{"id":22857,"date":"2023-11-17T03:44:19","date_gmt":"2023-11-17T02:44:19","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2023\/11\/17\/compositi-i-settori-di-impiego\/"},"modified":"2023-11-17T03:44:19","modified_gmt":"2023-11-17T02:44:19","slug":"compositi-i-settori-di-impiego","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2023\/11\/17\/compositi-i-settori-di-impiego\/","title":{"rendered":"Compositi: i settori di impiego"},"content":{"rendered":"
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Si dice che l\u2019utilizzo dei compositi sia trasversale a tutti i settori industriali. Questo a causa della loro adattabilit\u00e0 alle diverse situazioni e della relativa facilit\u00e0 di combinazione con altri materiali per servire a scopi specifici e mostrare propriet\u00e0 desiderabili. Cerchiamo di analizzarne l\u2019impiego in alcuni settori maggiormente strategici<\/strong><\/p>\n

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

Aeronautica<\/strong><\/h5>\n

I primi componenti aeronautici in compositi strutturali, introdotti negli anni 1950-60, erano realizzati in GFRP. Successivamente, a causa dell\u2019elevata resistenza e rigidit\u00e0 combinate con la bassa densit\u00e0, i compositi di fibra di carbonio (CFRP) sono stati preferiti.<\/p>\n

Le applicazioni per gli aerei commerciali e militari, elicotteri, droni<\/strong> ecc. rappresentano gli utilizzi pi\u00f9 importanti dei compositi. Gli aerei, a differenza di altri veicoli, devono porre maggiore enfasi sulla sicurezza e sul peso utilizzando materiali con elevate propriet\u00e0 specifiche.<\/p>\n

I compositi rinforzati con fibra di vetro e<\/strong> soprattutto con fibra di carbonio<\/strong>, sono i materiali pi\u00f9 utilizzati come risultato di una tecnologia avanzata che \u00e8 andata oltre il design e l\u2019applicazione.<\/p>\n

Nei casi in cui i valori elevati dei moduli di elasticit\u00e0 sono meno importanti, la fibra di vetro \u00e8 l\u2019opzione naturale; tuttavia, l\u2019uso \u00e8 limitato alle basse temperature, solitamente inferiori a 121\u00b0C.<\/p>\n

L\u2019uso di compositi rinforzati con fibre<\/strong> \u00e8 diventato un\u2019alternativa sempre pi\u00f9 allettante ai metalli convenzionali per molti componenti aeronautici principalmente a causa della loro maggiore resistenza, durata, resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica e caratteristiche di tolleranza ai danni. I compositi offrono anche una maggiore flessibilit\u00e0<\/strong> perch\u00e9 il materiale pu\u00f2 essere adattato per soddisfare i requisiti di progettazione e offrono anche significativi vantaggi in termini di peso. Le singole parti in composito sono circa il 20-30% pi\u00f9 leggere delle loro controparti metalliche convenzionali. Gli aeroplani (quasi) interamente in composito sono ora una realt\u00e0, i progressi nell\u2019uso dei materiali compositi dovrebbero consentire un\u2019ulteriore riduzione del peso strutturale dell\u2019aeroplano. Le fibre pi\u00f9 usate sono il carbonio, l\u2019aramide (Kevlar), il vetro e i loro ibridi. La matrice di resina \u00e8 generalmente un sistema a base epossidica che richiede temperature di indurimento comprese tra 120\u00b0 e 180\u00b0C (250\u00b0 e 350\u00b0F).<\/p>\n

Per i velivoli leggeri<\/strong> e i componenti strutturali poco caricati, la GFRP<\/strong> \u00e8 diventata uno dei materiali standard. Per le applicazioni non strutturali negli interni, come cappelliere, pannelli delle pareti laterali, soffitti, cambuse, pareti divisorie, rivestimenti del pavimento del carico, ecc. sono spesso realizzati in materiali compositi rinforzati con fibre naturali.<\/p>\n

Le prassi del traffico aereo stanno cambiando radicalmente e le nuove applicazioni devono essere al servizio delle nuove tendenze. L\u2019impegno dell\u2019aeronautica \u00e8 nei confronti del cambiamento climatico con una crescente domanda di applicazioni e metodi di produzione sostenibili per ridurre l\u2019impronta globale.<\/p>\n

