88-8207-461-6

Domenico Brigante

CD-ROM INCLUSO

FOGLI DI CALCOLO PER IL PREDIMENSIONAMENTO DI UN RINFORZO STRUTTURALE

RINFORZOSTRUTTURALE

LE FIBRE DI CARBONIO E I NUOVI MATERIALI COMPOSITIFRP (Fiber Reinforced Polymers), SRP (Steel Reinforced Polymers),

FRG (Fiber Reinforced Grout), SRG (Steel Reinforced Grout)

SCELTA, PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE

CON MATERIALI COMPOSITI

Domenico BriganteRINFORZO STRUTTURALE CON MATERIALI COMPOSITI

ISBN 13 978-88-8207-461-6EAN 9 788882 074616

Manuali, 117Prima edizione, febbraio 2012

Brigante, Domenico

Rinforzo strutturale con materiali compositi / Domenico Brigante. Palermo : Grafill, 2012.(Manuali ; 117)ISBN 978-88-8207-461-61. Strutture edilizie Consolidamento. 624.17 CDD-22 SBN Pal0240065

CIP Biblioteca centrale della Regione siciliana Alberto Bombace

GRAFILL S.r.l.Via Principe di Palagonia, 87/91 90145 PalermoTelefono 091/6823069 Fax 091/6823313 Internet http://www.grafill.it E-Mail [email protected]

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Finito di stampare nel mese di febbraio 2012presso Officine Tipografiche Aiello & Provenzano S.r.l. Via del Cavaliere, 93 90011 Bagheria (PA)

A Giusi e Francesco

Prefazione .................................................................................................................... p. 11

1. i maTeriaLi comPosiTi ..................................................................................... 131.1. I materiali compositi e loro propriet.............................................................. 131.2. Definizione e caratteristiche ............................................................................ 141.3. Le fibre ............................................................................................................ 151.4. Fibre di carbonio ............................................................................................ 151.5. Fibre di vetro ................................................................................................... 161.6. Fibre di Basalto................................................................................................ 181.7. Fibre aramidiche ............................................................................................. 19

1.7.1. Produzione ............................................................................................. 191.8. Fibre di acciaio ................................................................................................ 201.9. Tessuti ibridi .................................................................................................... 211.10. Altre tipologie di fibre ...................................................................................... 211.11. Le matrici ......................................................................................................... 211.12. Matrici plastiche .............................................................................................. 21

1.12.1. Resine poliestere .................................................................................. 221.12.2. Resine epossidiche ............................................................................... 231.12.3. Resine fenoliche ................................................................................... 231.12.4. Resine siliconiche................................................................................. 23

1.13. Matrici a base di malta ................................................................................... 231.14. Altre tipologie di matrici .................................................................................. 24

1.14.1. Matrici metalliche ................................................................................ 241.14.2. Matrici ceramiche ............................................................................... 24

2. Processi di fabbricazione ........................................................................... 252.1. Tecnologie di fabbricazione ............................................................................. 25

2.1.1. Processi produttivi dei materiali compositi ........................................... 252.2. Impregnazione manuale senza applicazione di pressione o vuoto .................. 262.3. Filament Winding ............................................................................................. 26

2.3.1. Lavvolgimento ...................................................................................... 272.3.2. Limpregnazione..................................................................................... 272.3.3. Il mandrino ............................................................................................. 272.3.4. Le macchine ........................................................................................... 28

2.4. Pultrusione ....................................................................................................... 28

sommario

5

2.4.1. alimentazione del rinforzo..................................................................... p. 292.4.2. Impregnazione ....................................................................................... 302.4.3. Preformatura .......................................................................................... 312.4.4. formatura e polimerizzazione................................................................ 312.4.5. Postformatura ........................................................................................ 332.4.6. tiro e taglio ........................................................................................... 332.4.7. controlli ................................................................................................ 34

2.5. Formatura per iniezione di resina (RTM Resin Transfer Molding) ................ 342.6. Resin Infusion Under Flexible Tooling (RIFT) ................................................ 352.7. Formatura in autoclave.................................................................................... 37

2.7.1. Reti in fRP............................................................................................. 38

3. sceLTa deL sisTema comPosiTo................................................................... 393.1. Vantaggi dei Materiali Compositi .................................................................... 393.2. Progettabilit dei materiali compositi ............................................................. 413.3. FRP (Fiber Reinforced Polymers) ................................................................... 413.4. SRP (Steel Reinforced Polymers) ..................................................................... 413.5. FRG (Fiber Reinforced Grout)......................................................................... 413.6. SRG (Steel Reinforced Grout) .......................................................................... 423.7. Scelta del sistema composito............................................................................ 423.8. Planarit delle superfici delle strutture da rinforzare..................................... 433.9. Influenza della temperatura ............................................................................. 433.10. Comportamento nei confronti dellumidit...................................................... 433.11. Utilizzo di mano dopera specializzata ........................................................... 443.12. Utilizzo dei dispositivi di protezione individuale............................................. 443.13. Degrado totale degli attrezzi di lavoro ............................................................ 443.14. Resistenza al fuoco........................................................................................... 453.15. Resistenza ai raggi ultravioletti ...................................................................... 453.16. Radiotrasparenza ............................................................................................. 46

4. normaTiva Per iL rinforzo di sTruTTure esisTenTi ................................................................................... 474.1. Quadro normativo nazionale ed internazionale .............................................. 474.2. Il documento tecnico italiano CNR-DT 200/04 ............................................... 484.3. Bozza Linee Guida Dipartimento Protezione Civile ReLUIS.................... 484.4. Linee Guida dellAssemblea Generale

del Consiglio Superiore dei LL.PP................................................................... 51

5. rinforzo di sTruTTurein c.a. e c.a.P. ...................................................... 525.1. Simbologia ....................................................................................................... 525.2. Introduzione...................................................................................................... 55

RInfoRzo stRuttuRaLe con MateRIaLI coMPosItI 6

5.2.1. I coefficienti parziali .............................................................................. p. 555.2.2. coefficienti parziali m per i materiali ed i prodotti ............................. 555.2.3. coefficienti parziali Rd per i modelli di resistenza ............................. 565.2.4. azioni ambientali e fattore di conversione ambientale a .................... 565.2.5. Modalit di carico e fattore di conversione

per effetti di lunga durata l .................................................................. 575.3. Meccanismi di rottura per delaminazione ....................................................... 57

5.3.1. Verifiche di sicurezza nei confronti della delaminazione ...................... 575.4. Rinforzo a flessione ......................................................................................... 59

5.4.1. analisi del comportamento allo stato Limite ultimo ........................... 605.4.2. analisi del comportamento agli stati limite di esercizio........................ 62

5.5. Rinforzo a taglio............................................................................................... 635.5.1. Resistenza di progetto a taglio

dellelemento rinforzato con fRP.......................................................... 645.6. Rinforzo di solai latero-cementizi .................................................................... 665.7. Rinforzo di pilastri in c.a. ................................................................................ 67

5.7.1. Determinazione della resistenza di progetto a compressione centrata o con piccola eccentricit dellelemento confinato ......................................................................... 67

5.7.2. sezioni circolari ..................................................................................... 695.7.3. sezioni quadrate e rettangolari............................................................... 705.7.4. Duttilit di elementi presso-inflessi confinati con fRP ........................ 71

5.8. Rinforzo dei nodi trave-pilastro ....................................................................... 715.8.1. criteri per il progetto

del rafforzamento locale di nodi non confinati...................................... 725.9. Interventi in zona sismica ................................................................................ 78

6. rinforzo di sTruTTurein muraTura ...................................................... 826.1. Introduzione...................................................................................................... 826.2. Obiettivi e criteri di un progetto di rinforzo .................................................... 83

6.2.1. Verifiche di sicurezza ............................................................................. 846.3. Meccanismi di rottura per delaminazione ....................................................... 86

6.3.1. Resistenza alla delaminazione radente allo stato Limite ultimo ........................................................................ 86

6.4. Rinforzo di pannelli murari.............................................................................. 886.4.1. Verifiche per azioni fuori dal piano ....................................................... 886.4.2. Verifica per ribaltamento semplice ........................................................ 886.4.3. Verifica per flessione della striscia muraria verticale ............................ 896.4.4. Verifica per flessione della striscia orizzontale...................................... 906.4.5. Verifiche per azioni nel piano ............................................................... 916.4.6. Pressoflessione nel piano ....................................................................... 916.4.7. taglio...................................................................................................... 91

6.5. Rinforzo di archi e volte in muratura .............................................................. 92

soMMaRIo 7

6.5.1. Volte a semplice curvatura Volte a botte............................................. p. 936.5.2. Volte a doppia curvatura su pianta quadrata .......................................... 94

