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FUNDAMENTALS OF POLYMER PROCESSING
ANDREA LAZZERI
Academic year2023/24
CourseMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
Code1000I
Credits9
PeriodSemester 2
LanguageEnglish

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
FUNDAMENTALS OF POLYMER PROCESSINGING-IND/22LEZIONI72
VITO GIGANTE unimap
ANDREA LAZZERI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Al termine del corso gli studenti avranno le seguenti conoscenze:

Comprendere l'equazione matematica dietro le tipiche operazioni di lavorazione dei polimeri.

Capacità di progettare soluzioni nel campo della lavorazione dei polimeri e di ottimizzare i processi.

Studiare la morfologia/proprietà di correlazione per i composti polimerici, in particolare per capire come la lavorazione può influenzare le proprietà finali di un sistema polimerico.

Knowledge

After the completion of the course the students will have the following knowledges:

  • Understand the mathematical equation behind the typical polymer processing operations.
  • Capability to design solutions in the field of polymer processing and to optimize the processes.
  • Study the correlation morphology/properties for polymeric compounds, in particular to understand how the processing can influence the final properties of a polymeric system. 
Modalità di verifica delle conoscenze

La conoscenza sarà valutata tramite:

Esperienze di laboratorio in corso

Progetto finale

Esame orale finale

Assessment criteria of knowledge

Knowledge will be assessed via:

  • ongoing lab experiences
  • Final Project
  • Final Oral Exam
Capacità

Al termine della materia, gli studenti saranno in grado di:

Dimostrare una buona comprensione della reologia in relazione al comportamento pseudoplastico.

Dimostrare la capacità di comprendere completamente le operazioni di lavorazione come l'estrusione a doppia vite, lo stampaggio a iniezione, la stampa 3D, la termoformatura.

Possibilità di utilizzare un software di simulazione per ottimizzare il parametro di processo per l'estrusione a doppia vite.

Skills

Upon completion of the subject, students will be able to:

  • Demonstrate a good understanding of rheology in relation to pseudoplastic behavior.
  • Demonstrate the ability to completely understand the processing operations like twin-screw extrusion, injection molding, 3D printing, thermoforming.
  • Ability to use a simulation software to optimize process parameter for the twin-screw extrusion.
Modalità di verifica delle capacità

Le competenze saranno valutate tramite:

Esperienze di laboratorio in corso

Progetto finale

Esame orale finale

Assessment criteria of skills

Skills will be assessed via:

  • ongoing lab experiences
  • Final Project
  • Final Oral Exam
Comportamenti

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:

Progettare una configurazione a vite in relazione al composto/composito da estrure

Progettare uno stampo per il processo di stampaggio a iniezione evitando i difetti.

Valutare le equazioni di equilibrio dei fenomeni di trasporto e le semplificazioni del modello nel campo della lavorazione dei polimeri.

Valutare le caratteristiche chimiche, reologiche e fisiche dei poliemr in relazione alle operazioni di lavorazione.

Behaviors

Upon completion of the course, students will be able to:

  • Design a screw configuration in relation to the compound/composite to extrude
  • Design a mold for injection molding process avoiding defects.
  • Evaluate the Transport Phenomena Balance Equations & Model Simplifications in the field of polymer processing.
  • Evaluate the chemical, rheological and physical features of the polyemrs in relation to the processing operations.
Modalità di verifica dei comportamenti

I comportamenti saranno valutati tramite:

Esperienze di laboratorio in corso

Progetto finale

Esame orale finale

Assessment criteria of behaviors

Behaviors will be assessed via:

  • ongoing lab experiences
  • Final Project
  • Final Oral Exam
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di base di matematica, fisica, chimica e reologia

Prerequisites

Basic knowledge of mathematics, physics, chemistry and rheology

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Introduzione e presentazione del corso: Backgorund storico, proprietà generali, struttura macromolecolare e peso molecolare.

Generalità e background sui polimeri: disposizione delle molecole polimeriche; copolimero e miscele.

Panoramica sulle caratteristiche dei polimeri: viscoelasticità, cristallinità e comportamento meccanico.

Additivi polimerici.

Melt Rheology: cos'è la reologia? Legge di Newton; Tipi di fluidi.

Modelli empiricali per la viscosità.

Panoramica e descrizione dei principali processi polimerici: Estrusione (vite singola e doppia vite).

Flusso isotermico in canali con sezione circolare o rettangolare.

