Materiali Compositi 2 : Caratteristiche

Un processo di produzione di fibre in cui una soluzione di materiale fibroso in un solvente viene estrusa attraverso un filatoio e il solvente evapora, lasciando solidi filamenti.

Tipo di filatura che comporta il riscaldamento del materiale sopra il suo punto di fusione e l'estrusione del materiale fuso attraverso un filatoio, con i getti che solidificano nell'aria.

Un processo speciale per la filatura di fibre aramidiche che utilizza una soluzione polimerica a cristalli liquidi, un bagno di coagulazione e una bobina per l'avvolgimento.

Un dispositivo utilizzato per estrudere fibre. Consiste in una serie di piccoli fori attraverso cui viene spinto il materiale fibroso.

Un bagno utilizzato nel processo di filatura a getto secco-umido per indurire le fibre.

Un materiale composto è formato da due o più materiali con proprietà diverse che, uniti, creano un nuovo materiale con caratteristiche uniche.

La fase continua del materiale composito, svolge diverse funzioni come la connessione tra i componenti, il trasferimento delle sollecitazioni e la protezione dall'ambiente.

La fase dispersa del materiale composito, che fornisce resistenza, rigidità e supporto contro le sollecitazioni.

Le interfacce sono le zone dove i riempitivi entrano in contatto con la matrice, possono avere proprietà uniche.

I compositi fibrorinforzati sono popolari perché le fibre offrono un rinforzo significativo nella direzione della loro lunghezza, rendendoli ideali per molte applicazioni.

Le fibre vegetali hanno un'elevata resistenza e rigidità, ma sono adatte per carichi non elevati. Sono utilizzate per prodotti tessili, carta e altri usi.

La capacità delle fibre di essere flessibili, permettendo la creazione di compositi con una varietà di tecniche.

Due metodi di filatura delle fibre: uno con immersione in un bagno (umido) e l'altro in ambiente asciutto (secco).

Un elevato rapporto d'aspetto (lunghezza/diametro, l/d), che consente di trasferire una frazione molto elevata del carico applicato attraverso la matrice alla fibra rigida e resistente.

Il metodo di produzione delle fibre in cui una soluzione di materiale fibroso in un solvente viene estrusa attraverso un filatoio e il solvente evapora, lasciando solidi filamenti.

Il materiale di base delle fibre di vetro comune, composto da silice (circa il 50-60%).

La struttura del vetro, non cristallina ma amorfa, conferisce alle fibre di vetro proprietà più o meno isotrope, cioè uniformi in tutte le direzioni.

Le fibre di vetro sono note per la loro relativa economicità e versatilità, utilizzate principalmente per rinforzare resine. Tuttavia, vengono utilizzate meno frequentemente in applicazioni ad alte prestazioni a causa di fattori negativi come la perdita di resistenza in presenza di umidità e la fatica statica.

Un processo di produzione di fibre di vetro che comporta la fusione del materiale di base e l'estrusione attraverso un filatoio.

Il boro è un materiale intrinsecamente fragile. Viene prodotto commercialmente mediante deposizione chimica da vapore (CVD) di boro su un substrato. La fibra di boro prodotta è essa stessa una fibra composita.

I compositi in fibra di boro sono utilizzati in diversi aerei militari statunitensi, e nella navetta spaziale statunitense. Vengono inoltre utilizzati per irrigidire gli alberi da golf, le racchette da tennis, i telai delle biciclette e per la realizzazione di toppe di riparazione per le PMC.

Un grande vantaggio delle fibre di boro rispetto ad altre fibre ad alte prestazioni è rappresentato dalle loro proprietà relativamente migliori in compressione. Ciò deriva dal loro diametro maggiore.

Le fibre di boro presentano tensioni residue intrinseche che hanno origine nel processo di deposizione chimica da vapore.

I polimeri sono strutturalmente molto più complessi dei metalli o delle ceramiche.

I polimeri sono economici e possono essere facilmente lavorati.