6.6. Rinforzo di colonne in muratura...................................................................... 946.6.1. Resistenza di progetto a compressione centrata

dellelemento confinato.......................................................................... 946.6.2. confinamento di colonne circolari ....................................................... 966.6.3. confinamento di colonne quadrate o rettangolari ................................. 96

6.7. Sistemi di pretensionamento............................................................................. 976.7.1. sistema di tensionamento per sRG sRP ............................................ 100

6.8. Sistemi di ancoraggio....................................................................................... 1026.9. Preparazione del substrato .............................................................................. 102

7. caraTTerizzazione e moniToraggio dei sisTemi aPPLicaTi ........................................................................................ 1047.1. Introduzione...................................................................................................... 1047.2. I materiali ......................................................................................................... 104

7.2.1. Laminati pultrusi .................................................................................... 1057.2.2. Laminati prodotti in situ......................................................................... 1067.2.3. controlli di produzione .......................................................................... 106

7.3. Prove sperimentali .......................................................................................... 1067.4. Il collaudo delle opere ..................................................................................... 107

7.4.1. Prove semi-distruttive ............................................................................ 1087.4.2. Prova di strappo normale ....................................................................... 1087.4.3. Prova di strappo a taglio ....................................................................... 1087.4.4. Prove non distruttive .............................................................................. 1087.4.5. Prove di tipo acustico stimolato............................................................. 1087.4.6. Prove ultrasoniche ad alta frequenza ..................................................... 1097.4.7. Prove termografiche ............................................................................... 1097.4.8. Prove in emissione acustica ................................................................... 1097.4.9. Prove a collasso su elementi, travi e pilastri rinforzati.......................... 109

7.5. Gli operatori per lesecuzione delle prove ...................................................... 109

8. modaLiT e Tecniche di aPPLicazione .................................................. 1118.1. Introduzione...................................................................................................... 1118.2. Rinforzo di solai latero-cementizi .................................................................... 111

8.2.1. Vantaggi del rinforzo di solai latero-cementizi...................................... 1128.2.2. Principi generali ..................................................................................... 1128.2.3. Particolari costruttivi .............................................................................. 1128.2.4. Modalit di applicazione........................................................................ 113

8.3. Rinforzo di solai con travi in acciaio .............................................................. 1138.3.1. Vantaggi del rinforzo di solai con travi in acciaio................................. 1148.3.2. Principi generali ..................................................................................... 114


8.3.3. Particolari costruttivi .............................................................................. p. 1148.3.4. Modalit di applicazione........................................................................ 115

8.4. Rinforzo di pilastri in c.a. ................................................................................ 1158.4.1. Vantaggi del rinforzo di pilastri in c.a. .................................................. 1168.4.2. Principi generali ..................................................................................... 1168.4.3. Particolari costruttivi .............................................................................. 1168.4.4. Modalit di applicazione........................................................................ 117

8.5. Rinforzo a taglio e flessione di travi in c.a...................................................... 1188.5.1. Vantaggi del rinforzo a taglio e flessione di travi in c.a. ....................... 1188.5.2. Principi generali ..................................................................................... 1188.5.3. Particolari costruttivi .............................................................................. 1198.5.4. Modalit di applicazione........................................................................ 120

8.6. Rinforzo di strutture in muratura..................................................................... 1218.6.1. Vantaggi del rinforzo di strutture in muratura ....................................... 1228.6.2. Principi generali ..................................................................................... 1228.6.3. Particolari costruttivi .............................................................................. 1238.6.4. Modalit di applicazione........................................................................ 124

8.7. Rinforzo di archi e volte in muratura .............................................................. 1268.7.1. Vantaggi del rinforzo di archi e volte in muratura................................. 1278.7.2. Principi generali .................................................................................... 1278.7.3. Particolari costruttivi .............................................................................. 1278.7.4. Modalit di applicazione........................................................................ 129

8.8. Rinforzo di strutture portanti in legno ............................................................. 1298.8.1. Vantaggi del rinforzo di strutture portanti in legno ............................... 1308.8.2. Particolari costruttivi .............................................................................. 1308.8.3. Principi generali ..................................................................................... 1308.8.4. Modalit di applicazione........................................................................ 131

9. esemPi di aPPLicazione ................................................................................... 1329.1. Real Albergo dei Poveri Napoli .................................................................... 1329.2. Chiesa di Santa Caterina Caprioli (SA) ....................................................... 1349.3. Domus Aurea Palazzo Valentini Roma ......................................................... 1359.4. Hotel Boscolo Exedra a Nizza (FR)................................................................. 1379.5. Complesso Telecom Pomezia (Roma) ........................................................... 1389.6. Monumento ai Martiri Napoletani Napoli.................................................... 1399.7. Hotel Boscolo Exedra a Roma ........................................................................ 1419.8. Stazione radio base sito Le Forna Ponza (LT)............................................. 144

10. guida aLLinsTaLLazione e aLLuso deL sofTware......................... 14610.1. Introduzione al software allegato..................................................................... 14610.2. Requisiti minimi hardware e software.............................................................. 14610.3. Procedura per la richiesta della password utente ........................................... 146

soMMaRIo 9

10.4. Procedura per linstallazione del software...................................................... p. 14710.5. Procedura per la registrazione del software.................................................... 147

bibLiografia ................................................................................................................ 149Riferimenti normativi ..................................................................................................... 150Siti Web .......................................................................................................................... 150

con grande piacere ho avuto conoscenza della realizzazione dellopera Rinforzo strutturalecon materiali compositi messa a punto da Domenico Brigante, che dimostra come non sempre gliinsegnamenti rivolti ai propri studenti durante gli studi universitari vengono poi nel tempo trascu-rati o abbandonati. Viceversa, nel caso di Brigante, la pubblicazione del testo afferma invece la va-lidit e limportanza di trasmettere conoscenze tecniche e scientifiche nel tentativo di realizzareuna continuit nel tempo dello sviluppo di avvenimenti innovativi, come nel caso specifico dei Ma-teriali compositi, al fine di produrre miglioramenti nella vita sociale e tecnica di ogni giorno.

Il testo infatti riguarda argomenti strettamente legati alle applicazioni dei compositi nelle costru-zioni civili e di architettura, settore che riguarda da vicino tutti noi, e che dopo anni di tentenna-mento ora decisamente interessato alle enormi potenzialit dei compositi.

Di particolare rilevanza e a differenza con altri minori testi tecnici che affrontano problematichecostruttive, il testo si sofferma lungamente nella descrizione delle caratteristiche delle tecnologieadoperate per la realizzazione di manufatti o per interventi di ripristino strutturale in monumenti par-ticolari o in semplici strutture comuni.

Questo aspetto, infatti, di particolare importanza nelluso dei Materiali compositi a differen-za delluso di materiali pi tradizionali, in quanto le propriet finali ottenibili dal manufatto o dal-lintervento sono in questo caso fortemente dipendenti dal modo stesso con cui si applica il mate-riale, che pu efficacemente essere progettato e distribuito secondo le migliori e pi efficienti mo-dalit, prevedibili dal progettista solo con una accurata e profonda conoscenza delle tecnologie diapplicazione. ci vale indifferentemente per luso dei compositi su strutture in legno, come in ac-ciaio, e in calcestruzzo, e le diverse modalit vengono infatti descritte con dovizia nel testo.

Gli esempi riportati e le descrizioni di modalit di collaudo e monitoraggio degli interventicompletano il testo, che diviene cos un valido strumento per il Progettista ma anche per lutiliz-zatore finale.

Ignazio Crivelli Visconti

11

Prefazione

t 1.1. i materiali compositi e loro proprietI materiali compositi rappresentano levoluzione della scienza e delle tecnologie dei materiali fon-

dendo al loro interno le migliori caratteristiche di pi materiali, prodotti con tecnologie innovativeche ne determinano le elevatissime caratteristiche fisico-meccaniche. Lo studio dei compositi unafilosofia di progetto di materiali che si propone di ottimizzare nello stesso tempo la composizionedel materiale con il progetto di ottimizzazione strutturale in un processo convergente ed interattivo. una scienza e una tecnologia che richiede la stretta interazione di diverse discipline come proget-to ed analisi strutturale, analisi dei materiali, meccanica dei materiali ed ingegneria di processo.

