{"id":22751,"date":"2023-10-12T03:47:02","date_gmt":"2023-10-12T01:47:02","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2023\/10\/12\/i-materiali-compositi\/"},"modified":"2023-10-12T03:47:02","modified_gmt":"2023-10-12T01:47:02","slug":"i-materiali-compositi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2023\/10\/12\/i-materiali-compositi\/","title":{"rendered":"I materiali compositi"},"content":{"rendered":"
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Quello dei materiali compositi \u00e8 un mondo tanto vasto quanto interessante, in grado di aprire infinite possibilit\u00e0 in fase di progettazione<\/strong> in settori molto diversi tra loro, dall\u2019edilizia alla nautica, dal biomedicale all\u2019aerospace, allo sport e tempo libero \u2013 solo per citarne alcuni. <\/em><\/p>\n

Con una serie di articoli<\/strong> vogliamo offrire una panoramica pi\u00f9 completa possibile su questa classe di materiali a disposizione del progettista, partendo dalla storia<\/strong> e dalla classificazione<\/strong> per arrivare ai biocompositi<\/strong> e ai temi della sostenibilit\u00e0 ed economia circolare, attraverso un excursus sui campi d\u2019impiego<\/strong> e sulle tecnologie di produzione<\/strong>. Iniziamo con un cenno alla storia dei compositi<\/strong> e alla loro classificazione<\/strong>.<\/em><\/p>\n

PARTE I<\/h4>\n

di Simonetta Pegorari<\/em><\/p>\n

Un po\u2019 di storia<\/h5>\n

I mattoni di paglia tritata mescolata col fango e asciugati al sole, sono un classico esempio di materiale composito, dove la matrice \u00e8 il fango e il rinforzo \u00e8 la paglia. L\u2019utilizzo di materiali fibrosi \u00e8 molto antico<\/strong>, gli egiziani costruivano cos\u00ec le loro case, con mattoni molto pi\u00f9 performanti di quelli senza il rinforzo, con una maggiore resistenza a trazione. Interessante notare che questa tecnica antichissima, oggi sta tornando in auge grazie alla bioedilizia.<\/p>\n

Questo tipo di mattoni viene tuttora<\/strong> utilizzato in Africa e nei paesi in via di sviluppo. Lo stesso principio (paglia+fango) veniva adottato anche in epoche successive, per rinforzare il terreno dei terrapieni e delle mura ottenendo maggiore resistenza. Nel corso dei secoli le tecniche di costruzione con materiali che possiamo definire compositi si sono evolute fino ad arrivare agli antichi romani con l\u2019invenzione del calcestruzzo che utilizzava la calce mescolata con l\u2019acqua con l\u2019aggiunta di pozzolana e di pezzi di pietra costruendo opere che ancora oggi possiamo ammirare. Il grande salto di qualit\u00e0, i compositi lo conosceranno nei primi anni del \u2018900<\/strong> con la produzione della resina fenolica fino agli anni \u201940<\/strong> quando la Seconda guerra mondiale port\u00f2 allo sviluppo di nuovi materiali utilizzati in aeronautica e per la costruzione di apparecchiature elettriche. Da allora la ricerca ha progredito molto velocemente fino ad arrivare ai sofisticati e complessi compositi che oggi sono utilizzati in ogni settore industriale.<\/p>\n

Cosa sono i materiali compositi e come si formano<\/h5>\n

Nella sua forma pi\u00f9 elementare un materiale composito \u00e8 composto da almeno due
\nelementi che lavorano insieme per produrre un materiale con propriet\u00e0 diverse
\nda quelli dei componenti.<\/p>\n

In pratica, la maggior parte dei compositi \u00e8 costituita da un materiale detto \u201cmatrice\u201d<\/strong> e da un rinforzo<\/strong> che ha il compito di aumentare la resistenza e la rigidit\u00e0 della matrice. Quando alla matrice si aggiunge un materiale di rinforzo, il prodotto che ne deriva<\/strong> \u00e8 uno dei pi\u00f9 resistenti e versatili immaginabili.<\/p>\n

