Il corso fornisce una conoscenza essenziale e attuale dei materiali utilizzati per la produzione industriale. Vengono illustrate le strategie di scelta per l’utilizzo di materiali idonei alla costruzione di apparecchiature per industria chimica e alimentare, per la realizzazione di processi produttivi in diverse condizioni di esercizio, per garantire economicità, durabilità, affidabilità, igiene e sicurezza di impianti e apparecchiature. In particolare, sono presi in considerazione gli aspetti tecnologici coinvolti nell’impiego di materiali metallici e polimerici intesi nel ruolo sia di componenti strutturali che di interfaccia con la materia oggetto di trasformazione nel processo.

Il corso si pone l’obiettivo di sviluppare nell’allievo abilità a valutare l’idoneità di un materiale a sopportare le condizioni di esercizio di un processo per la trasformazione di una sostanza, a valutare la durabilità di prestazione quando opera in condizioni che ne influenzano le proprietà, a individuare gli aspetti del processo di trasformazione che sono critici per la scelta del materiale, a valutare l’impatto economico della scelta del materiale e a conoscere gli aspetti teorici e pratici che condizionano l’impiego di specifici materiali nonché le tecnologie idonee alla lavorazione dei materiali.
Al termine dell’insegnamento ci si aspetta che lo studente abbia conoscenza:
- delle proprietà e delle applicazioni nell’industria chimica di metalli, leghe metalliche e polimeri,
- dei fattori critici che controllano le scelta dei materiali per i processi industriali chimici e alimentari,
- delle problematiche connesse all’impiego di materiali metallici e polimerici in relazione alle condizioni di processo,
- delle tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici idonee all’ottenimento di manufatti mono, bi e tridimensionali.
sia dotato di capacità di:
- individuare le metodologie di misura idonee a qualificare le proprietà di un materiale,
- valutare l’idoneità di impiego di un materiale per una specifica operazione produttiva,
- individuare materiali idonei sulla base di prestazioni richieste,
- valutare la composizione di una lega metallica o di un materiale composito polimerico al fine di esaltarne una o più proprietà,
- elaborare dei modelli utili alla simulazione del comportamento dei materiali nelle condizioni di impiego,
- valutare le criticità di impiego di un materiale nell’ambito della lavorazione e della conservazione di un prodotto alimentare
e sia in grado di:
- individuare i parametri critici di processo che condizionano la scelta del materiale,
- individuare le condizioni operative entro i quali i materiali non interferiscono con il processo produttivo,
- simulare il comportamento del materiale nelle condizioni di processo.
Per raggiungere tali obiettivi il corso è suddiviso in due parti che trattano in modo specifico materiali di composizione inorganica (metalli e loro leghe) e quelli di composizione organica (polimeri e loro miscele). Per questi ultimi, attraverso analisi di aspetti termodinamici, cinetici e tecnologici si illustrano le tecnologie idonee alla loro lavorazione e si analizza l’influenza che le lavorazioni hanno sulle loro proprietà applicative.

Sono richieste conoscenze di base di chimica, di scienza dei materiali e di meccanica. E’ utile una conoscenza di base della chimica per un inquadramento dei materiali nell'ambito degli impieghi nell’industria chimica, soprattutto per quanto riguarda gli aspetti di elettrochimica, resistenza alla corrosione, protezione dalla corrosione e rilascio al contatto con sostanze alimentari, nonché della meccanica, come presupposto per la conoscenza del comportamento a sollecitazione dei materiali e della funzione strutturale delle apparecchiature nell'industria di processo.