Dal punto di vista storico il concetto di rinforzo con fibra assai vecchio. ci sono addirittura nel-la bibbia riferimenti al rinforzo di laterizi con paglia nellantico egitto. Barrette di ferro erano usa-te per rinforzare le murature nel XIX secolo e questo port allo sviluppo del cemento armato. Re-sine fenoliche rinforzate con amianto furono introdotte nel XX secolo. La prima barca in vetroresi-na fu realizzata nel 1942 e dello stesso periodo sono le plastiche rinforzate per limpiego aeronau-tico e per componenti di apparecchiature elettriche. elementi avvolti furono inventati nel 1946 edusati in applicazione nel campo missilistico negli anni 50. Le prime fibre di boro e di carbonio adalta resistenza furono introdotte nei primi anni 60 con lapplicazione di compositi avanzati per com-ponenti aeronautici. compositi con matrici metalliche come boro/alluminio furono introdotte nel1970. La Dupont svilupp fibre aramidiche nel 1973.

a partire dagli ultimi anni 70 le applicazioni dei compositi si espansero fortemente in campo ae-ronautico, automobilistico, per articoli sportivi e per applicazioni in industrie biomediche. Gli anni80 portarono ad un significativo sviluppo nellutilizzo di fibre ad alto modulo di elasticit.

figura 1.1. I materiali compositi

13

caPItoLo 1

i maTeriaLi comPosiTi

oggi lenfasi posta sullo sviluppo di pi moderni compositi con matrici a base i malte e ma-trici ibride con malta e resina epossidica per le applicazioni ad alta temperatura. si hanno innume-revoli applicazioni: tubi interrati, container, barche, veicoli di terra, strutture aeronautiche e spazia-li, applicazioni nelledilizia civile, componenti per automobili, attrezzi sportivi, prodotti biomedicie moltissimi altri prodotti progettati per avere alte prestazioni meccaniche e/o stabilit dimensiona-le nei diversi ambienti accoppiati e bassi pesi.

t 1.2. definizione e caratteristichesi definisce materiale composito un sistema costituito da due o pi fasi, le cui propriet e pre-

stazioni sono progettate in modo tale da essere superiori a quelle dei materiali costituenti che agi-scono indipendentemente. normalmente una delle due fasi discontinua, pi rigida e pi forte ed chiamata rinforzo, mentre la fase meno rigida e pi debole, continua ed chiamata matrice.talvolta a causa di interazioni chimiche od altri effetti, esiste una fase aggiuntiva, chiamata inter-fase, tra rinforzo e matrice.

figura 1.2. Fasi di un materiali composito

Le propriet di un composito dipendono dalle propriet dei costituenti, dalla geometria e distri-buzione delle fasi. uno dei parametri pi importanti il volume (o il peso) della frazione di rinfor-zo o il rapporto di volume delle fibre. La distribuzione del rinforzo determina le caratteristiche delsistema. Meno uniforme il rinforzo, pi eterogeneo il materiale e pi alta la probabilit di rot-tura nelle aree pi deboli. La geometria e lorientamento del rinforzo, invece, influiscono sullani-sotropia del sistema.

Le fasi del composito hanno ruoli differenti che dipendono dal tipo e dalla messa in opera del com-posito. nel caso di compositi con prestazioni basse o medie, il rinforzo, usualmente fibre corte oparticelle, d un certo irrigidimento ma rinforza solo localmente il materiale. La matrice daltra par-te, il costituente principale per reggere i carichi e definisce le propriet meccaniche del materiale.

nel caso di compositi ad alte prestazioni strutturali, il rinforzo normalmente costituito da fi-bra continua e forma lo scheletro del materiale, determinando la rigidezza e la resistenza nella di-rezione della fibra. La fase matrice procura la protezione, il sostegno per le fibre ed il trasferimen-


to degli sforzi locali da una fibra allaltra. Linterfase, anche se di piccola dimensione, pu giocareun ruolo importante nel controllo del meccanismo di rottura, nella resistenza alla frattura e, soprat-tutto, nel comportamento sforzi/deformazioni del materiale.

t 1.3. Le fibre come accennato, grazie alle loro dimensioni limitate, le fibre presentano una perfezione strut-

turale fuori del comune; questa caratteristica, unita alle propriet intrinseche dei materiali costituti-vi, assicura ad esse:

resistenza meccanica elevata; modulo elastico molto alto; peso specifico molto basso; comportamento elastico lineare fino alla rottura.Le fibre pi importanti per uso in compositi possono essere di vetro, carbonio, organiche e mi-

nerali. esse si trovano nei compositi o sotto forma di fibre continue disposte parallelamente in unpiano, o sotto forma di fibre tagliate e disposte in un piano con orientazione casuale (Mat) o, infi-ne, possono essere tessute secondo una configurazione trama-ordito e disposte in un piano.

t 1.4. fibre di carbonio Per lungo tempo le fibre pi usate in applicazioni di compositi strutturali sono state quelle di

vetro. sebbene abbiano buone caratteristiche di resistenza e bassa densit, presentano un modulo dielasticit relativamente basso. Per questo motivo, circa 25 anni fa, si inizi a sperimentare e con-vertire compositi organici in fibre e tessuti di carbonio e grafite.

figura 1.3. Fibre di carbonio

Le elevate propriet meccaniche delle fibre di carbonio derivano dalla particolare struttura cri-stallina della grafite. Quanto pi la struttura cristallina elevata, tanto pi il materiale possiede ca-ratteristiche elevate.

1. I MateRIaLI coMPosItI 15

un cristallo di grafite ha una struttura composta da strati sovrapposti di piani costituiti da atomidi carbonio. I legami fra gli stessi atomi dello stesso piano sono forti (legami covalenti) mentre quel-li fra atomi di piani differenti sono relativamente deboli (legami Van der Waals): evidente come icristalli siano strutture fortemente anisotrope e sar compito del processo di fabbricazione disporrela struttura cristallina nella direzione voluta.

naturalmente ci non facile: praticamente non si riesce mai ad ottenere cristalli perfetti eprecisione nellorientamento, per cui le caratteristiche meccaniche risultanti saranno pi basse diquelle teoriche.

Le fibre di carbonio sono ottenute grafitizzando in atmosfera inerte, a oltre 2.000 c, delle fibreorganiche tessili di rayon o poliacrilonitrile (Pan). Le fibre di partenza prendono il nome di pre-cursori. Durante il processo di grafitizzazione le fibre sono sottoposte a trazione, quanto maggiore lo sforzo di trazione esercitato, tanto pi alto risulta il modulo di Young del prodotto.

Daltra parte laumento del modulo viene bilanciato da una diminuzione di resistenza. esistonocos in commercio sia fibre di carbonio ad alto modulo, penalizzate nella resistenza, sia a bassomodulo e alta resistenza. I due tipi sono detti rispettivamente c1 e c3 o, con terminologia anglo-sassone, HM (High Modulus, cio alto modulo) e Hs (High Strength, cio alta resistenza a tra-zione) o anche in italiano HR.

Rispetto alle fibre di vetro, quelle di carbonio presentano tre vantaggi sostanziali: un modulo elastico molto alto; una massa volumica bassa; un coefficiente di dilatazione termica molto basso.esse perci stanno soppiantando le fibre di vetro in tutti quei campi in cui sono richieste, oltre

a un basso peso, unalta rigidit (strutture aeronautiche, attrezzi sportivi ecc.) o una notevole stabi-lit dimensionale al variare della temperatura (dispositivi ottici, radar ecc.).

I costi di produzione delle fibre di carbonio sono notevolmente pi elevati rispetto alle fibre divetro ma la loro forte diffusione giustificata dalle elevate propriet meccaniche.

t 1.5. fibre di vetro Le fibre di vetro sono prodotte nella forma standard come vetro e, noto essenzialmente per ap-

plicazioni elettriche. una fibra pi resistente il vetro s: la sua resistenza a trazione , infatti, cir-ca il 33% pi grande del vetro e.

figura 1.4. Fibre di vetro


un altro tipo di fibra di vetro ottenuto con vetro ad alto contenuto di alcali: essa ha una buo-na resistenza chimica ma presenta propriet elettriche modeste, vetro c. altri tipi di vetro sono ilvetro D, con ottime caratteristiche elettriche, e quello L, che per il suo contenuto in piombo, realiz-za una buona protezione alle radiazioni e pu essere usato come traccia per il controllo ai raggi xdellallineamento delle fibre.

In tabella riportato, a seconda dellimpiego, il tipo di vetro pi idoneo.

Tabella 1.1. Tipo di vetro usato a seconda dello scopo(Linee Guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici)

tutti i vetri hanno un rapporto resistenza su peso molto alto, sebbene le fibre di vetro siano frale fibre inorganiche sintetiche a densit pi alta.

