Materiali: la laminazione

Schizzo di un laminatoio - Leonardo da Vinci - 1485

"...within which is placed the sheet metal band I, Snugly fillig said groove..."

Le lastre di materiale metallico sono ottenute per laminazione, che può essere condotta sia ad elevata temperatura, così da poter deformare il materiale senza eccessivo sforzo, sia a bassa temperatura, per imporre delle deformazioni più limitate e lasciare uno stato di incrudimento che innalza le caratteristiche resistenziali del laminato. 

La lavorazione dei metalli è un'arte antica. Non è facile datare la prima lamiera: materiali molto duttili come oro e argento venivano lavorati a freddo, martellati con pietre fino a raggiungere fogli molto sottili, che venivano in seguito utilizzati per creare gioielli, armature e per rivestire gli scudi di legno. 

La vera svolta nella lavorazione dei metalli avvenne con l'introduzione del laminatoio. Non è noto chi abbia creato il primo laminatoio: uno dei primi disegni è di Leonardo da Vinci che nel 1480 descrive per la prima volta la possibilità di far passare un materiale tra due rulli cilindrici paralleli per modificarne lo spessore. La prima applicazione pratica dei laminatoi fu fatta per metalli diversi dal ferro, e più specialmente per piombo e stagno che potevano essere facilmente deformati anche a freddo.  

Materiali: la gomma tra 700 e 800

Fino alla scoperta del caucciù in Europa non esisteva un materiale elastico sufficientemente impermeabile all'acqua e all'aria: chimici e pompieri dovevano accontentarsi di manichette di cuoio, che perdevano ad ogni cucitura; stivali e abiti da pioggia non erano mai del tutto impermeabili. Il problema principale per gli europei era, a quel tempo, la difficoltà di conservare il caucciù: il lattice non si conservava a lungo e non poteva perciò essere spedito in Europa in forma liquida, ma solo una volta secco, quando diveniva troppo denso e duro per poter essere lavorato.

I primi prodotti in gomma avevano due inconvenienti: a temperature normali erano appiccicosi, e lo diventavano ancora di più quando faceva caldo; quando faceva freddo diventavano rigidi e fragili.

1770 → il chimico e naturalista inglese Joseph Priestley scoprì che la gomma, sfregata sulla carta, ne cancellava i segni di matita: il nuovo prodotto prese il nome di "india-rubber" (dal verbo to rub = sfregare).

1783 → si osserva che la gomma risulta impermeabile ai gas e solubile in trementina: creazione del primo tessuto impermeabile rivestito da una sottile ed omogenea pellicola di gomma (i fratelli Montgolfier ne seppero fare buon uso.)

Hancock's Pickle

1803 → viene fondata a Parigi la prima fabbrica di gomma.

1818 → James Syme, uno studente di medicina, scopre che il benzene è un buon solvente per la gomma; Charles Macintosh, un industriale di Glasgow, crea uno speciale tessuto idrorepellente saldando due tessuti di lana con uno strato di caucciù: nasce il primo impermeabile.

1820 → Thomas Hancock scopre la masticazione: la lacerazione di blocchi di gomma grezza per mezzo di organi dotati di punte. Il prodotto così ottenuto si presentava molto più facilmente lavorabile rispetto alla gomma grezza. Hancock realizza il “masticator”, macchina gigante che divorando vecchi impermeabili rotti produceva grandi blocchi di gomma, che poteva in questo modo essere riutilizzata piuttosto che buttata via.

1838 → viene identificato il componente principale del caucciù: un idrocarburo identificato come isoprene che all’epoca si poteva produrre sinteticamente utilizzando limonene (l’essenza degli agrumi) o la trementina.

Charles Goodyear

1839 → Charles Goodyear, un commerciante americano in bancarotta, scopre casualmente la reazione di vulcanizzazione quando, durante la dimostrazione del suo ultimo esperimento, per l'agitazione il campione di gomma gli vola dalle mani atterrando su una stufa calda. Al suo interno, invece di una melassa tenera, trova dei frammenti internamente carbonizzati con un orlo marrone asciutto e perfettamente elastico. La gomma naturale trattata con zolfo, biacca (carbonato basico di piombo) e calore si trasforma in un materiale elastico e tenace, resistente all’invecchiamento. Questa scoperta è spesso citata come uno degli "incidenti" più celebri della storia, ma per Goodyear gli affari non andarono mai bene: i suoi brevetti non depositati in tempo, furono invece la fortuna del già citato Hancock.  

