{"id":23156,"date":"2024-04-30T04:10:14","date_gmt":"2024-04-30T02:10:14","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/04\/30\/la-lavorazione-dei-compositi-fibrorinforzati\/"},"modified":"2024-04-30T04:10:14","modified_gmt":"2024-04-30T02:10:14","slug":"la-lavorazione-dei-compositi-fibrorinforzati","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/04\/30\/la-lavorazione-dei-compositi-fibrorinforzati\/","title":{"rendered":"La lavorazione dei compositi fibrorinforzati"},"content":{"rendered":"
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Per produrre i FRP (plastica fibrorinforzata) che soddisfi le specifiche di progettazione, le fibre dovrebbero essere distribuite uniformemente all\u2019interno della matrice plastica e, nella maggior parte dei casi, tutte orientate nella stessa direzione.<\/strong> In questa sezione parliamo di diverse tecniche (pultrusione, avvolgimento di filamenti e processi di produzione di preimpregnati).<\/strong><\/p>\n

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

Pultrusione<\/h2>\n

La pultrusione viene utilizzata per la fabbricazione di componenti aventi lunghezze continue e una sezione trasversale costante (cio\u00e8 aste, tubi, travi, ecc.). Con questa tecnica, i rovings o tow, di fibre continue, sono prima impregnati con resina termoindurente, poi passano attraverso una trafila d\u2019acciaio che preforma il materiale e stabilisce anche il rapporto resina\/fibra. Il materiale passa quindi attraverso uno stampo di polimerizzazione e lavorato per impartire la forma finale; anche questo stampo viene riscaldato per avviare la polimerizzazione della resina. Un dispositivo tira il materiale attraverso le trafile e determinando la velocit\u00e0 di produzione. La produzione di tubi e profilati cavi \u00e8 resa possibile dall\u2019utilizzo di mandrini o inserendo tubi cavi. I rinforzi principali sono in genere fibre di vetro, carbonio e aramidiche, normalmente aggiunte in percentuali comprese tra il 40 e il 70 vol%. Le resine comunemente usate sono poliestere, viniliche e epossidiche. La pultrusione \u00e8 un processo continuo facilmente automatizzabile; i tassi di produzione sono relativamente alti, il che lo rende molto conveniente. Inoltre, un\u2019ampia variet\u00e0 di forme sono possibili e in realt\u00e0 non esiste alcun limite pratico alla lunghezza dello prodotti che pu\u00f2 essere manufatto.<\/p>\n

Processi di produzione dei preimpregnati<\/h2>\n

Prepreg \u00e8 il termine utilizzato nel settore dei compositi per indicare il rinforzo continuo in fibra preimpregnata con una resina polimerica solo parzialmente polimerizzata. Questo materiale viene consegnato sotto forma di nastro al produttore, e viene utilizzato direttamente sullo stampo senza aggiungere resina. \u00c8 il tipo di materiale composito pi\u00f9 utilizzato per applicazioni strutturali. Il processo di prepreg inizia allineando una serie di fasci di fibre continue avvolte su bobina, che vengono quindi inserite e pressate tra i fogli di rilascio e il supporto carta utilizzando rulli riscaldati, un processo chiamato \u201ccalandratura\u201d. Il foglio di rilascio \u00e8 rivestito con un leggero strato di resina poco viscosa che impregna completamente le fibre, la resina viene quindi spalmata su tutto il foglio con spessore e larghezza uniformi. Il prodotto finale \u00e8 un nastro sottile costituito da fibre continue e allineate parzialmente polimerizzato. A temperature ambiente, la matrice termoindurente polimerizza, perci\u00f2 il preimpregnato. deve essere conservato a basse temperature. Inoltre, il tempo di utilizzo a temperatura ambiente (o \u201cout-time\u201d) deve essere ridotto al minimo. Se maneggiati correttamente, i preimpregnati termoindurenti hanno una vita di almeno sei mesi (solitamente pi\u00f9 lunga). Sono utilizzate sia resine termoplastiche che termoindurenti; carbonio, vetro e\u00a0 aramidiche sono i rinforzi pi\u00f9 comuni. La produzione vera e propria inizia con la laminazione (il \u201clay-up\u201d), ovvero la posa del nastro preimpregnato sullo stampo. Normalmente vengono laminati un certo numero di strati per fornire lo spessore desiderato. Il lay-up pu\u00f2 essere unidirezionale, ma pi\u00f9 spesso l\u2019orientamento delle fibre viene alternato per produrre un laminato a strati incrociati o per gli angoli. La polimerizzazione finale viene eseguita con pressione e calore. Il lay-up pu\u00f2 essere eseguito interamente a mano (hand lay-up), l\u2019operatore taglia i tratti di nastro e poi li posiziona a mano. In alternativa, il prepreg pu\u00f2 essere tagliato a macchina posato a mano. I tempi di produzione sono ridotti automatizzando il lay-up e altre procedure di produzione (ad esempio, avvolgimento del filamento, come discusso di seguito), eliminando virtualmente la necessit\u00e0 del lavoro manuale. Questi metodi automatizzati sono essenziali affinch\u00e9 molte applicazioni di materiali compositi siano economicamente vantaggiose.<\/p>\n