Il vetro mantiene le sue propriet meccaniche, fino al 50% delle sue capacit di resistenza, aduna temperatura di 375 c, e fino al 25% a 538 c.

I vantaggi delle fibre di vetro, in particolare della fibra e rispetto ad altri materiali, sono:

Rapporto tra alta resistenza alla trazione ed alta resistenza al peso: a parit di peso, la fibradi vetro due volte pi resistente di un filo dacciaio.

Stabilit dimensionale: il vetro non si accorcer o non si allungher in relazione alle varia-zioni atmosferiche. Le fibre di vetro mostrano un allungamento massimo del 3% a rottura.

Alta resistenza al calore: le fibre di vetro si comportano bene in applicazioni dove devonoessere tollerate alte temperature. esse hanno ancora il 50% della resistenza a trazione, allatemperatura di 340 c.

Basso assorbimento di umidit: il vetro un materiale acellulare per cui lumidit non pupenetrare nella superficie dei filamenti.

Notevoli propriet elettriche: il vetro possiede una bassa costante dielettrica e delle buone ca-pacit isolanti.

Alta resistenza alla fiamma: il vetro non brucia oppure brucia senza dar luogo a fiamma.

Risultato di quanto sopra esposto, un prodotto in cui sono combinate diverse propriet fisiche,che non possono essere ottenute con fibre organiche. La resistenza delle fibre di vetro dipende dal-le condizioni di formazione, come pure dal sistema di rivestimento impiegato per trattare la super-ficie della fibra di vetro.

La fase di copertura ha un significativo effetto sulla resistenza delle fibre di vetro e sulle loropropriet di superficie. Leffetto del trattamento chimico di superficie ha dimostrato di migliorarela resistenza delle fibre di vetro fino al 20%.

impiego Tipo di vetro

fibre multiscopo E

fibre resistenti agli acidi A, C, CR

fibre resistenti agli alcali R, S

fibre alta resistenza meccanica R, S

fibre alte caratteristiche dielettriche D


Il sistema di copertura (trattamento chimico) consiste in un rivestimento organico che viene ap-plicato alle fibre di vetro immediatamente sotto il rivestimento isolante e prima che i filamenti sia-no tirati insieme a formare un unico capo. I rivestimenti, sono applicati allo scopo di proteggere lefibre di vetro durante il successivo processo di lavorazione e per ottenere un optimum di compati-bilit con le resine da rinforzare. Gli ingredienti impiegati nella copertura delle fibre dipendonodalle specifiche applicazioni: essi sono brevettati e classificati in una o pi categorie.

Gli agenti accoppianti, come il loro nome suggerisce, hanno la funzione principale di accoppia-re le fibre di vetro alla matrice oppure ad altri ingredienti di copertura, i quali a loro volta interagi-scono con la matrice.

Quando tra le fibre di vetro e la matrice si formato un legame chimico, i compositi in vetrorinforzati divengono un materiale molto resistente impiegabile in campo ingegneristico, come con-seguenza di un efficiente trasferimento di sollecitazioni da una matrice relativamente debole a fibredi vetro molto resistenti.

Per facilitare il processo di lavorazione e di composizione sono necessari i lubrificanti: le fibredi vetro essendo materiale fragile sono facilmente abrase quando vengono a contatto con altri ma-teriali, compreso lo stesso vetro. Durante il processo di lavorazione si determina una rottura dei fi-lamenti, che d luogo a lanugine di vetro che si disperde nellaria. unadeguata selezione dei lubri-ficanti pu ridurre tale fenomeno.

Il processo di fabbricazione delle fibre di vetro ha inizio con il pesare con cura i componenti delvetro per poi miscelarli in una massa omogenea di composizione predefinita. Il tutto viene posto inun forno ed esposto a temperatura sufficiente (1.400 c circa) a convertire i carbonati e la sabbia inossidi liquidi, i quali devono possedere una sufficiente viscosit e flusso per produrre unadeguataomogeneit. Il vetro fuso viene poi raffreddato a temperature pi basse (1.100 c) in modo da ren-derlo idoneo alle successive fasi lavorative: per produrre vetri con minimi difetti e di alta qualit,sono indispensabili condizioni operative ottimali e forni correttamente progettati.

La massa fusa di vetro dalta qualit poi tirata attraverso dei fori praticati in una piastra di pla-tino, e ridotta a fibre di diametro voluto. La piastra riscaldata elettricamente, dotata dugelli chevariano in genere da 200 a 4.000. Immediatamente al di sotto della piastra viene applicato ai fila-menti una copertura o rivestimento organico.

I filamenti possono essere raccolti in vario numero in fasci mediante un pettine o un ceppo diraccolta. ad esempio quando viene impiegata una piastra con 400 ugelli ed un ceppo di raccoltacon fessure a due vie si produrranno due fasci di 200 filamenti ciascuna, che verranno poi avvoltisu un pettine. Il risultato finale sar la formazione di una matassa. Per evitare che i fasci non giac-ciano paralleli gli uni agli altri e possano essere dipanati senza difficolt, viene utilizzata una lineatrasversale o spirale onde imprimere un movimento a zig-zag dei capi appena essi si avvicinano al-la superficie dellargano.

I pacchi che vengono realizzati sono posti nel forno per rimuovere lacqua e assicurare la coper-tura della superficie del vetro. successivamente essi vengono messi in una rastrelliera e riuniti infasci a formare gomitoli.

t 1.6. fibre di basaltonegli ultimi anni la ricerca di nuove tipologie di fibre, da adottare nel settore delledilizia civi-

le, si indirizzata verso lo studio delle fibre di basalto.


Lefibre di basaltosono fibre molto sottili dibasalto,rocciavulcanica composta diplagioclasi,pi-rossenieolivine. Le fibre di basalto hanno tipicamente un diametro tra 9 e 13mm; sono un ottimosostituto delle fibre diamiantoin quanto il loro diametro molto superiore al limite di respirabi-lit (circa 5 mm). Le fibre di basalto sono ottimi isolanti termici e acustici, mantengono le pro-priet meccaniche anche ad alte temperature e sono molto stabili chimicamente (sia in ambienteacido che alcalino).

costituito dalla fusione di un unica materia prima, le fibre di basalto sono superiori alle altrefibre in termini di stabilit al calore, per propriet di isolamento termico e sonoro, durabilit e resi-stenza alle vibrazioni.

Le fibre di basalto sono un prodotto economico di caratteristiche superiori ai materiali consimi-li oggi usati, come la fibra di vetro. a riguardo della conduzione del calore, gli articoli realizzaticon la fibra di basalto sono tre volte pi efficienti di quelli realizzati con lasbesto, e superiori alvetro e alle fibre minerali. La temperatura di applicazione di articoli fabbricati con la fibra di basal-to notevolmente pi elevata (da -260 a 900).

Grazie alla loro elasticit a livello di micro e macrostruttura, le fibre di basalto sono resistentialle vibrazioni se confrontate con prodotti simili. Questa caratteristica particolarmente importan-te nelle costruzioni meccaniche e nellingegneria civile.

ad esempio quando costruzioni civili sono erette in prossimit di autostrade, ferrovie e metro-politane, mentre gli ammortizzatori di materie minerali o fibra di vetro, sottoposti a vibrazioni so-no soggetti a danneggiamenti ed infine alla rottura, le lastre di basalto sono resistenti alla vibrazio-ne e quindi pi durevoli.

Riguardo alle propriet chimiche, le fibre di basalto sono pi resistenti, agli ambienti aggressi-vi (ad esempio acidi e basici). a causa di ci le tubazioni in fibra di basalto possono essere usatenegli impianti chimici per il trasporto di acidi caldi, nella realizzazione di sistemi fognari, nel tra-sporto di liquidi e gas aggressivi, materiali sciolti, ecc.

Le propriet elettriche dei compositi plastica-basalto, in particolare la resistenza volumica dellefibre di basalto sono di 1 o 2 ordini di grandezza maggiori di quelle della fibra di vetro.

Le tecnologie di processo della fibra di basalto sono simili alle tradizionali tecnologie per laproduzione della fibra di vetro (tessuti, fili, fiocchi, GfRP). Grazie alle loro eccellenti propriet lefibre di basalto possono essere usate nella realizzazione di articoli resistenti al calore e agli alcali(contenitori, tubi, GfRP, materiali per lisolamento termico).

t 1.7. fibre aramidiche Le fibre aramidiche sono fibre sintetiche sulla base di poliammide aromatici. nei materiali com-

positi la fibra commercialmente pi importante la fibra ad alto modulo, la quale stato introdot-to nei primi anni 70 dalla Du Pont. Lo scopo originale dello sviluppo delle fibre aramidiche era lasostituzione dei fili dacciaio nei pneumatici radiali. Il vantaggio era nel risparmio di peso in com-binazione ad una resistenza e durata maggiore.