Materiali: le origini della gomma

Hevea Brasiliens

"upon the inner end of the neck is placed the tight-fitting band M, of rubber or like material..."

Le prime notizie che in Europa si hanno sulla gomma sono datate all'inizio del 1500, quando alcuni spagnoli di ritorno dal "Nuovo Mondo" riferiscono di una sostanza che i nativi ricavavano da una pianta che cresceva nelle foreste pluviali: l' Hevea Brasiliensis (albero della gomma).

La prima descrizione di questa pianta proviene da Charles-Marie de Condamine, matematico e geografo francese che nel 1736 partì a capo di una missione scientifica allo scopo di misurare la lunghezza di un grado di longitudine all'equatore. Si imbatté nei Tsachali, popolo indigeno della foresta pluviale ecuadoriana, che gli mostrò come, tagliando superficialmente la corteccia dell’Hevea, ne fuoriusciva un liquido lattiginoso bianco chiamato caoutchouc (legno che piange). Quest'ultimo veniva in genere usato per rendere impermeabile qualunque cosa, perfino le canoe con cui risalivano il fiume.

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Contesto storico: The Gilded Age

Distribuzione della popolazione nel 1890: passa da 5 a 90 milioni di
abitanti in meno di un secolo 

Negli Stati Uniti, dopo le guerre di Indipendenza (1775-1783) e la Guerra di Secessione (1861-1865), vi è un periodo di straordinaria espansione territoriale, demografica ed economica che va dal 1870 al 1900 c.ca: è la Gilded Age, termine tratto dal romanzo del 1873 dello scrittore Mark Twain intitolato "The Gilded Age: A Tale of Today", satira di un'epoca di gravi problemi sociali mascherati da una sottile doratura.

In questo periodo si delinea una suddivisione che assegna al Nord la produzione di manufatti, al Sud di materie prime industriali (cotone e tabacco) e ad Ovest di prodotti alimentari (grano e carne). 

L'abbondanza di materie prime, il ritardo degli effetti della prima rivoluzione industriale e la scarsità di manodopera ad alta professionalizzazione configurano un sistema industriale che tende rapidamente a meccanizzare il più possibile i "mestieri complessi".

Manhattan, 1890

L'aumento rapido della dimensione delle città, con un sistema di disegno urbano del laissez faire, è impostato su una griglia ortogonale che lascia totale libertà agli investitori privati, con un conseguente sfruttamento dei suoli.  La grande ricchezza proveniente dalla continua acquisizione di terreni e risorse sottratti ai nativi, insieme all'imponente immigrazione di manodopera a basso costo, permette ai boss dell’edilizia di plusvalorare le rendite: aumenta enormemente il divario tra ricchi (2% della popolazione) ed il resto della popolazione che vive ad un livello di povertà esorbitante.

Per garantire il consenso della classe lavoratrice immigrata viene loro fornito un minimo di comfort e standard igienico in modo da non cadere nel degrado delle comunità nere che, dopo la Guerra Civile, costituiscono il gradino più basso della scala sociale e la cui separazione dagli altri poveri è mantenuta ben evidente.

10 maggio 1869:
inaugurazione della prima ferrovia transcontinentale

La seconda metà del 1800 è caratterizzata dalla conquista del West, prima con treni a vagoni e navi fluviali e poi grazie al completamento nel 1869 della prima ferrovia transcontinentale che collega il sistema ferroviario degli Stati della costa atlantica con la California e l'Oceano Pacifico.

L'esercito degli Stati Uniti combatte frequenti guerre su piccola scala con i nativi americani, mentre i coloni invadono le loro terre: gradualmente gli Stati Uniti conquistano le terre tribali dei nativi americani ed estinguono le loro rivendicazioni, costringendo la maggior parte di loro a vivere in riserve sovvenzionate.

