Rinforzi materiali compositi
In generale i rinforzi di materiali compositi sono di tre tipi: particolati, fibre discontinue e fibre continue. Un particolato ha approsimatamente le stesse dimensioni in ogni direzione benche’ non siamo necesseriamente in presenza di elementi sferici. Ghiaie, microgranuli e polveri di resina sono tutti esempi di rinforzi particolati. I rinforzi di materiali compositi si dicono fibre quando una dimensione diventa prevalente ripetto alle altre. Rinforzi in fibra discontinua (pezzi di fibra, filamenti etc.) variano in lunghezza da pochi millimetri ad alcuni centimetri. Poiche’ la maggior parte delle fibre ha un diametro di pochi micron, ci vuole poco per passare da particolato a fibra.
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Nel caso dei particolati e delle fibre discontinue la matrice deve trasferire i carichi ad intervalli di tempo estremamente ravvicinati. Di conseguenza le proprieta’ finali del composito non riescono ad avvicinarsi piu’ di tanto a quelle tipiche del rinforzo. Nel caso di rinforzi di materiali compositi a struttura continua, invece, ci sono poche o nessuna interruzione nella struttura del rinforzo. Le proprieta’ fisico-chimiche del composito se ne avvantaggiano di molto. Compositi di questo tipo sono quindi indicati per applicazioni ad alta performance quali quelle sportive o di derivazione aerospaziale.
I materiali usati per le matrici sono solitamente dei tipi di plastica e questi compositi sono conosciuti col nome di plastiche rinforzate. Esistono altri tipi di matrici, di origine metallica o ceramica, ma quelle plastiche sono di gran lunga le piu’ comuni. Tra i tipi di plastica piu’ usati per le matrici ci sono le resine epossidiche e le resine poliestere.
I materiali compositi sono disponibili in fogli o in laminati. Un singolo foglio consiste di fibre orientate in una sola direzione – unidirezionali – o in due direzioni – bidirezionali, come nel caso ad esempio di un tessuto –
Esistono anche altri tipi di formati, ma questi sono di gran lunga quelli piu’ usati.
Le proprieta’ dei compositi vengono enfatizzate quando le sollecitazioni cui sono sottoposti avvengono lungo l’asse in cui sono disposte le fibre. Le proprieta’ della matrice prevalgono nel caso di sollecitazioni perpendicolari, o traverse, alle fibre poiche’ in questo caso le sollecitazioni devono essere sopportate dal diametro di ciascuna fibra nella matrice stessa. Poiche’ la maggior parte delle strutture non viene sollecitata in un solo senso, benche’ possa esserci un senso prevalente, e’ necessario orientare le fibre in piu’ direzioni. Cio’ viene ottenuto con la sovrapposizione di piu’ fogli. L’insieme sovrapposto dei fogli e’ chiamato laminato.
La struttura piu’ efficiente per i compositi si e’ rivelata quella dove la maggior parte delle fibre si orienta secondo la direzione dei carichi primari, mentre solo il numero necessario di fibre e’ orientato nel verso dei carichi secondari con lo scopo principale di mantenere integra la struttura.
Efficienza, in questo caso, indica minor peso e minor costo poiche’ ogni fibra che non e’ necessaria per sopportare carichi-sforzi di sorta e’ stata probabilmente rimossa.
Negli Stati Uniti vengono prodotti annualmente 1.5 milioni di tonnellate di materiali compositi. Con oltre 2000 impianti produttivi in attivita’, il settore da’ lavoro ad oltre 150.000 addetti. Il 65% di tutti i compositi prodotti usano fibra di vetro o resine estero-viniliche. Il processo produttivo piu’ comune e’ quello della stesura manuale. Il restante 35% e’ prodotto processi produttivi di massa e usa materiali avanzati quali carbonio o fibre aramidiche.
I tipi di plastica piu’ comuni sono le termoplastiche: polietilene, acrilici, poliesteri etc. Questi tipi di plastica possono essere riscaldati e messi in forma e possono anche essere nuovamente riscaldati e ritornati allo stato liquido.
I materiali compositi, al contrario, usano resine termoindurenti che allo stato originario hanno la forma di polimeri liquidi e che vengono convertite in solidi durante il processo di modellazione. Questo processo, conosciuto col termine di cross linking, e’ irreversibile. A motivo di cio’ i compositi hanno una maggiore resistenza al calore e agli agenti chimici e vantano migliori proprieta’ fisiche e di durata.
vedi anche:
costituenti materiali compositi
rinforzi materiali compositi
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