1.7.1. Produzione La produzione simile ad altre fibre sintetiche: polimerizzazione, estrusione, stiramento. Il po-

limero viene sciolto in un liquido ed estruso ad una temperatura di circa 200 c mentre evapora il


solvente. Lestrusione pu avvenire soltanto dalla soluzione in quanto il punto di fusione della fibra molto pi alto della temperatura di decomposizione. Il prodotto di questa fase ha soltanto circa il15% della resistenza e il 2% della rigidit della fibra finale. Il polimero ha una struttura a bastonci-ni con poco orientamento rispetto allasse longitudinale della fibra. si ottiene una cristallizzazionee lorientamento della struttura stirando la fibra a 300-400 c.

nonostante laramide appartenga alla famiglia dei poliammide, ladesione della matrice (resi-na) risulta molto pi difficile che non sul Pa 6 (nylon). Per migliorare il comportamento la fibra vie-ne trattato con preparati di finissaggio. ciononostante la resistenza a compressione raggiunge sola-mente il 25% di quella a trazione.

nel corso degli anni, questo tipo di fibra sintetica ha ricevuto miglioramenti notevoli in termini diresistenza meccanica. fin dallinizio essa si dimostr promettente, con una resistenza di oltre 2 volte ri-spetto allacciaio, a parit di massa. Questo era un risultato notevole per i tempi, e ben presto compar-vero materiali leggeri per giubbotti di protezione individuale dei soldati in Vietnam e per i velivoli.

con il tempo si arrivati a prodotti ancora pi resistenti, che offrono un rapporto di almeno 5:1sullacciaio. Queste prestazioni sono riferite alla resistenza meccanica, ma non al logorio n tantomeno alla temperatura: non esistono ingranaggi in kevlar, o parti di motore in tal materiale. Inoltre,la resistenza alla penetrazione, quando usato per protezione, valida contro i proiettili, meno con-tro le baionette e i coltelli (per quanto la cosa possa sorprendere) cosicch i giubbotti attuali utiliz-zano inserti con pannelli di titanio per coprire tutte le minacce. La combinazione kevlar-leghe leg-gere alluminio o titanio che siano, presente anche a bordo di molte macchine volanti, specie do-ve il peso sia da limitarsi al massimo. Per cui fibre sintetiche come il kevlar, il meno famoso no-mex, fibre di carbonio, leghe leggere di alluminio, magnesio e titanio sono le principali utilizzateper gli elicotteri moderni.

I principali vantaggi delle fibre aramidiche sono: alta tenacit, buona inerzia chimica ed elettro-magnetica, basso peso specifico, elevata resistenza e modulo elastico.

t 1.8. fibre di acciaioLe fibre di acciaio al carbonio rappresentano unaltra tipologia di fibre che da pochi anni viene

utilizzata per la realizzazione di materiali compositi a matrice polimerica sRP (Steel Reinforced Poly-mer) o a base di malta sRG (Steel Reinforced Grout). I tessuti in fibre di acciaio ad alta resistenzaper il rinforzo strutturale sono composti da filamenti di acciaio, caratterizzato da elevatissima resi-stenza meccanica.

I tessuti in fibra di acciaio si trovano attualmente in commercio unicamente in geometria mo-noassiale date le dimensioni elevate dei filamenti che rendono difficile la realizzazione di tessuti contrama e ordito composti da filamenti in acciaio.

Le caratteristiche di tale sistema risultano essere: elevata resistenza; estrema duttilit (si adatta a qualsiasi tipologia di profilo) ed aumento di duttilit dellelemen-

to rinforzato; possibilit di mantenere inalterata la geometria dellelemento rinforzato; spessore ridotto e leggerezza; maneggevolezza e facilit di applicazione; semplifica le problematiche relative alle connessioni ed agli ancoraggi;


resistenza al fuoco in caso di utilizzo di matrice cementizia; resistenza alla corrosione, con conseguente durabilit nel tempo.In edilizia storica si ottengono notevoli vantaggi grazie alla possibilit di impregnare il tessuto

con malta garantendo cos un materiale di rinforzo assolutamente compatibile con il substrato, fa-cilmente removibile, ma avente sempre elevate propriet fisico-meccaniche. Grazie, inoltre, alla lo-ro tenacia ed alla loro elevata resistenza a taglio, tali materiali si rivelano particolarmente indicatiper essere pretesi mediante opportuni sistemi di pretensionamento ed ancorati tramite sistemi tradi-zionali senza doversi preoccupare di recidere la fibra.

I tessuti in fibra di acciaio sono caratterizzati da un rivestimento metallico di ottone o da un ri-vestimento costituito da uno strato di zinco galvanizzato. entrambi i rivestimenti hanno lo scopo digarantire unottima resistenza a corrosione rendendolo un materiale estremamente durevole nel tem-po. La scelta del rivestimento funzione dellesposizione a cui pu essere soggetto il materiale du-rante le condizione di esercizio della struttura.

t 1.9. Tessuti ibridi I tessuti ibridi hanno come obiettivo il rapporto ottimale tra prestazioni dei tessuti e costi. in-

fatti possibile disporre allinterno di uno stesso tessuto, fibre aventi differenti grammature, natura chi-mica o caratteristiche meccaniche progettando un composito che garantisca le propriet fisico mec-caniche necessarie nelle diverse direzioni di sollecitazione evitando sprechi dal punto di vista econo-mico. si possono ad esempio combinare in trama e ordito fibre aramidiche e fibre di carbonio, otte-nendo un composito con differente risposta elastica nelle due direzioni principali di sollecitazione.

t 1.10. altre tipologie di fibrealtre tipologie di fibre che si affacciano nello scenario dei materiali compositi, in particolar

modo per ci che riguarda il settore dellingegneria civile, sono le fibre naturali come le fibre di ca-napa e lino che pur essendo caratterizzate da caratteristiche meccaniche non molto elevate, posso-no essere utilizzate in progetti di bioingegneria e nellambito del recupero storico artistico.

t 1.11. Le matricinonostante lalto valore della resistenza e del modulo elastico, le fibre non avrebbero importan-

za se non fosse possibile dare al pezzo da progettare una forma stabile. a questa funzione provve-de la matrice che, inglobando le fibre, assume nello stesso tempo il compito di dare la forma al pez-zo e proteggere le fibre stesse dallambiente esterno. come gi detto si distinguono matrici plasti-che, metalliche e ceramiche.

t 1.12. matrici plasticheuna matrice plastica pu essere costituita da una resina termoindurente o termoplastica. Le resi-

ne termoindurenti presentano una struttura tale che innalzando la temperatura oltre un certo limite sidegradano in maniera irreversibile, quindi dopo la polimerizzazione non possono essere portate allostato liquido; quelle termoplastiche invece, allaumentare della temperatura diventano pi fluide, ma


una volta raffreddate riacquistano tutte le loro propriet e quindi presentano il vantaggio di poter es-sere rimodellate anche dopo la polimerizzazione. Il diverso comportamento dovuto alla strutturadelle molecole polimeriche e precisamente alla distribuzione spaziale dei monomeri di diverso tipoed al grado di cristallinit. Lapplicazione dei termoplastici ostacolata dalle basse temperature diesercizio e quindi vengono utilizzati per ottenere in maniera semplice e veloce geometrie anche com-plesse, mentre i termoindurenti possono essere impiegati in un vasto range di temperature.

sebbene sia opinione di molti che il futuro riservi un ruolo di primo piano ai compositi a matri-ce termoplastica, molto lavoro dovr essere fatto prima che questultimi trovino un impiego esten-sivo in campo strutturale. Le matrici plastiche (resine) di tipo termoindurente pi importanti sonole poliestere, epossidiche, fenoliche e siliconiche.

Le matrici termoindurenti normalmente usate nel campo dei compositi, si presentano, primadella messa in opera, sotto forma di liquido pi o meno viscoso. In tali condizioni esse non hannoancora subito reticolazione, affinch questultima inizi si aggiungono al polimero degli opportuniagenti che sono detti catalizzatori nel caso di matrici poliestere, induritori o indurenti negli altri ca-si. Il tempo occorrente per la reticolazione pu essere regolato mediante laggiunta di acceleranti oinibitori. a parit di composto tale tempo per nettamente influenzato dalla temperatura, diminuen-do al crescere di essa.

agendo opportunamente sulla quantit e sul tipo di catalizzatori, induritori, acceleranti ed inibitori,si possono ottenere a seconda delle necessit matrici con tempi di polimerizzazione molto brevi (pochiminuti) anche a temperatura ambiente o viceversa molto lunghi (diverse ore) ad alta temperatura.