Trasporti <\/strong><\/h5>\n

Nell\u2019industria dei trasporti, su gomma o su rotaia<\/strong>, i compositi sono ovunque. Il rapporto resistenza-peso \u00e8 superiore rispetto ad altri materiali. La loro rigidit\u00e0 e l\u2019economicit\u00e0 offerta, oltre alla facile disponibilit\u00e0 di materie prime, li rendono la scelta ovvia per le applicazioni nei trasporti di superficie.<\/p>\n

Nei veicoli per il trasporto pesante, i compositi GFRP vengono utilizzati nella lavorazione di componenti con un rapporto costo-efficacia. Mentre gli epossidici rinforzati con fibre di carbonio sono molto utilizzati nelle auto con alte prestazioni e di alta gamma.<\/p>\n

Le resine poliestere fibrorinforzate<\/strong> sono state le prime applicazioni dei compositi nel trasporto su strada. Utilizzando una variet\u00e0 di rinforzi, il poliestere ha continuato ad essere utilizzato per migliorare il sistema e altre applicazioni. Vengono utilizzati diversi metodi di produzione. La selezione del materiale \u00e8 data dalla natura finale del componente, dal volume richiesto, oltre che dall\u2019economicit\u00e0 e dalla resistenza meccanica. I componenti che necessitano di verniciatura convenzionale sono generalmente realizzati con resine termoindurenti, mentre i termoplastici sono utilizzati per costruire parti stampate e pigmentabili. Il poliestere rinforzato stampato a pressione possiede la capacit\u00e0 di produrre pezzi di grandi dimensioni in volumi considerevoli con un rapporto costo-efficacia.<\/p>\n

Nella produzione di parti non strutturali delle auto, le fibre di vetro<\/strong>, e soprattutto le fibre di origine naturale come lino, canapa e sisal<\/strong> trovano solitamente il massimo utilizzo. I problemi ambientali e la ricerca di materiali riciclabili e meno inquinanti, ha spinto la ricerca per trovare applicazioni in cui le fibre naturali costituiscono il materiale di rinforzo dominante nella resina poliestere, in parti in cui sono richieste propriet\u00e0 meccaniche specifiche.<\/p>\n

Le propriet\u00e0 finali dei materiali compositi oltre che dalle specifiche propriet\u00e0 dei costituenti, rinforzo e matrice, sono intrinsecamente legate alle tecniche di fabbricazione dei semiprodotti e dei prodotti finali.<\/strong><\/p>\n

Non basta, perci\u00f2, limitarsi a scegliere il tipo di materiali, \u00e8 di fondamentale importanza considerare le tecniche di associazione dei singoli componenti al fine di garantire la qualit\u00e0 del prodotto.<\/p>\n

I costi di produzione dei FRP sono in relazione ai dispositivi e dagli strumenti utilizzati per produrli.<\/p>\n

Alcune parti complesse di veicoli commerciali leggeri, possono essere stampate a compressione. Le tecnologie all\u2019avanguardia di stampaggio, lavorazione con utensili e fabbricazione hanno aperto possibilit\u00e0 di una maggiore produzione di veicoli che utilizzano poliesteri rinforzati. Nei veicoli commerciali, anche l\u2019estetica \u00e8 importante cos\u00ec come l\u2019aspetto funzionale. Poich\u00e9 un veicolo commerciale \u00e8 un investimento di capitale, sono i rendimenti di tale investimento che vengono considerati. Il tasso di rendimento dipende dal costo iniziale, dalla durata e dai costi di manutenzione.<\/p>\n

La FRP<\/strong> \u00e8 un vantaggio perch\u00e9 ha tempi di consegna pi\u00f9 brevi e il costo degli utensili \u00e8 notevolmente pi\u00f9 economico. I tempi per il lancio di un nuovo modello vengono mantenuti facilmente, poich\u00e9 il tempo che intercorre tra la produzione e l\u2019introduzione sul mercato pu\u00f2 essere perfettamente coordinato.<\/p>\n

La resistenza alla corrosione e all\u2019impatto rende i compositi ampiamente utilizzati nei pannelli sotto i paraurti anteriore e posteriore. Il parametro cruciale \u00e8 la riduzione del peso poich\u00e9 influisce direttamente sull\u2019efficienza, sul carico utile e sull\u2019economia. La durabilit\u00e0 \u00e8 il fattore principale in quanto questi veicoli comportano investimenti di capitale. Il tempo richiesto, il costo e la frequenza della manutenzione si aggiungono sostanzialmente ai costi totali. Pertanto, \u00e8 naturale cercare di ridurre al minimo questi fattori. Il GFRP \u00e8 ampiamente utilizzato in varie parti dei camion.<\/p>\n