Filament winding<\/h2>\n

Avvolgimento del filamento<\/h3>\n

L\u2019avvolgimento del filamento \u00e8 un processo mediante il quale le fibre di rinforzo continue vengono posizionate secondo uno schema predeterminato per formare una forma cava (solitamente cilindrica). Le fibre, sia come fili singoli che come stoppe, vengono prima passate in un bagno di resina e poi avvolte in continuo su un mandrino, normalmente in modo automatizzato.<\/p>\n

Dopo che \u00e8 stato applicato il numero appropriato di strati, la polimerizzazione avviene o in forno o a temperatura ambiente, dopodich\u00e9 il mandrino viene rimosso. In alternativa, prepreg stretti e sottili (ovvero tow preg) 10 mm o meno di larghezza, possono essere avvolti in filamenti.<\/p>\n

Sono possibili vari modelli di avvolgimento (circonferenziale, elicoidale e polare) per conferire le caratteristiche meccaniche desiderate. Le parti avvolte in filamenti hanno un valore molto elevato di rapporto resistenza\/peso. Inoltre, \u00e8 possibile un elevato grado di controllo sull\u2019uniformit\u00e0 dell\u2019avvolgimento.<\/p>\n

Pannelli sandwich<\/h2>\n

I pannelli sandwich sono considerati una classe di compositi strutturali, progettati per essere leggeri con alta rigidit\u00e0 e resistenza.<\/p>\n

Il pannello sandwich \u00e8 costituito da due fogli esterni, o facce, separati da un nucleo (core) pi\u00f9 spesso. I fogli esterni sono costituiti da materiale relativamente rigido e resistente: leghe di alluminio, plastica rinforzata con fibre, titanio, acciaio o compensato, e conferiscono elevata rigidit\u00e0 e resistenza alla struttura, devono essere in grado di resistere alle sollecitazioni di trazione e compressione risultanti dal carico. Il materiale del nucleo \u00e8 leggero e normalmente ha un modulo basso di elasticit\u00e0. Rientrano normalmente in tre categorie: schiume polimeriche rigide, legno, nido d\u2019ape (lamine sottili che formano celle esagonali ad incastro, con assi orientati perpendicolari ai piani delle facce).<\/p>\n

I pannelli sandwich sono utilizzati in molti settori industriali, dalle coperture alle pareti degli edifici, nell\u2019industria aerospaziale, nell\u2019industria nautica ecc.<\/p>\n