Dalla Seconda guerra mondiale in poi<\/strong>, la ricerca nel campo dei materiali compositi si \u00e8 sviluppata continuamente e dagli anni \u201980 del \u2018900<\/strong> la tecnologia avanzata \u00e8 entrata sempre pi\u00f9 nel settore. I compositi sono utilizzati in una gamma infinita di applicazioni<\/strong>: medicale e design, aerospaziale e automotive, come pure edile e ferroviario; infinito \u00e8 l\u2019elenco dei campi di utilizzo per questi materiali<\/strong>.<\/p>\n

Sinonimo di composito \u00e8 l\u2019acronimo FRP (fiber reinforced plastics)<\/strong> che rappresenta la combinazione fra una resina polimerica (poliestere, epossidica, vinilestere, fenolica) e una fibra di rinforzo che pu\u00f2 essere vetro, carbonio, kevlar e perfino canapa, bamb\u00f9, lino (nel caso dei biocompositi). A questi elementi di base si aggiungono altri materiali per modificare e migliorare il prodotto finale. Quindi, attenzione a non confondere composito e plastica!<\/strong> (ph.fibra di vetro, ph.fibra di carbonio). (ph.kevlar, ph.lino)<\/em><\/p>\n

Caratteristiche dei materiali compositi<\/h5>\n

Caratteristiche dei compositi sono leggerezza, resistenza alla trazione, all\u2019impatto, alla corrosione, stabilit\u00e0 dimensionale, facilit\u00e0 di installazione e possibilit\u00e0 di ottenere praticamente qualsiasi forma e finitura. Per progettare con i materiali compositi<\/strong> si devono conoscere molto bene materiali e tecniche di lavorazione e aver chiari i risultati che si vogliono ottenere.
\n\u00c8 fondamentale la scelta dei tessuti di rinforzo e delle resine da utilizzare. Si tratta di un settore industriale in pieno sviluppo<\/strong>, sia dal punto di vista della ricerca applicativa sia dal punto di vista economico. Forse non tutti sanno che l\u2019Italia \u00e8 il terzo produttore europeo di materiali compositi.<\/strong><\/p>\n

Oggi, i compositi rappresentano una opportunit\u00e0 supplementare nel settore dei materiali. Si vanno ad aggiungere ad un campo di possibilit\u00e0 in cui essi, unitamente ad altri tipi di materiali e sfruttando i processi di trasformazione e di produzione, danno luogo a una nuova categoria di materiali avanzati.<\/p>\n

Infinite possibilit\u00e0 per i progettisti<\/h5>\n

Davanti al progettista si apre uno scenario nel quale non \u00e8 pi\u00f9 vincolato da scelte obbligate; ci\u00f2 che si trova di fronte \u00e8 la concorrenza di diversi materiali con propriet\u00e0 e caratteristiche proprie che, soltanto con uno studio approfondito e sperimentazioni mirate, \u00e8 possibile determinare con esattezza. Negli anni, l\u2019utilizzo dei compositi ha comportato sviluppi innovativi e la loro produzione \u00e8 aumentata in maniera esponenziale. La scelta di questi materiali e la sperimentazione condotta su di essi \u00e8 la causa primaria delle profonde variazioni che la loro natura ha subito ed \u00e8 la conseguenza della specializzazione dell\u2019ingegneria in settori di applicazione diversificati e specifici.
\nDato che il composito \u00e8 costituito da una combinazione di materiali diversi, le sue
\npropriet\u00e0 meccaniche e fisiche risultano essere superiori rispetto a quelle possedute dai singoli materiali che lo compongono.<\/p>\n

Classificazione<\/h5>\n

I compositi pi\u00f9 comuni possono essere suddivisi in cinque gruppi principali:<\/p>\n

Compositi a matrice polimerica<\/em><\/strong> \u2013 Conosciuti anche come FRP \u2013 Fiber Reinforced Polymers (o Plastics) \u2013 questi materiali utilizzano una resina a base polimerica come matrice e una variet\u00e0 di fibre come vetro, carbonio e aramide ecc., come rinforzo. Sono i pi\u00f9 comuni.<\/p>\n

Compositi a matrice metallica<\/em><\/strong> \u2013 Metal Matrix Composites (MMC) \u2013 Sempre pi\u00f9 diffusi nell\u2019industria automobilistica, questi materiali usano come matrice un metallo tipo l\u2019alluminio che viene rinforzato con fibre.<\/p>\n

Compositi a matrice ceramica (CMC)<\/em><\/strong> \u2013 Utilizzati per ambienti con temperature molto elevate, questi materiali utilizzano una ceramica come matrice e la rinforzano con fibre corte.<\/p>\n