Termini chiave

hose-fitting → giunto 

"Organo di accoppiamento tra gli elementi mobili di una trasmissione, o anche di collegamento tra i pezzi costitutivi di una serie continua (per es. tra le estremità di due tubi)"

coupling → raccordo 

"Elemento di giunzione delle condutture che permette l’unione sotto diverso angolo dei tratti di tubo: è caratterizzato dalle dimensioni dei tubi da raccordare"

internally-threaded → filettato internamente

"Adorno o munito di uno o più filetti: elementi continui elicoidali che rendono possibile il movimento avvitante" 

sleeve → boccola
"Cuscinetto a strisciamento formato da un solo pezzo, elemento cilindrico cavo che, negli accoppiamenti rotoidali, è interposto fra il supporto e il perno allo scopo di ridurre gli attriti e l’usura dei materiali"

neck → collo

"Parte assottigliata e ristretta del tubo"

annular shoulder → ghiera/colletto anulare o anello di tenuta
"Anello metallico provvisto internamente di filettatura che fascia una superficie cilindrica"

groove → scanalatura 
"Incavo di limitata profondità e larghezza, e di un certo sviluppo in lunghezza, eseguito su oggetti di pietra, legno, metallo o altri materiali, per necessità tecniche e funzionali o per ornamento"

coarse → ruvida 
"Superficie non liscia, non levigata, aspra al tatto"

washer → guarnizione
"Elemento di varia forma e natura inserito fra due superfici generalmente metalliche, fisse o mobili, allo scopo di assicurare la tenuta rispetto a un fluido"

prongs → punte

"Parti terminali aguzze, spigoli di taglio"

to bind → fissare
"Rendere fisso, stabile, fermo"

leakage → fuoriuscita/perdita 
"Uscita di un liquido o di un gas dal luogo che lo contiene"

edge → margine/spigolo
"Parte estrema ai due lati, o tutto intorno, di una superficie qualsiasi"

to encompass → circondare
 "Essere disposto tutt’intorno, contenere in sé"

water-supply pipe → tubo di approvvigionamento idrico
"Sistema di adduzione o di approvvigionamento per la distribuzione dell'acqua calda e fredda alle varie utenze di un edificio"

Brevetto US589216 - Raccordo con tubo Mannesmann

Nella Figura1 è rappresentata la sezione del tubo (A), il raccordo alla fine del tubo (B), che comprende la solita boccola filettata (C) ed il collo (D). Una delle estremità del collo termina con una ghiera (E), ed accanto a questa il colletto (F). Tra quest'ultimo e l'anello di tenuta (G) si trova un'ampia scanalatura anulare (H) sulla quale è posizionata una ghiera metallica ad incastro (I), le cui estremità sono tagliate diagonalmente a formare delle punte (K) che ricoprono l'intera superficie della ghiera. All'estremità interna del collo è collocata una stretta guarnizione di gomma (M), più spessa dell'anello di tenuta, e di una lunghezza tale da terminare oltre il collo per prevenire perdite.

La Figura2 descrive la sezione di un sistema di giunzione rapida per tubazioni di condotta: l'avvicinamento di due dispositivi - illustrati nella Figura 1- (esclusa la boccola filettata che serve ad unire il dispositivo con le tubature standard) uguali e specularmente opposti, comporta una rotazione dei denti d'innesto in opposte scanalature oblique che portano ad un serraggio a tenuta su guarnizione una volta arrivate a fine corsa.

Punto di partenza

Raccordo di giunzione - Brevetto US589216A

HOSE FITTING

Adam McKee

31/08/1897
USA

Tale brevetto rappresenta una delle prime sperimentazioni per la giunzione rapida di tubazioni di condotta acqua: realizzato da Adam McKee, cittadino americano residente in New Yersey verso la fine dell'800, ha lo scopo di diminuire i tempi di realizzazione degli impianti idraulici. Il dispositivo funziona sul sistema rotatorio della parte interna su scanalatura obliqua destrorsa/sinistrorsa, fino al completo serraggio e conseguente tenuta della pressione dell'acqua.

Questo tipo di dispositivo poteva essere utilizzato per impianti idrico-sanitari in edifici domestici e industriali, per tubazioni di condotta stradali e per sistemi di canalizzazione e drenaggio.


L'idea probabilmente prese ispirazione dai sistemi in corso di studi e realizzazione verso la fine del XIX sec per la chiusura ermetica delle armi a retrocarica, che funzionavano mediante otturatori ad apertura / serraggio rotativo.