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CAPITOLO 4 - I MATERIALI

LA TECNOLOGIA DEI MATERIALI

Conoscenze e Abilità

- Saper classificare i materiali

- Conoscere le proprietà dei materiali (fisiche, chimiche, meccaniche e tecnologiche)

- Conoscere il ciclo di lavorazione dei materiali

- Saper individuare le diverse tipologie di materiali

- Conoscere i vari possibili impieghi del materiale

- Conoscere le possibilità di riciclo del materiale

- Conoscere e utilizzare i termini specifici dell’area

Competenze

- Riconoscere i principali processi di trasformazione di risorse e di produzione di beni e riconoscere le diverse forme di energia coinvolte

- Riconoscere e utilizzare oggetti, strumenti e macchine di uso comune ed essere in grado di classificarli e di descriverne la funzione in relazione alla forma, alla struttura e ai materiali.

Tecnologia nella Storia

La manipolazione della materia

Prima

Fino a qualche centinaia di anni fa era la disponibilità del materiale, fatto del tutto casuale, che poteva causare la possibilità della creazione e dello sviluppo di una tecnologia.

1 Vicino ai fiumi e ai corsi d’acqua c’è spesso un deposito di fango: l’uomo si accorge che il fango argilloso si può modellare e, quando indurisce, mantiene la sua forma.

2 Nasce una professione, il vasaio, e una tecnologia che si evolve dalla modellazione della terra cruda alla terracotta.

3 Si esplorano le possibilità di questa tecnica e si producono oggetti per scopi diversi: vasellame, stoviglie, statuette, otri e grandi contenitori per olio e vino, rivestimenti decorativi.

Dopo

Alla fine del Settecento è invece la tecnologia, ovvero il bisogno da parte dell’industria di un determinato materiale dotato di particolari caratteristiche, a guidare la ricerca di esperti e scienziati verso nuovi prodotti.

1 La nanotecnologia è l’insieme delle tecniche per manipolare la materia a livello degli atomi e delle molecole (tra 1 e 100 miliardesimi di metro) e ha l’obiettivo di fabbricare prodotti con caratteristiche chimiche e fisiche particolari: i nanomateriali.

2 Alcuni nanomateriali sono in uso ormai da decenni. Per esempio, la silice amorfa sintetica viene usata nel cemento, negli pneumatici e negli alimenti; le nanoparticelle di biossido di titanio bloccano i raggi UV e vengono impiegate per non far scurire le vernici o nelle creme solari; il nanoargento è usato per eliminare i microorganismi nei tessuti.

3 Alcuni cosmetici contengono anche “bolle” di nanodimensioni che proteggono i componenti, come le vitamine, che potrebbero danneggiarsi a contatto con l’aria: le bolle liberano le vitamine solo dopo il contatto con la pelle.

4 I nanomateriali sono in grande espansione tecnica e commerciale, ma vi sono dei dubbi riguardo ai rischi per l’ambiente e la salute dell’uomo.

LINEA DEL TEMPO

ETÀ DELLA PIETRA (2,5 MILIONI DI ANNI FA): vengono realizzati utensili di pietra, legno, avorio.

ETÀ DEL RAME (4000-3000 A.C.): vengono modellati il rame, l’argento, l’oro; nasce la gioielleria e inizia a essere effettuata la saldatura.

ETÀ DEL BRONZO (3000- 2000 A.C.): viene introdotta la lavorazione a oro in foglia e vengono realizzati vasi di vetro. Inoltre si diffonde l’uso del tornio e si costruiscono attrezzi per la lavorazione del ferro e del legno.

ETÀ DEL FERRO (2000-1000 A.C.): si lavorano il ferro battuto e l’ottone.

1000-1 A.C.: i metalli vengono stampati e modellati, si coniano le monete, il vetro viene soffiato e stampato e si iniziano a produrre le colle.

1 D.C.-1000: si lavorano lo zinco, l’acciaio, il vetro veneziano, le corazze e le spade d’acciaio. Si pratica l’incisione.

1000-1500: si lavorano il peltro e il cristallo e viene prodotta la carta vetrata. Si pratica la filatura e vengono utilizzati gli altiforni e le macchine a vento.

1500-1600: si producono i cannoni in ferro fuso e si utilizzano i laminatoi.

1600-1700: si lavora la porcellana e viene introdotto il trapano.

PUNTO DI SVOLTA

1740: a Sheffield, Benjamin Huntsman, perfeziona la tecnica dell’acciaio al crogiolo.

1700-1800: si realizzano barre in acciaio e tubi

1800-1900: si producono acciai nichelati, alluminio elettrolitico, acciaio galvanizzato, gomma estrusa, poliestere, celluloide.

1900-1920: si lavorano la bakelite e l’ossiacetilene.

1920-1940: si producono materie plastiche, fibre di vetro e filo in tungsteno.

1940-1950: vengono prodotti acrilici, gomma sintetica, epossidici e vetro fotosensibile.

1950-1960: si sviluppano i semiconduttori, il silicone e il vetro temperato.

1960-1970: si producono il policarbonato, le plastiche rinforzate e i circuiti integrati.

1970-1980: si realizzano adesivi, fibre ottiche, ceramiche strutturali e plastica biodegradabile e viene usato il laser.

1990-2000: vengono prodotti nanomateriali, schiume metalliche e superconduttori ad alta temperatura.

I personaggi

Benjamin Huntsman nacque in Inghilterra nel 1704. Interessato alla meccanica fin da bambino, diventò un orologiaio. Importando dalla Germania l’acciaio per le molle e i pendoli dei suoi orologi, pensò che questo metallo fosse poco adatto alle sue esigenze. Perciò a Sheffield, città già famosa per la lavorazione del ferro (soprattutto le lame), sperimentò in proprio la produzione di una qualità migliore di acciaio, con alto tenore di carbonio. Dal forno di fusione escono generalmente due prodotti, uno solido (chiamato ferro dolce), l’altro liquido (la ghisa). Le prove sperimentali, di Huntsman e di altri prima di lui, avevano lo scopo di fonderli assieme, per ottenere una qualità migliore, ma non era facile raggiungere la temperatura necessaria. Huntsman vi riuscì, introducendo ferro, ghisa e carbone in un crogiolo alto e stretto di argilla refrattaria che veniva scaldato con carbone fossile, raggiungendo i 1600 oC circa. Dopo tre ore di riscaldamento si otteneva un buon acciaio. Hunstman si rese conto che questo processo poteva essere usato per fare utensili e posate di qualità, ma i coltellinai locali non lo presero in considerazione e per lungo tempo Huntsman esportò la sua produzione in Francia con grande successo. La crescente concorrenza delle importazioni di posate francesi in acciaio costrinse i coltellinai inglesi a usare l’acciaio di Huntsman. Fu una rivoluzione: nel 1740 a Sheffield producevano circa 200 tonnellate di acciaio all’anno. Alla metà dell’Ottocento si arrivò a produrne 80 000, la metà di tutta la produzione europea e Sheffield diventò la più grande città industriale europea. Benjamin Huntsman morì nel 1776 all’età di 72 anni, ma la sua attività fu portata avanti dal figlio William Huntsman. Il processo ideato da Huntsman è rimasto l’unico in grado di produrre acciaio ad alta resistenza fino alla metà del XIX secolo.

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