Biocompositi<\/strong> \u2013 Recentemente, con l\u2019aumentare dei problemi legati all\u2019inquinamento e la ricerca di nuove fonti di energia rinnovabile, \u00e8 sempre maggiore l\u2019interesse nei prodotti naturali che riducano l\u2019impatto ambientale. Nel campo specifico dei compositi, la ricerca si sta concentrando soprattutto sull\u2019utilizzo delle fibre naturali.
\nSono chiamati biocompositi quei tipi di FRP che derivano completamente o parzialmente dalle piante. Da una decina d\u2019anni l\u2019interesse per questi prodotti \u00e8 continuamente cresciuto e in molti casi si \u00e8 arrivati all\u2019utilizzo industriale di biocompositi.\u00a0 Per esempio, le fibre naturali corte e la polvere di legno sono usate come filler in edilizia, mentre componenti automobilistici come cruscotti e pannellature, interni non strutturali per aerei, treni, barche ecc. sono prodotti con tessuti di rinforzo a fibra lunga che si ottengono da lino, canapa, bamb\u00f9, iuta, sono utilizzati per sostituire la fibra di vetro.<\/p>\n

Nanocompositi <\/em><\/strong>\u2013 I\u00a0nanocompositi polimerici sono molto importanti nel campo della scienza dei materiali negli ultimi due decenni. Anche se lo sviluppo di questa tecnica promettente \u00e8 solo agli inizi, ha un futuro emergente in varie applicazioni. I nanocompositi polimerici hanno un grande potenziale.<\/p>\n

Applicazione dei nanocompositi: i nanocompositi polimerici con le loro combinazioni di propriet\u00e0 senza precedenti e le eccezionali possibilit\u00e0 di progettazione si stanno affermando come materiali ad alte prestazioni del ventunesimo secolo e sono utilizzati in molteplici tecnologie all\u2019avanguardia.<\/p>\n

La tecnologia dei nanocompositi prevede l\u2019utilizzo di piccolissime quantit\u00e0 di nanofillers che pu\u00f2 avere un forte impatto sulle propriet\u00e0 macroscopiche del nanocomposito polimerico. Le propriet\u00e0 dei nanocompositi sono di gran lunga superiori ai compositi convenzionali poich\u00e9 i materiali organici-inorganici su nanoscala sono mescolati a livello quasi molecolare nei primi. Nei nanocompositi, c\u2019\u00e8 un sostanziale miglioramento di alcune propriet\u00e0 rispetto al polimero di base.<\/p>\n

Propriet\u00e0 meccaniche migliorate (ad es. resistenza, modulo e stabilit\u00e0 dimensionale);<\/p>\n

Ridotta permeabilit\u00e0 ai gas, all\u2019acqua e agli idrocarburi; miglioramento della stabilit\u00e0 termica e della temperatura di distorsione termica (HDT); coefficiente di dilatazione termica ridotto; ritardante di fiamma migliorato; ecc.<\/p>\n

I nanocompositi sono promettenti per l\u2019uso in vari settori come quello automobilistico, aerospaziale, difesa e biomedicina. I nanocompositi consentono scelte progettuali e caratteristiche impossibili con i compositi convenzionali. Grazie alla loro leggerezza e multifunzionalit\u00e0, i nanocompositi soddisfano le esigenze senza compromettere l\u2019estetica e il comfort dei tessuti. Nei tessuti intelligenti, i nanocompositi prendono parte, tra gli altri, a sensori, attuatori, mediatori, biosensori, termoregolazione, accumulo di energia ed elementi di raccolta. I nanocompositi sono particolarmente promettenti per aree di nicchia sofisticate. I nanocompositi hanno gi\u00e0 iniziato ad essere utilizzati in numerose applicazioni; tuttavia, ci sono ancora diverse aree potenziali in cui i nanocompositi possono essere utilizzati in futuro.<\/p>\n

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Classificazione dei nanocompositi<\/div>\n
I nanocompositi possono essere classificati in tre gruppi in termini di matrici: Nanocompositi a matrice ceramica \u2013 Nanocompositi a matrice metallica \u2013 Nanocompositi a matrice polimerica<\/div>\n<\/div>\n

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Vai alla fonte.<\/a><\/p>\n

Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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