Il tipo di matrice ha scarsa influenza sulle propriet meccaniche e statiche del composito nelladirezione delle fibre. La matrice per il componente a diretto contatto con lambiente in cui il com-posito deve lavorare e ne determina pertanto:

la resistenza alla corrosione; la resistenza al calore; la resistenza allabrasione.In tutte le applicazioni (contenitori di liquidi corrosivi o di prodotti alimentari, parti automobi-

listiche, ecc.) in cui queste propriet sono richieste, assume una grande importanza la ricerca del giu-sto tipo di resina.

Di seguito si riportano le propriet delle principali matrici termoindurenti.

1.12.1. Resine poliesterePresentano buone caratteristiche, basso costo, sono facilmente lavorabili, induriscono a tempe-

ratura ambiente. Grazie alla loro facile reticolazione, che riduce notevolmente i costi delle tecnolo-gie di produzione, queste resine sono largamente usate nel campo della nautica da diporto e delle-

Propriet modulo elasticoe (mPa)

resistenza a trazionesr (mPa)

massa volumicar (g/cm3)

allungamento a rottura (%)

coefficiente di dilatazione

termica (10-6/c)Tipo

Poliestere 4.900 70 1,22 1,8 60

epossidica 3.800 70 1,20 2,9 60

fenolica 7.500 45 1,39 0,6 /

siliconica 5.000 25 1,90 0,5 /


dilizia. Il rischio legato allattivit pi conosciuto nellindustria di trasformazione delle resine po-liestere lesposizione allo stirene.

In queste applicazioni sono impiegate prevalentemente in unione con fibre di vetro. tale espo-sizione avviene principalmente attraverso linalazione di vapori di stirene. Poich lo stirene unasostanza che produce effetti neurotossici, devono essere prese misure di protezione per minimizza-re il livello di esposizione.

nelle tecnologie a stampo aperto come la laminazione manuale, il taglio e spruzzo ed il fila-ment winding, la concentrazione di stirene pu superare facilmente la concentrazione massima per-messa. Quando la ventilazione sul posto di lavoro risulta insufficiente (ci pu essere misurato uti-lizzando gli opportuni strumenti oggi disponibili), dovranno allora essere utilizzati i dispositivi diprotezione per le vie respiratorie.

1.12.2. Resine epossidicheQueste resine presentano propriet migliori rispetto alle poliestere in particolare presentano un

buon allungamento a rottura, fattore questo importantissimo per le propriet meccaniche dei com-positi. Per contro presentano un costo superiore ed una messa in opera pi laboriosa rispetto allepoliestere, per questi motivi le resine epossidiche sono utilizzate soprattutto nei campi tecnologica-mente pi avanzati come quelli aeronautici, aerospaziali e sportivi. Le resine epossidiche per le lo-ro elevate caratteristiche meccaniche e di adesione sono quelle principalmente utilizzate nellambi-to degli interventi in edilizia civile.

1.12.3. Resine fenolichesi sono affermate soprattutto per la buona capacit di resistenza a temperature elevate (fino a

250 c). Per questa loro caratteristica sono usate estensivamente nellindustria aerospaziale, in quel-la elettronica ed in quella automobilistica.

1.12.4. Resine siliconicheQueste resine sono costituite da polimeri inorganici, ci consente una notevole resistenza in cam-

pi di temperatura impensabili per i polimeri organici sebbene questultimi presentino a temperatu-ra ambiente delle propriet pi elevate. Le resine siliconiche hanno reso possibile luso strutturaledei compositi per temperature fino a 450 c 500 c; sono quindi impiegate soprattutto per scopielettrici ed in parti di velivoli supersonici.

t 1.13. matrici a base di malta Per la realizzazione di compositi a base di tessuti in fibra di acciaio possibile utilizzare come

matrici malte caratterizzate da differenti formulazioni chimiche ottenendo cos un composito defi-nito sRG (Steel Reinforced Grout).

In funzione delle caratteristiche meccaniche che si desidera ottenere dal composito sRG, pos-sibile utilizzare malte cementizie o malte a base di leganti idraulici selezionati, ottenute per cotturadi materie prime a bassa temperatura (< 900 c) al fine di garantirne la piena compatibilit con le


strutture da rinforzare. Le malte possono essere inoltre miscelate con resine epossidiche o altre ti-pologie di resine sintetiche a seconda che sia prioritario garantire il mantenimento della massimatraspirabilit del supporto come nel caso di supporti murari, o garantire alte prestazioni meccanichee di adesione al supporto, come nel caso di rinforzi di strutture in cLs.

t 1.14. altre tipologie di matrici

1.14.1. Matrici metallicheQuesto tipo di matrice pu essere utilizzato a temperature pi elevate rispetto ai compositi pla-

stici. La temperatura dipende dal tipo di metallo che funge da matrice ed comunque superiore aquella alla quale, a parit di condizioni, il metallo da solo pu essere adoperato. La temperatura mas-sima quella di scorrimento viscoso (deformazione sotto carico costante) oltre la quale la matricenon pi in grado di trasmettere il carico alle fibre.

nellottica della massima riduzione di peso la matrice metallica pi utilizzata quella in lega dialluminio nonostante la temperatura di esercizio non possa essere molto elevata.

sono stati inoltre studiati compositi con matrici a base di rame, nichel, titanio e magnesio. Il li-mite maggiore di questo tipo di matrici consiste nel pericolo di reazioni chimiche con le fibre conconseguente degradazione delle propriet meccaniche ottenibili.

1.14.2. Matrici ceramiche I compositi con matrice ceramica sono quelli pi promettenti sotto il profilo delle propriet mec-

caniche e della resistenza alle alte temperature. attualmente sono scarsamente utilizzati a causadella tecnologia poco avanzata ed in particolar modo della difficolt di distribuire uniformementele fibre nella matrice ed eliminare le porosit al suo interno.

Le matrici finora utilizzate sono essenzialmente ossidi di alluminio e silicio (al 2o3, sio2).


t 2.1. Tecnologie di fabbricazionenumerose sono le tecnologie di fabbricazione utilizzabili per la realizzazione di elementi in ma-

teriali compositi, possibile ottenere materiali con caratteristiche fisico-meccaniche elevatissime econ elevatissima percentuale volumetrica di fibre ed altres possibile ottenere elementi con carat-teristiche meno elevate ma con costi di produzione notevolmente ridotti. Le tecnologie di fabbrica-zione di elementi in materiale composito variano secondo la forma, dimensione e propriet richie-ste al pezzo finito.

In funzione delle caratteristiche che si vogliono ottenere da un elemento in composito, della ne-cessit o meno di riproduzione dello stesso o di una produzione in continuo, le tecnologie possonoessere distinte in tecnologie in cui si impiegano stampi chiusi o stampi aperti; ancora, le tecnologiepossono essere distinte in continue o discontinue e manuali e automatizzate.

nellambito dei sistemi di rinforzo strutturale realizzati con materiali compositi viene solita-mente utilizzato solo un numero limitato di tecnologie, successivamente andremo comunque ad ana-lizzare le principali caratteristiche delle pi note tecnologie che, se pur non attualmente utilizzate inquesto giovane settore di applicazione, potrebbero in futuro determinare importanti innovazioni.

con il termine stampo aperto si indica uno stampo che consente lottenimento di una sola su-perficie a finitura controllata dei particolari. nel caso dei sistemi di rinforzo in ingegneria civile glistampi sono costituiti dagli stessi elementi strutturali che vengono rinforzati. I processi a stampoaperto si prestano comunemente alla fabbricazione di parti molto voluminose: in questi casi sareb-be praticamente impossibile disporre di stampi chiusi per la loro difficile movimentazione legata alpeso eccessivo. nel campo dellingegneria civile, usando delle fibre secche, limpregnazione vieneeseguita tramite un pennello, al momento dellesecuzione del particolare, contemporaneamente al-ladattamento degli strati alla superficie dello stampo che nel caso specifico costituito dal suppor-to in muratura o c.a. Le inevitabili bolle daria tra gli strati vengono eliminate eseguendo una rulla-tura ed eventualmente, qualora siano richiesti migliori risultati, ricorrendo ad un sacco a vuoto.