Resin Transfer Moulding (RTM)<\/h2>\n

Il Resin Transfer Moulding (RTM) \u00e8 una tecnologia di produzione di materiali compositi a stampo chiuso in cui la resina liquida, miscelata con iniziatori o indurenti, \u00e8 iniettata o trasferita nella cavit\u00e0 tra stampo e controstampo in cui \u00e8 stato sistemato precedentemente il rinforzo secco. Stampo e controstampo sono ammorsati per applicazione di una certa pressione e la cavit\u00e0 tra i due ha la forma del componente da produrre. I tipi di rinforzo possono essere posizionati nello stampo e \u201cpreformati\u201d nell\u2019appropriata stratificazione e forma, legati chimicamente o meccanicamente per mantenere una certa stabilit\u00e0 e posizionati nello stampo come unit\u00e0 singole o multiple. Si ha iniezione o trasferimento di resina a seconda se essa fluisce per l\u2019applicazione di pressione o per aspirazione dovuta al v uoto nella cavit\u00e0 tra stampo econtrostampo. L\u2019iniezione o il trasferimento di resina continuano fino a quando il rinforzo risulta tutto impregnato. Il composito rimane nello stampo durante la cura della resina ed \u00e8 estratto solo dopo la completa polimerizzazione della matrice. Per quanto riguarda i prepreg termoplastici ,molta attenzione va fatta alla tecnica di realizzazione del preimpregnato pi\u00f9 che alla modalit\u00e0 di conservazione o alla tipologia di matrice. Per questi materiali, infatti, contrariamente ai termoindurenti, si ha:<\/p>\n

\u2022 assenza di problemi legati all\u2019appiccicosit\u00e0 del materiale a temperatura ambiente<\/p>\n

\u2022 assenza di problemi inerenti il tempo di stoccaggio<\/p>\n

\u2022 assenza problemi dovuti a residui di solvente<\/p>\n

\u2022 assenza del processo di cura e dei problemi di reattivit\u00e0 connessi (la matrice<\/p>\n

\u00e8 gi\u00e0 completamente polimerizzata).<\/p>\n

Quindi il fattore fondamentale per i prepreg termoplastici,che influenza l\u2019impregnazione delle fibre, le propriet\u00e0 e la modalit\u00e0 con la quale si realizzer\u00e0 poi il composito finale, \u00e8 senza dubbio la processo di formatura del prepreg. Il RTM sta diventando una tecnologia comune e molto usata per la produzione di compositi fibro-rinforzati ad alte prestazioni. In molti casi rappresenta l\u2019unica tecnica in grado di produrre strutture complesse altrimenti prodotte per hand lay-up. Pertanto, il RTM trova applicazione non solo nel settore aerospaziale ma anche in quello automobilistico.<\/p>\n

Compression molding<\/h2>\n

La tecnica del compression molding per i compositi termoplastici \u00e8 un processo di flusso-formazione in cui una lastra riscaldata in materiale composito \u00e8 compressa fra il due semistampi per costringere la resina e le fibre di rinforzo a riempire le cavit\u00e0. Questo \u00e8 l\u2019unico processo di fabbricazione per materiali termoplastici usato nell\u2019industria per fare parti composite termoplastiche strutturali. Il processo \u00e8usato per fare raggi parabordo, cruscotti ed altre parti strutturali ed automobilistiche. I tessuti mat con fibre di vetro e resina termoplastica , sono i pi\u00f9 utilizzati in questa tecnica. Un altro tipo di compression molding consiste nella tecnica di stampaggio a caldo <\/em>in cui sono usati materiali termoplastici nella forma di prepeg o di hybrid yarns.Il processo consiste nell\u2019utilizzare delle lamine di composito termoplastico preimpregnato, impilate e poste fra gli stampi, nel consolidare il materiale con l\u2019applicazione di calore e pressione affinch\u00e9 si fonda la resina termoplastica ed impregni il rinforzo fibroso,dando cos\u00ec luogo al composito finale. I processi di fabbricazione dei materiali compositi non finiscono qui, degli altri processi di fabbricazione parleremo la prossima volta.<\/p>\n<\/p>\n<\/div>\n

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Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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