuzione dei benefici materiali (agg.) che da tali attività derivano. Alla presentazione (e si potrebbe dire alla divulgazione) di tali problematiche Ashby dedica l’ultima parte di questo libro, approfondendone i diversi aspetti più che nelle edizioni precedenti. Ciò costituisce una importante novità per chi, come me, si è avvicinato alla procedura di scelta dei materiali suggerita da Ashby fin dalle prime pubblicazioni (i più vecchi diagrammi di scelta sono del 1988, come suggerisce il numerino posto accanto al nome dell’autore). A quei tempi, per un operatore della didattica, l’esame dei testi di Ashby era guidato dalla curiosità e dalla necessità di trovare nuovi metodi di insegnamento che meglio si adattassero alle esigenze degli studenti di ingegneria. Il materiale non doveva più essere un dato di fatto, un semplice accessorio utile per realizzare progetti: doveva acquistare il giusto rilievo ed entrare di diritto fra le variabili in grado di condizionare il successo delle idee progettuali. Oggi si può dire che, almeno parzialmente, questo obiettivo è stato raggiunto: una buona parte del mondo industriale è consapevole dell’importanza della individuazione del materiale più idoneo a soddisfare i requisiti di progetto. Non solo: se già non esiste, si può addirittura considerare l’idea di progettare un nuovo materiale, e non è detto che questa sia una procedura economicamente svantaggiosa. Da questi sforzi, in gran parte esercitati in ambito accademico, è sorta una nuova generazione di ingegneri che conoscono la stretta correlazione fra progetto e materiale, fra materiale e microstruttura, fra microstruttura e proprietà del materiale: operatori che devono saper scegliere il materiale migliore per ogni applicazione.
In questa ottica i testi di Ashby mantengono e spesso aumentano la loro validità: non è sufficiente sapere che bisogna trovare il materiale migliore, bisogna anche sapere come fare. A ciò pensa la procedura presentata da Ashby nei suoi lavori, che pertanto non si indirizzano verso un particolare tipo di utilizzatore, ma essendo applicabile praticamente in tutti i casi, serve ad ogni ingegnere, dal meccanico all’elettrico, dal chimico al civile, dall’ambientale al classico ingegnere dei materiali. Per ribadire questo concetto, si è ritenuto utile modificare il titolo originale di questa opera “Material selection in mechanical design”, alquanto riduttivo, nel più generico e attinente il reale contenuto: “Scelta del materiale nella progettazione industriale”.
Questo testo è attualmente uno dei pochi, forse l’unico, che affronta tale argomento in lingua italiana. Il modo migliore per trarre il maggior profitto dalla sua consultazione, sia a livello didattico che operativo, è quello di partire sapendone poco, proprio il minimo indispensabile: in tal modo si viene condotti senza preconcetti attraverso un percorso che è sì in salita, ma è anche assai ben calibrato, e porta a scoprire, oltre a come sia opportuno operare per sfruttarne al meglio le proprietà, molte cose insospettate sui materiali e sui prodotti che con essi si possono fabbricare
Ski Boot Soles Based on a Glass Fiber/Rubber Composite with Improved Grip on Icy Surfaces
Full text linkAbstractA study on the effect of glass fibers/rubber composites on the grip on ice has been conducted in order to develop new materials for ski boot soles with increased grip in winter environments. The study has been conducted analyzing the friction of a composite material and of a ski boot sole containing an insert made of the composite material and comparing the results with those obtained using rubber and a thermoplastic elastomer. The analysis of the morphology of the composite surface, by Scanning Electron Microscopy, shows a homogenous distribution of glass fibers of approximately 10μm of diameter in the rubber matrix. Moreover, the measure of the contact angle shows that the composite material has a higher water repellency compared to the rubber matrix. The measure of the coefficient of friction indicates a significant effect of the glass fibers on the grip on icy surfaces. The increased grip can be ascribed to the stiffness of the glass fibers that are able to have a mechanical grip on the ice surface and to the increased contact angle and water repellency of the composite that decrease the formation of a water layer below the sole
Poly(hydroxyalkanoate)s-based hydrophobic coatings for the protection of stone in cultural heritage