Questa serie di operazioni presenta per degli inconvenienti rispetto a tecnologie di fabbrica-zione pi avanzate: in primo luogo, impregnando le fibre a mano si utilizza un quantitativo di resi-na superiore a quello strettamente necessario, ed assai difficoltoso, anche ricorrendo alla forma-tura sottovuoto, eliminare la parte superflua, per cui il composito sar di qualit pi scadente per-ch strati di fibra molto mobili accrescono le difficolt di esecuzione di un buon sacco a vuoto.

2.1.1. Processi produttivi dei materiali compositiI processi produttivi dei materiali compositi sono svariati e i pi diffusi sono:1. stesura manuale;2. Resin Transfer Molding (RtM);

25

caPItoLo 2

Processi di fabbricazione

3. Filament winding;4. Pultrusione;5. Vacuum Infusion (RIft); 7. Produzione in autoclave.

t 2.2. impregnazione manuale senza applicazione di pressione o vuoto un processo tuttora largamente diffuso per lavori su superfici ampie quali piscine e scafi di

imbarcazioni per i quali la produzione si svolge tipicamente per piccoli lotti ed il processo di fab-bricazione maggiormente utilizzato nellambito dellingegneria civile. Rinforzi in forma di mat,tessuto o stuoia, in percentuale come da progetto sono stesi allinterno dello stampo costituito nelcaso elle applicazioni di ingegneria civile dal supporto in muratura o c.a., successivamente le fibrevengono imbevute di resina catalizzata e poi consolidate manualmente usando rulli di metallo o diplastica allo scopo di eliminare la resina in eccesso. La polimerizzazione avviene generalmente atemperatura ambiente.

I valori tipici di Vf, essendo Vf la frazione in volume delle fibre (rapporto tra il volume delle fi-bre ed il volume totale del composito) ottenibili con tale tecnologia, sono 25-30%.

In alcuni casi per migliorare la qualit del laminato stampato limpregnazione dei tessuti vieneeffettuata prima della loro posa con apposite attrezzature, in modo da utilizzare la corretta quantitdi resina per ogni lamina, in questo caso possibile raggiungere valori di Vf anche di 35-38%.

t 2.3. filament winding una tecnica conosciuta da pi di trenta anni, ma vantaggiosamente utilizzata solo negli ultimi

anni grazie allintroduzione di materiali affidabili e di accorgimenti che hanno reso la produzionepi agevole ed economica. assieme alla pultrusione sicuramente il processo produttivo che ha con-seguito i pi rilevanti progressi di serie di elevata qualit e costi relativamente contenuti.

figura 2.1. Filament Winding (www.lawrietechnology.com)

Il processo consiste fondamentalmente nellavvolgimento di filamenti continui impregnati diresina su di un corpo ruotante, detto mandrino, la cui forma si identifica nella geometria del pezzo

RInfoRzo stRuttuRaLe con MateRIaLI coMPosItI26

da produrre. Lindurimento della resina viene ottenuto inserendo il componente in forno od auto-clave. I fattori fondamentali che governano questa tecnologia produttiva e che influiscono in ma-niera determinante per lottenimento delle caratteristiche del prodotto composito finale sono:

a) il tipo di avvolgimento;b) il tipo di impregnazione;c) il tipo di mandrino;d) il tipo di macchina;e) il tipo di processo di polimerizzazione.

2.3.1. Lavvolgimentofondamentale langolo di avvolgimento, definito come langolo compreso tra la direzione dei

filamenti e la tangente al meridiano del mandrino. Le fibre vengono avvolte sul mandrino, ruotan-te intorno al suo asse con una determinata velocit angolare, mediante lausilio di un braccio mec-canico, dotato di un occhiello di deposizione, che si muove ad una precisa velocit su di un asse pa-rallelo a quello del mandrino. Il rapporto fra la velocit angolare del mandrino e quella del bracciodetermina, istante per istante, langolo di avvolgimento, che pu quindi essere variato a piacimen-to agendo su questi due parametri.

2.3.2. LimpregnazioneVengono utilizzate due metodologie di avvolgimento, quello bagnato e quello secco. nel primo

metodo limpregnazione viene effettuata sul filamento appena prima di essere avvolto sul mandri-no attraverso il passaggio in una vaschetta contenente la resina; ci impone una velocit di lavora-zione non troppo elevata per garantire ladeguata impregnazione del filamento. Il secondo metodo invece quello che fa uso di prepreg, ossia di filamenti preimpregnati di resina gi sottoposta aparziale polimerizzazione (in questo caso il processo prende il nome di wrapping). In questo casosi ha la possibilit di raggiungere una velocit di produzione pi elevata, non pi limitata da pro-blemi di bagnabilit delle fibre.

Lutilizzo dei prepreg, pur generando un maggior costo iniziale, garantisce lottenimento di pro-dotti di elevata qualit. Inoltre con i prepreg possono essere utilizzati tutti i tipi di resine, compre-se quelle aventi una viscosit tale da non poter essere utilizzate per limpregnazione diretta dei fi-lamenti in fase di avvolgimento.

2.3.3. Il mandrinotale componente fondamentale per lottenimento della giusta geometria del pezzo. esso pu

essere metallico (acciaio o alluminio), plastico o anche in gesso, e pu essere fisso e amovibile. nelcaso il mandrino fisso esso rimane allinterno del pezzo divenendo parte integrante di esso, men-tre nel caso invece in cui esso debba essere rimosso, ci sar possibile estraendolo, se la forma delpezzo lo consente, oppure sciogliendolo se realizzato in materiale adatto per questa eventualit.

Il mandrino, comunque sia fatto, deve essere in grado di sopportare la compressione esercitatasu di esso dalla tensione con cui il filamento avvolto sul mandrino (parametro anchesso moltoimportante per il raggiungimento di un prodotto di elevata qualit).

2. PRocessI DI faBBRIcazIone 27

2.3.4. Le macchinePossono essere di due tipi: ad asse orizzontale, utilizzata per la realizzazione di avvolgimenti elicoidali; ad asse verticale, utilizzata per la realizzazione di avvolgimenti polari e preferita per pezzi

di grandi dimensioni.tale macchina oltre alla funzione di avvolgimento, deve essere dotata di un altro braccio che rea-

lizza la pulizia del pezzo prima di poter realizzare il confinamento.

t 2.4. PultrusioneIl significato del termine pultrusione estremamente chiaro se si pensa allo schema tecnologi-

co di base del processo. Intatti, mentre lestrusione dellalluminio o dei termoplastici si realizzamediante unazione di spinta sul materiale per costringerlo a passare attraverso lo stampo, nel casodei plastici rinforzati, la stessa forma pu essere ottenuta esercitando una forza di tiro (pull) sullefibre costringendole a passare, dopo essere state bagnate con la resina, nello stampo. Quindi, la-zione di spinta tipica dellestrusione viene sostituita dallazione di tiro (pull), da cui il termine pul-trusion, diventando in italiano pultrusione.

figura 2.2. Schema del processo di pultrusione (www.nuplacorp.com)

La tecnologia della pultrusione caratterizzata dalla continuit della produzione; quando il si-stema dotato di una sega automatica di tipo volante, la produzione avviene con un intervento


umano minimo, ridotto allavvio e alla verifica di eventuali interruzioni nellalimentazione del rinfor-zo nonch del livello della resina nella vaschetta dimpregnazione. La tecnologia sta trovando solodi recente applicazioni industriali significative, ma in realt la prima applicazione si avuta attor-no al 1948 e il primo brevetto risale al 1951. l primi manufatti prodotti mediante pultrusione eranotondini a elevata finitura, i quali ancora oggi rappresentano il tipo di produzione pi diffusa.

Lelevata resistenza a trazione e lelevata percentuale di rinforzo ottenibile, combinata ad altreimportanti propriet come isolamento elettrico, resistenza alla corrosione e basso peso, hanno am-pliato il ventaglio dei prodotti pultrusi ad applicazioni come canalette portachiavi, barre per isola-tori, stramazzi per impianti di trattamento liquami, passerelle, piattaforme e parapetti, scale, tubiper sezionatori e fusibili, barriere autostradali, antenne per cB, travi strutturali e tante altre ancora.Il processo richiede un rinforzo fibroso, essenzialmente continuo, e una resina a bassa viscosit, ge-neralmente un termoindurente liquido.

Il rinforzo di gran lunga pi usato il roving di vetro; solo recentemente, e per ragioni di costilimitatamente a casi particolari, sono stati impiegati rinforzi in carburo e fibre aramidiche. Questistessi rinforzi vengono anche impiegati in compositi ibridi con il vetro.

Lo schema di base del processo :a) alimentazione del rinforzo;b) impregnazione;c) preformatura;d) formatura e polimerizzazione;e) tiro;f) taglio;g) postformatura.