Panoramica sulla miscelazione distributiva e dispersiva - Dispositivi di miscelazione.

Panoramica: soffiaggio; Termoformatura; Calendering; Stampaggio a compressione; schiumatura; Panoramica della rotazione: Manifattura additiva; filatura delle fibre.

Fenomeni di trasporto nella lavorazione dei polimeri: analisi dimensionale e ridimensionamento.

Fenomeni di trasporto: equazioni di equilibrio e semplificazione del modello.

Fenomeni di trasporto: modelli semplici nella lavorazione dei polimeri.

Fenomeni di trasporto: meccanica dei solidi particolato.

Modellazione dello stampaggio a iniezione - Flussi isotermici e non isotermici.

Estrusione a doppia vite: applicazioni di miscele polimerica e compositi; più approfondimento delle caratteristiche di estrusione a doppia vite ed esempi di risultati di modellazione.

Lab Experience I - Melt Flow tester.

Lab Experience II - Reometro a sezione rettangolare Minilab.

Lab Experience III - Minilab come microcompounder e stampaggio a compressione.

Lab Experience IV - estrusione a doppia vite.

Lab Experience V - stampaggio a iniezione.

Ludovic Software Simulation - Un'introduzione generale, progettazione della vite e parametri geometrici.

Simulazione del software Ludovic: ricette di prodotti e analisi di Simulation Resylt.

Simulazione software Ludovic - Analisi DOE.

Ludovic Software: Casi di studio ed esercizi per gli studenti.

Syllabus
  • Introduction and presentation of the course: Historical Backgorund, general properties, macromolecular structure & molecular weight.
  • Generalities and background on polymers: Arrangement of Polymer Molecules; Copolymer and Blends.
  • Overview on polymers features: viscoelasticity, cristallinity and mechanical behaviour.
  • Polymer additives.
  • Melt Rheology: What is reology? Newton's law; Types of fluids.
  • Empyrical models for viscosity.
  • Overview and description of the main polymer processes: Extrusion (single screw and twin-screw).
  • Isothermal flow in channels with circular or rectangular section.
  • Overview on Distributive and Dispersive Mixing - Mixing Devices.
  • Overview: Blow Molding; Thermoforming; Calendering; Compression Molding; foaming; Rotational Overview: Additive Manifacturing; fiber spinning.
  • Transport Phenomena in Polymer Processing: Dimensional Analysis and Scaling.
  • Transport Phenomena: Balance Equations & Model Simplification.
  • Transport phenomena: Simple Models in Polymer Processing.
  • Transport Phenomena: Mechanics of Particulate Solids.
  • Modeling of Injection molding - Isothermal and non-isothermal flows.
  • Twin-screw extrusion: applications of polymer blends and composites; more in-depth of twin screw extrusion features and modeling result examples.
  • Lab Experience I - Melt Flow tester.
  • Lab Experience II - Minilab rectangular section rheometer.
  • Lab Experience III - Minilab as Microcompounder and Compression Molding.
  • Lab Experience IV - twin-screw extrusion.
  • Lab Experience V - Injection molding.
  • Ludovic Software Simulation - A general Introduction, Screw design and Geometry Parameters.
  • Ludovic Software Simulation: Product recipes and Simulation Resylt analysis.
  • Ludovic Software Simulation - DOE Analysis.
  • Ludovic Software: Cases studies and exercises for students.
Bibliografia e materiale didattico
  • Osswald, Tim A. Understanding polymer processing: processes and governing equations. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2017.
  • Tadmor, Zehev, and Costas G. Gogos. Principles of polymer processing. John Wiley & Sons, 2006.
  • Course Slides
Bibliography
  • Osswald, Tim A. Understanding polymer processing: processes and governing equations. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2017.
  • Tadmor, Zehev, and Costas G. Gogos. Principles of polymer processing. John Wiley & Sons, 2006.
  • Course Slides
Modalità d'esame

Progetto finale + esame orale

Assessment methods
  • Final Project + Oral Exam
Note

L'obiettivo fondamentale del corso è quello di collegare le caratteristiche dei materiali polimerici con le tecnologie di lavorazione primarie e secondarie al fine di ottenere le proprietà finali desiderate attraverso l'elaborazione e l'ottimizzazione dei parametri di processo.

Notes

The fundamental objective of the course is to connect the features of polymeric materials with primary and secondary processing technologies in order to achieve the desired final properties through processing and optimisation of process parameters.

Updated: 02/11/2023 18:40