Parte 1: Metalli e leghe metalliche
Presentazione generali delle funzioni strutturali ed anticorrosione dei metalli nell' industria di processo e delle varie famiglie di leghe: ferrose, di rame, di titanio, di nichel, di cobalto
Corrosione elettrochimica e a secco
Meccanica strutturale di apparecchiature a guscio o tubolari in condizioni nominali e in presenza di difetti
Diagramma di stato Fe-C, fasi e loro caratteristiche morfologiche e di distribuzione spaziale, cristallografia delle fasi, implicazioni sulle applicazioni strutturali
Tipi di acciai e suddivisione in famiglie secondo il tipo di applicazione nell'industria di processo; 4) norme europee sugli acciai (UNI EN) e norme americane (ASTM)
trattamenti termici sugli acciai
Acciai da bonifica per reattori a grande pressione, agitatori, cuscinetti, organi di comminuzione
Acciai strutturali al carbonio o basso legati per componenti a medie e basse pressioni, con contenimento di fluidi non corrosivi, cioè reattori, serbatoi, tubi, scambiatori di calore e altri (acqua, vapore, sostanze organiche non corrosive, ecc.)
Resistenza, resilienza e saldabilità degli acciai strutturali
Acciai ferritici per impieghi a caldo (generatori di vapore, forni, surriscaldatori, ecc.); resistenza al creep negli impieghi a caldo
Acciai per il contenimento di fluidi criogenici e loro tenacità
Problemi di corrosione nell'industria chimica
Acciai inossidabili: tipologie, composizione chimica, caratteristiche meccaniche, scelta dell' acciaio in base al tipo dell' ambiente corrosivo
Valutazione d'integrità strutturale degli apparecchiature presenti negli impianti
Casistica industriale su accadimenti di perdita d'integrità strutturale di natura meccanica e corrosiva nei componenti per l'industria chimica
Leghe di rame e di titanio per ambienti corrosivi della chimica
Leghe di nichel, di cobalto e zirconio per ambienti corrosivi e di altissima temperatura nell'industria chimica.

Parte 2: Materiali polimerici
Classificazione, struttura e proprietà dei polimeri di impiego industriale. Dipendenza delle proprietà dai fattori molecolari (pesi molecolari e dalla loro distribuzione). Resistenza ai solventi. Viscosità dei polimeri fusi e delle loro soluzioni.
Applicazioni dei materiali polimerici in fase solida e liquida. Criteri di scelta dei materiali polimerici in funzione delle applicazioni.
Proprietà delle componenti amorfe e cristalline dei materiali polimerici. Temperature di transizione e dinamica della transizione amorfo-cristallino. Valutazione del contenuto cristallino dei materiali polimerici.
Comportamento meccanico dei materiali polimerici termoplastici, termoinduriti ed elastomerici. Comportamento a velocità di deformazione costante, a sforzo costante, a impatto e a fatica. Comportamento viscoelastico.
Polimeri rinforzati. Lavorazioni per ottenimento di lastre, tubi, serbatoi. Influenza dei parametri di lavorazione sulle proprietà meccaniche dei manufatti.
Criteri di protezione per i prodotti alimentari. Permeabilità dei film plastici e conservazione dei prodotti alimentari. Metallizzazione. Sistemi di produzione dei packaging. Film di packaging con proprietà particolari (stampa decorativa, igienizzanti, antifrode,...)
Materiali polimerici e ambiente. Degradazione delle materie plastiche. Riciclo dei materiali polimerici.

Sono previste esercitazioni sperimentali sulle prove meccaniche dei materiali metallici (durezza, resistenza a trazione, resilienza, resistenza a fatica) e esercitazioni di calcolo sul comportamento a sollecitazione dei materiali polimerici.

Non vi sono testi specifici sulle lezioni riguardanti i materiali metallici. Lo studente dovrà basarsi su appunti e su copie dei lucidi utilizzati a lezione e fornite in anticipo dal docente.
Testi da utilizzare per consultazione o approfondimenti:
W. Nicodemi, vol. Metallurgia e vol. Acciai, Zanichelli
P. Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici, Polipress
T. L. Anderson, Fracture Mechanics, CRC
Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill
ASM Metals Handbook vol. 01: Properties and Selection: Iron Steels and High Performance Alloys
ASM Metals Handbook vol. 02, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials
ASM Metals Handbook vol. 11, Failure Analysis and Prevention
ASM Metals Handbook vol. 20, Material Selection and Design

Le lezioni riguardanti i materiali polimerici verranno basate sul testo
G. Gozzelino, Materie Plastiche. Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali polimerici industriali, Hoepli Ed., 2007,
che verrà integrato da appunti messi a disposizione dal docente sul portale della didattica.
Testi da utilizzare per consultazione e approfondimenti:
A.I.M. , Macromolecole: Scienza e Tecnologia. Vol. 2, Pacini Editore, Pisa, 1992
Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 4th edition, disponibile on line sul portale del Politecnico

Per la parte di materiali metallici l’apprendimento viene verificato mediante un esame scritto. Per la parte di materiali polimerici l’esame è in forma orale.