Le propriet\u00e0 a fatica dei materiali e il peso ridotto, la capacit\u00e0 di sopportare le sollecitazioni dovute al calore del motore e le vibrazioni stradali a bassa frequenza sono caratteristiche che favoriscono l\u2019utilizzo dei compositi nei camion e in altri veicoli pesanti. Anche il mercato dei pick-up e rimorchi realizzati GFRP \u00e8 in crescita. a prezzi competitivi.<\/p>\n

Nautica&Tempo Libero<\/strong><\/h5>\n

I materiali compositi polimerici sono stati utilizzati in barche, navi, sommergibili, strutture offshore e altre applicazioni strutturali nautiche per circa 50 anni. In questo periodo sono stati compiuti notevoli progressi nella comprensione del comportamento di questi materiali e le strutture su misura in termini di meccanica, termica ecc. Anche le considerazioni sulla lavorazione e sulla produzione hanno ricevuto molta attenzione portando a tecnologie costruttive molto complesse. Si prevede che il mercato dei compositi marini crescer\u00e0 a un tasso del 7,40%\u00a0durante il periodo di previsione dal 2022 al 2029. Il recente rapporto di una ricerca di mercato dedicata all\u2019utilizzo dei compositi marini, fornisce analisi e approfondimenti su vari fattori che dovrebbero prevalere durante il periodo di previsione, fornendo al contempo il loro impatto sulla crescita del mercato.\u00a0La crescente domanda di prodotti per varie applicazioni industriali sta guidando la crescita del mercato dei compositi marini.<\/p>\n

La tendenza verso i materiali compositi marini<\/strong> con propriet\u00e0 migliori rispetto ad altre alternative e la crescente domanda di imbarcazioni e yacht ad alta velocit\u00e0, a motore e di lusso stanno accelerando la crescita del mercato.\u00a0I materiali compositi sono ampiamente utilizzati nella produzione di imbarcazioni da diporto con motori pi\u00f9 efficienti, con basse caratteristiche magnetiche, migliorate caratteristiche di smorzamento del rumore ed elevato rapporto resistenza\/peso, influenzando ulteriormente il mercato.\u00a0Inoltre, l\u2019aumento degli investimenti, la rapida industrializzazione, le attivit\u00e0 di navigazione marittima e il movimento di merci transfrontaliero stanno avendo un impatto positivo sul mercato dei compositi marini.<\/p>\n

Il mercato dei compositi marini \u00e8 segmentato in base a tipo composito, tipo di fibra, tipo di resina e tipo di imbarcazione.<\/p>\n

Tuttavia, c\u2019\u00e8 ancora un\u2019aria di conservatorismo<\/strong> e persino di esitazione specificando soluzioni a base di compositi polimerici per diverse applicazioni. Questo \u00e8 dovuto a dubbi su nuovi modi di utilizzare materiali esistenti o di utilizzare nuovi e materiali esistenti in nuove applicazioni. Ci\u00f2 implica la necessit\u00e0 di ulteriori lavori per migliore applicazione e uso di materiali compositi nella nautica.<\/p>\n

Le sfide chiave per il futuro sono duplici.<\/p>\n

Innanzitutto, sul fronte economico<\/strong>, \u00e8 necessario garantire che le spese di costruzione e i costi operativi di navi, barche e altri manufatti marini siano ottimizzati. In secondo luogo, con una preoccupazione sempre crescente per la sostenibilit\u00e0, \u00e8 importante apprezzare e comprendere i problemi del ciclo di vita da un punto di vista punto di vista dell\u2019impatto ambientale.<\/p>\n

Comunque, i materiali compositi sono stati utilizzati dall\u2019industria nautica<\/strong> da lungo tempo e come detto, il loro utilizzo continua a crescere. La mancanza di corrosione, la (relativamente) bassa manutenzione richiesta, la flessibilit\u00e0 di progettazione e la possibilit\u00e0 di produrre parti molto grandi e resistenti in un unico pezzo, hanno contribuito alla diffusione dei compositi. Oltre alle imbarcazioni da diporto, sono state prodotte anche parti di grandi imbarcazioni militari e commerciali e scafi di navi<\/strong>. A bordo delle navi sono utilizzati grandi serbatoi in GFRP per carburante, acqua e merci.<\/p>\n

