I  Materiali  Composi/  

Cosa  sono  i  Materiali  Composi/?  

•  Una   definizione   di   materiali   composi/   può   essere   la   seguente:   si  tra;a   di   materiali   di   solito   non   presen/   in   natura   che   sono   il  risultato   di   una   combinazione   tridimensionale   di   almeno   due  materiali   tra   loro,   chimicamente   differen/,   con   un’interfaccia   di  separazione.  

•  La  combinazione  così  o;enuta  vanta  proprietà  chimico-­‐fisiche  non  riscontrabili  nei  singoli  materiali  che  la  compongono.  

 

Quali  sono  i  vantaggi  di  ques/  /pi  di  materiali?  

•   leggerezza  •   rigidità  •   semplicità  di  messa  in  opera  •   assenza  di  corrosione  •   manutenzione  limitata  •   elevata  resistenza  meccanica  anche  ad  alte  T      

Cosa  sono  i  Materiali  Composi/?  

I   singoli  materiali   che   formano   i   composi/   sono   deK   cos/tuen/   e   a  seconda  della  loro  funzione  prendono  il  nome  di  matrice  e  rinforzo.  L'insieme   di   queste   due   par/   cos/tuisce   un   prodo;o   in   grado   di  garan/re   proprietà   meccaniche   eleva2ssime   (a   questo   scopo,  fondamentale   è   la   cura   dell'adesione   interfacciale   tra   fibre   e  matrice)   e   densità   decisamente   bassa:   per   questo   mo/vo   i  composi/   sono   largamente   usa/   nelle   applicazioni   dove   la  leggerezza  è  cruciale,  aeronau/ca  in  primis.  

Cos’è  il  Rinforzo?  Il   rinforzo  è   rappresentato  da  una   fase  dispersa  nella  matrice  che  

ha   il   compito   di   assicurare   rigidezza   e   resistenza   meccanica,  assumendo   su   di   sé   la   maggior   parte   del   carico   esterno.   A  seconda  del  /po  di  rinforzo,  i  materiali  composi/  si  suddividono  in:  

•  composi/  par/cellari;  •  composi/  rinforza/  con  fibre  (a),  (b),  (c);  •  composi/  stru;ura/  (ad  esempio  pannelli  a  sandwich,  lamina/,  

ecc).  

 

Cos’è  la  Matrice?  La  matrice   è   cos/tuita   da  una   fase   con/nua  omogenea,   che  ha   il  

compito  di:  •  racchiudere   il   rinforzo,   garantendo   la   coesione   del   materiale  

composito   (e   degli   eventuali   stra/   di   cui   esso   è   composto,   nel  caso  di  composito  laminato);  

•  garan1re   che   le   par/celle   o   le   fibre   di   rinforzo   presen/no   la  giusta   dispersione   all'interno   del   composito   e   non   si   abbia  segregazione.  

 

In  cosa  differiscono  le  Matrici  TI  da  quelle  TP?  

Termoplas/co  (TP)   Termoindurente  (TI)  

Polimerizzazione  

Trasf.  fisica  (riciclo)   Reaz.  chimica  (non  riciclo)  

Matrici  TP  vs.  Matrici  TI  

•  Problema  di  garan/re  la  posizione  delle  fibre  nelle  TP  (infaK,  il  75%  della  produzione  di  manufaK  è  in  matrice  TI).  

•  Le   TI   sono   bicomponen/,   processabili,   offrono   una   buona  bagnabilità   e   sono   poco   costose   perché   richiedono   un   basso  apporto  di  calore  e  pressione.  

•  Le   TP   possono   essere   riciclate,   hanno   tempi   di   processo   brevi   e  tempi   di   vita   illimita/   (perché   non   avvengono   reazioni   chimiche);  però,   sono  molto   costose  a   causa  dell’elevato  apporto  di   calore  e  pressione.  

Quali  sono  le  proprietà  del  Rinforzo  fibroso?  

Materiale Densita'(g/cm3)

Resis tenzaa trazione

(GPa)

Moduloelastico(GPa)

Modulospecifico

(107 m2/s2)Vetro E 2.54 3.45 72.4 2.85Vetro S 2.49 4.58 86.2 3.46HP-PE 0.97 2.70 87.0 8.96Aramide 1.44 3.55 130-186 9.0-12.9Carbonio HS 1.76 3.53 230 13.0Carbonio HM 1.87 3.10 405 21.7Carbonio UHM 1.96 1.86 572 29.2Acciaio 7.85 0.60 210 2.68Alluminio 2.78 0.40 70 2.52

Proprietà  delle  Fibre  

Quali  sono  le  proprietà  del  Rinforzo  fibroso?  

•  Vantaggi:   densità  molto  basse   vs.   resistenze  e  moduli  molto  bassi  (es.:  fibre  aramidiche  vs.  fibre  d’acciaio).  

•  Le  fibre  di  vetro  E  sono  le  più  diffuse  perché  le  più  economiche.  •  Le  aramidiche  hanno  bei  vantaggi  rispe;o  alle  fibre  di  vetro,  però,  

la   loro  duKlità  può  risultare  uno  svantaggio  quando  si  devono,  ad  esempio,  pra/care  fori  nel  materiale  composito.  

•  I   tre   /pi   di   fibre   di   carbonio,   sopra   elencate,   ci   dimostrano   che   è  possibile  garan/re  o  un’elevata  resistenza  meccanica  o  un  elevato  modulo  elas/co  (più  del  doppio  dell’acciaio,  in  tal  caso).    

Perché  i  materiali  delle  fibre  non  si  usano  da  soli?    

Diametro  fibra  

Resisten

za  

Funzioni  della  matrice:  

•   legare  le  fibre  

•   dare  la  forma  al  pezzo  

•   proteggere  le  fibre  

La  fragilità  delle  fibre  

Quali  sono  i  fa;ori  d’importanza  delle  fibre  all’interno  di  un  composito?  

•  l’orientazione  delle  fibre  (all’interno  del  composito).  •  la  quan/tà  di  fibre  (all’interno  del  materiale  composito).  

Carboresina  UD    

Impossibile  da  realizzare  

Quan/tà  massima  di  fibre  da  poter  inserire  in  un  materiale  composito  

Come  u/lizzo  le  fibre?  

•  E’  consigliabile  prevedere  fibre  di  /po  con/nuo.  •  Solo   le   fibre   di   carbonio   sono   compe//ve   con   i   materiali  

tradizionali  per  applicazioni  avanzate.  •  Per  limitare  i  cos/  occorre  oKmizzare  il  proge;o.  

Cara;eris/che  principali  

• Leggerezza  • Este/ca  • Facilità  di  lavorazione  • Elevata    • Resistenza  alla  corrosione  • Resistenza  meccanica  (anche  ad  alte  T)    

Fibre  Lunghe  

Fibre  Corte  

Matrice  

Rinforzo  

Materiali  Composi/  

Resine  Termoinduren/  

Resine  Termoplas/che  

Metallica  

Polimerica  

Ceramica  

cos/tui/  da:  

Proprietà  

Alta  Perfezione  Stru;urale  

Conferiscono  rinforzo,  con  maggiore  efficienza,  nella  direzione  della  loro  disposizione  

Par/cellare  

Fibre  

Comportamento  Elas/co  Lineare  fino  alla  ro;ura  

Modulo  Elas/co  molto  elevato  

 A  cura  di:  

Marina  Manfredi