I polimeri hanno una resistenza e un modulo inferiori e limiti di temperatura di utilizzo più bassi rispetto a metalli e ceramiche.

Le resine epossidiche prendono il nome dal gruppo funzionale epossidico presente nel monomero (detto anche pre-polimero se ad alto peso molecolare). Si tratta di uno dei principali materiali a matrice termoindurente.

La struttura grafitica è caratterizzata da atomi di carbonio disposti in strati esagonali, creando una struttura lamellare.

Le fibre di carbonio di modulo elevato si ottengono tramite carbonizzazione di fibre organiche, seguita da grafitizzazione ad alta temperatura. Questo processo trasforma il materiale organico in una struttura a base di carbonio con una struttura lamellare.

Le proprietà meccaniche della fibra di carbonio variano in base alla temperatura del trattamento termico finale. Più elevata è la temperatura, maggiore sarà la resistenza e la rigidità finale.

Le catene polimeriche possono assumere una struttura a spirale casuale, in cui le catene non sono allineate né allungate. Questo porta a interazioni deboli di van der Waals, limitando la resistenza e la rigidità.

Per ottenere alta resistenza e rigidità, le catene polimeriche devono essere orientate e allungate in una direzione, formando una struttura ordinata e cristallina.

Le fibre aramidiche, come il Kevlar, sono polimeri a bastoncino rigidi. Questo struttura rigida comporta una temperatura di transizione vetrosa elevata, limitando la solubilità e rendendo difficile la lavorazione con le tecniche di trafilatura convenzionali.

Le fibre aramidiche vengono filate da soluzioni di polimeri cristallini liquidi utilizzando la filatura a secco o a umido. Questa tecnica consente di creare fibre sottili e resistenti.

Le fibre aramidiche sono leggere, resistenti alla trazione e rigide, ma non adatte alle sollecitazioni compressive a causa della loro natura anisotropa. Inoltre, sono sensibili alla luce ultravioletta.

Le fibre ceramiche sono un'alternativa eccellente per rinforzare i materiali strutturali che devono sopportare temperature elevate e resistere a diversi agenti atmosferici. Grazie alle loro proprietà uniche, queste fibre trovano ampia applicazione in diversi settori industriali.

La deposizione chimica da vapore (CVD) è una delle tecniche tradizionali per la produzione di fibre ceramiche. Questo processo prevede la crescita controllata di un materiale ceramico su un substrato attraverso una reazione chimica in fase gassosa.

La pirolisi è una tecnica che utilizza i polimeri contenenti silicio, carbonio e azoto per ottenere fibre ceramiche ad alta temperatura. Questo processo implica la decomposizione del materiale polimerico in un ambiente controllato, senza ossigeno.

Le tecniche sol-gel sono basate su alcossidi metallici per produrre fibre ceramiche. I sol-gel vengono utilizzati per creare una soluzione o un gel che, successivamente, viene trasformato in fibra attraverso un processo di essiccazione e sinterizzazione.

Le resine termoindurenti sono materiali polimerici che, una volta solidificati, non possono essere rimodellati. Le matrici termoindurenti vengono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni strutturali e industriali.

Le matrici termoplastiche offrono una maggiore flessibilità rispetto alle termoindurenti. Sono materiali che possono essere riscaldati e rimodellati più volte senza subire un processo di decomposizione.

Le matrici termoindurenti e termoplastiche sono utilizzate per realizzare materiali compositi con prestazioni diverse. La scelta della matrice dipende dalle specifiche esigenze dell'applicazione.

La fase di formatura rappresenta il punto finale del processo di creazione di un materiale composito. Durante questa fase, il materiale assume la sua forma definitiva, sia a livello macroscopico che microscopico.

La fase in cui la resina viene fatta reagire chimicamente per indurirsi e formare una struttura rigida.

I rinforzi sono la fase dispersa del materiale composito, che fornisce resistenza, rigidità e supporto contro le sollecitazioni.