I compositi hanno anche avuto un grande impatto nel settore degli articoli sportivi<\/strong>, sostituendo i materiali tradizionali a un ritmo rivoluzionario. Applicazioni quali aste di mazze da golf, canne da pesca, racchette da tennis, attrezzatura da sci, attrezzature per la nautica, caschi per motorsport e molti altri prodotti per attrezzature sportive vengono ora prodotti quasi esclusivamente utilizzando compositi avanzati. Nella maggior parte dei casi, il cambiamento del materiale si \u00e8 tradotto in un miglioramento delle prestazioni e della sicurezza degli utilizzatori.<\/p>\n

Edilizia&Costruzioni<\/strong><\/h5>\n

Quale sar\u00e0 il futuro dei compositi nell\u2019ambito dell\u2019industria delle costruzioni?<\/p>\n

Edilizia e ingegneria civile rappresentano il terzo pi\u00f9 grande mercato in crescita per l\u2019industria dei compositi negli Stati Uniti, in Europa le previsioni non sono a questo livello ma sicuramente i compositi polimerici rinforzati in fibra (FRP) vengono utilizzati sempre pi\u00f9 frequentemente. Le qualit\u00e0 dei materiali compositi che influiscono maggiormente sulla scelta sono l\u2019elevata resistenza specifica, la possibilit\u00e0 di ridurre i tempi di costruzione, la flessibilit\u00e0 di progettazione e la ridotta manutenzione necessaria.<\/p>\n

In questo ambito, tema di grande interesse \u00e8 il settore opere pubbliche quali a esempio la costruzione di ponti, viadotti e gallerie. La gran parte delle infrastrutture esistenti in Italia, come ponti e gallerie, \u00e8 stata realizzata nella seconda met\u00e0 del XX secolo. La\u00a0vita nominale di progetto<\/strong>\u00a0delle opere \u00e8 oramai giunta al limite per effetto, in particolar modo, del degrado e dell\u2019evoluzione delle sollecitazioni che agiscono sulle strutture esistenti. Per tali ragioni sono necessari degli\u00a0interventi programmati di manutenzione straordinaria<\/strong>\u00a0con l\u2019impiego di tecniche costruttive e materiali evoluti. I ponti ed i viadotti esistenti su cui\u00a0non \u00e8 stata eseguita una costante e corretta manutenzione strutturale<\/strong>, sono generalmente affetti da numerosi\u00a0fenomeni di degrado<\/strong>\u00a0dovuti alle azioni ambientali (diverso \u00e8 il caso degli edifici dove gli elementi resistenti primari sono, in genere, maggiormente protetti dalle intemperie). Al fine di progettare gli interventi di ripristino e di eventuale rinforzo, occorre pertanto considerare con attenzione le effettive condizioni di conservazione del ponte e una sua configurazione di verifica degradata nel caso in cui i fenomeni di ammaloramento esistenti abbiano ridotto la capacit\u00e0 della struttura. Quindi, i\u00a0<\/strong>materiali compositi<\/strong>\u00a0sono ampiamente impiegati nel consolidamento e ripristino di strutture esistenti in c.a. e c.a.p. quali possono essere i ponti, i viadotti e le gallerie, per l\u2019adeguamento ai nuovi carichi d\u2019esercizio o per il ripristino di elementi strutturali danneggiati o degradati. I\u00a0<\/em>sistemi FRP e <\/em>SRP<\/em>\u00a0<\/em>presentano un ottimo comportamento anche dal punto di vista della durabilit\u00e0. Infatti, possiedono un\u2019elevata resistenza alla corrosione<\/strong>,<\/strong> in ambienti ove il calcestruzzo armato normalmente si degrada (per effetto della carbonatazione, attacco acido, azione da parte dei cloruri, gelo e disgelo). I materiali, per essere qualificati, vengono sottoposti a prove di invecchiamento per verificarne la resistenza negli ambienti salino, alcalino e umido, nonch\u00e9 a prove cicliche di gelo-disgelo.<\/p>\n

Nella prossima puntata di questa serie dedicata ai materiali compositi, parleremo delle numerose tecnologie per la realizzazione di componenti in composito.<\/p>\n

La scelta del processo produttivo dipende sia dalle esigenze specifiche di progetto sia dal materiale, dalla forma e dall\u2019utilizzo finale. Parleremo di compositi termoindurenti e di compositi termoplastici esaminando tipologie, vantaggi e svantaggi delle diverse tecniche di produzione: laminazione, sacco a vuoto, autoclave, ecc. per i termoindurenti e di pultrusione, termoformatura e stampaggio a iniezione per i termoplastici.<\/p>\n

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Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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