Full text linkReversibility is a mandatory requirement for materials used in heritage conservation, including hydrophobic protectives. Nevertheless, current protectives for stone are not actually reversible as they remain on the surfaces for a long time after their hydrophobicity is lost and can hardly be removed. Ineffective and aged coatings may jeopardise the stone re-treatability and further conservation interventions. This paper aims at investigating the performance of PHAs-based coatings for stone protection, their main potential being the 'reversibility by biodegradation' once water repellency ended. The biopolymer coatings were applied to three different kinds of stone, representative of lithotypes used in historic architecture: sandstone, limestone and marble. Spray, poultice and dip-coating were tested as coating techniques. The effectiveness and compatibility of the protectives were evaluated in terms of capillary water absorption, static and dynamic contact angles, water vapour diffusion, colour alteration and surface morphology. The stones' wettability after application of two commercial protectives was investigated too, for comparison. Finally, samples were subjected to artificial ageing to investigate their solar light stability. Promising results in terms of efficacy and compatibility were obtained, although the PHAs-based formulations developed here still need improvement for increased durability and on-site applicability
Poly(epsilon-caprolactone)-poly(fluoroalkylene oxide)-poly(epsilon-caprolactone) block copolymers as surface modifiers of poly(vinyl chloride)
No full textBlends of poly(epsilon-caprolactone)-poly(fluoroalkylene oxide)-poly(epsilon-caprolactone) (PCL-PFPE-PCL) triblock copolymers (with different length of PFPE and PCL segments) and poly(vinyl chloride) (PVC) were prepared by casting from tetrahydrofuran solution. DSC analysis revealed a complex morphology deriving from miscibility between PCL and PVC segments. XPS analysis showed strong surface enrichment of PFPE segments for all films prepared. Treatment with a PFPE selective solvent showed that the fraction of PCL-PFPE-PCL removed from surface decreased with increasing length of PCL blocks, indicating an anchorage effect by PCL segments with respect to PVC matrix
Poly(e- caprolactone)-poly(fluoroalkylene oxide)-poly(e-caprolactone) block copolymers as surface modifiers of poly(vinyl chloride)
No full textBlends of poly(caprolactone-b-perfluoropolyether-b-caprolactone) (PCL-PFPE-PCL) triblock copolymers (with different length of PFPE and PCL segments) and poly(vinyl chloride) (PVC) were prepared by casting from tetrahydrofuran solution. DSC analysis revealed a complex morphology deriving from miscibility between PCL and PVC segments. XPS analysis showed strong surface enrichment of PFPE segments for all films prepared. Treatment with PFPE selective solvent showed that the fraction of PCL-PFPE-PCL removed from surface decreased with increasing length of PCL blocks, indicating an anchorage effect by PCL segments with respect to PVC matrix
Continuous haematic pH monitoring in extracorporeal circulation using a disposable florescence sensing element.
Full text linkDuring extracorporeal circulation (ECC), blood is periodically sampled and analyzed to maintain the blood-gas status of the patient within acceptable limits. This protocol has well-known drawbacks that may be overcome by continuous monitoring. We present the characterization of a new pH sensor for continuous monitoring in ECC. This monitoring device includes a disposable fluorescence-sensing element directly in contact with the blood, whose fluorescence intensity is strictly related to the pH of the blood. In vitro experiments show no significant difference between the blood gas analyzer values and the sensor readings; after proper calibration, it gives a correlation of R>0.9887, and measuring errors were lower than the 3% of the pH range of interest (RoI) with respect to a commercial blood gas analyzer. This performance has been confirmed also by simulating a moderate ipothermia condition, i.e., blood temperature 32°C, frequently used in cardiac surgery. In ex vivo experiments, performed with animal models, the sensor is continuously operated in an extracorporeal undiluted blood stream for a maximum of 11 h. It gives a correlation of R>0.9431, and a measuring error lower than the 3% of the pH RoI with respect to laboratory techniques
High-density polyethylene reinforced with titania nanoparticles
No full textTitania nanoparticles were prepared by means of two different synthetic procedures in order to obtain different particle size (diameter ranging from 20 nm to 350 nm), shapes and morphologies (amorphous or crystalline). Titania nanoparticles were surface modified with octadecylsilane in order to improve their compatibility with respect to polymeric matrices. High density polyethylene (HDPE) - titania nanocomposites were prepared by melt blending by using an internal mixer. The obtained nanocomposites were mechanically characterized and quasi static and creep tensile conditions. The presence of titania nanoparticles (1%vol) led to a significant increase of elastic modulus (20-25%) together with a slight increase of yield stress and a decrease of ultimate elongation. An interesting reduction of for both elastic and viscoelastic creep compliance components was also evidenced
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