2.4.1. Alimentazione del rinforzoI rinforzi impiegati nella pultrusione sono in forma di fili continui unidirezionali, mat e tessuti.

Il rinforzo e la matrice devono comunque rispondere ad alcuni requisiti tecnici fondamentali: possedere resistenza e rigidit nella direzione della trazione sufficienti a sopportare gli sfor-

zi determinati dal trascinamento sino oltre la zona di reticolazione; avere valori noti di conducibilit termica a calore specifico, allo scopo di poter calcolare la

velocit di trasmissione del calore dalla trafila riscaldante al manufatto in fase di polimeriz-zazione. naturalmente, un buon risultato pu essere anche raggiunto attraverso una serie diprove preliminari;

rendere possibile il controllo dei rapporti volumetrici rinforzo-matrice, in modo da poter se-guire sia le dilatazioni sia leffetto massa (della matrice termoindurente) durante il riscalda-mento.

Il numero di roving da cui contemporaneamente viene prelevato il filo di vetro pu variare dapoche unit fino ad alcune migliaia; in realt nella pratica industriale il numero mediamente del-lordine delle centinaia. Per curiosit, diciamo che il record di roving contemporaneamente in azio-ne in unapplicazione industriale di 5.000 e si riferisce alla produzione di travi strutturali a sezio-ne scatolare con pareti di circa 25,5 mm.

Le bobine di roving vengono generalmente sistemate su scaffalature (cantra porta-roving) prov-viste di opportune rastrelliere.


Molti produttori preferiscono tirare il filo di vetro dallinterno della bobina piuttosto che dalle-sterno, al fine di dare un andamento leggermente elicoidale; comunque, questeffetto minimo.Lestremit finale di una bobina pu essere legata a quella iniziale della successiva dando conti-nuit allalimentazione. I fili di vetro vengono tenuti separati facendoli passare attraverso opportu-ne guide del tipo ad anello, generalmente di materiale ceramico o metallico con riporto in cromo,per realizzare una ridotta azione abrasiva sul filo stesso e aumentare la durata della guida. non so-no rari i casi di rastrelliere in vetroresina, prodotte anche assemblando elementi pultrusi.

Insieme al roving viene usato il mat, in forma di nastri di varia larghezza avvolti in rotoli lun-ghi intorno ai 90-100 metri. I rotoli di mat vengono forniti in larghezze standard, che molto spessonon rispondono adeguatamente alle necessit del produttore.

Per questo motivo, molte aziende preferiscono ordinare i rotoli nella larghezza ordinaria di for-nitura, evitando anche il prezzo aggiuntivo che si paga per il taglio, e provvedere esse stesse allo-perazione. nel taglio si tiene conto anche del ritiro che il materiale subir.

Roving e mat costituiscono i rinforzi pi largamente impiegati nella fabbricazione di sezionipiane o con pareti sottili. Molto frequente il caso di produttori che realizzano sandwich combi-nando uno strato di roving fra due di mat. Il mat caratterizzato da una resistenza insufficiente apassare attraverso il bagno di resina senza lazione di supporto della resistenza del roving.

Il problema, particolarmente pesante in passato, tende oggi a esser meno sentito. Lestremit fina-le di un rotolo di mat pu essere cucita a quella iniziale del rotolo successivo, operazione che vienecompiuta a mano. ogni rotolo, alla velocit media di pultrusione, dura da 1 a 3 ore; pertanto, se si usa-no molti rotoli contemporaneamente, loperazione di cucitura pu essere tanto frequente da risultareonerosa. Il mat deve essere maneggiato con pi attenzione e guidato con pi cura rispetto al roving.

2.4.2. Impregnazione Le resine per pultrusione sono, nella generalit dei casi, poliesteri insaturi, ma non mancano esem-

pi di applicazioni di epossidiche e siliconiche per applicazioni speciali e limitate. Le matrici a base dipoliesteri sono costituite da esteri tra acidi insaturi e glicoli, disciolti in un monomero polimerizzabi-le (stirene) capace di consentire la formazione di un reticolo tridimensionale per polimerizzazione.

Le resine epossidiche vengono impiegate quando richiesto limpiego di rinforzi in carbonio.Luso di una matrice poliestere con questo tipo di rinforzo darebbe luogo, infatti, a un compositocon propriet meccaniche decisamente inferiori. In particolare, risulterebbero penalizzate la resi-stenza a fatica e al taglio. un ulteriore problema, da non sottovalutare, si riferisce alla volatilit del-lo stirene; sarebbe pertanto preferibile limpiego di monomeri o di compositi a bassa volatilit. nel-la gamma dei poliesteri impiegati, assumono rilievo particolare le formulazioni cosiddette low pro-file, le quali contengono resine acriliche, allo scopo di ridurre, leffetto di ritiro. Le epossidichecomplessivamente pi adatte al processo di pultrusione sono i diglicileteri del bisfenolo a (DGeBa).

Il livello di riempitivi, quando presenti, pu arrivare a un massimo del 20% circa. I tipi pi usa-ti sono carbonati di calcio, antimonio triossido, allumina triidrata, ecc... La quantit dei riempitivi limitata dalla viscosit della resina: a livelli troppo elevati di riempitivi, possono esserci probleminellimpregnazione del roving. spesso la resina viene addizionata con pigmenti al fine di ottenereun prodotto finito opportunamente colorato e/o con una migliore resistenza ai raggi ultravioletti. Levaschette di impregnazione hanno larghezza variabile e lunghezza generalmente compresa fra pocomeno di 1 metro fino a circa 2. Il percorso del rinforzo nella vaschetta viene guidato attraverso un


certo numero di rulli, che inducono a un percorso a zig-zag nei riguardi della profondit. In alcunicasi, si fanno passare i fili fra coppie di rulli che schiacciano il filo stesso aprendolo e facilitandouna migliore penetrazione della resina fra le fibre. nel caso generale di pi lamine, le coppie di la-mine devono essere impregnate separatamente e in parallelo e accoppiate dopo limpregnazione. Ilvolume di resina nella vaschetta viene tenuto al livello minimo compatibile con la buona riuscitadelloperazione e periodicamente rabboccato.

In tal modo, si cerca di evitare consumi eccessivi di resina e il rischio di polimerizzazioni prema-ture, possibili anche per leffetto massa. La viscosit della resina viene mantenuta, mediamente, fra i200 e i 1.200 centipoise. In qualche caso, per aumentare la viscosit e migliorare la capacit di bagna-re le fibre, si riscalda la vaschetta, ma ci comporta una riduzione del tempo di lavoro della resina.

esistono alternative al sistema dimpregnazione descritto; per esempio, una societ tedesca habrevettato, nel 1971, un sistema per limpregnazione mediante iniezione della resina, a pressione di6 atm, attraverso la trafila. Questo sistema stato applicato per la produzione di tubi di medie ca-ratteristiche meccaniche, pigmentati e con strato di gel-coat.

2.4.3. Preformatura La formatura del profilo pultruso , nei casi pi frequenti, difficile o impossibile da ottenere in

una sola operazione, ma va realizzata gradualmente, portando il rinforzo impregnato ad assumerela forma finale passando per forme intermedie. Lo scopo delle attrezzature di preformatura , appun-to, di favorire una graduale formatura, favorendo, nello stesso tempo, un migliore allineamento del-le fibre e un recupero della resina in eccesso. Queste attrezzature, anche se non sono indispensabi-li per tutti i profili, costituiscono in ogni caso un utilissimo accorgimento per il miglioramento del-la qualit della produzione.

Le attrezzature di preformatura non devono essere necessariamente complicate, anzi, nei casi picomuni ci si pu limitare a piastre opportunamente disposte e al passaggio attraverso asole di for-ma adeguata. nella quasi totalit dei casi le guide di preformatura vengono realizzate in proprio,impiegando materiali plastici o metalli teneri. In qualche caso lugello di preformatura ha la stessaforma della trafila principale, ma con dimensioni maggiorate del 5-10%.

2.4.4. Formatura e polimerizzazioneLa trafila riscaldata uno dei componenti pi costosi del sistema. anche in questo caso possibi-

le elencare quelle che sono le caratteristiche principali che il materiale impiegabile deve soddisfare: buona lavorabilit, soprattutto per la necessit di potere ottenere spigoli molto netti in corri-

spondenza delle linee di giunzione; durezza superficiale elevata, mediamente i valori sono di circa c50 Rockwell; possibilit di essere lavorati per ottenere una qualit superficiale corrispondente almeno a

0,2 micron cLa; ottima resistenza agli agenti chimici, con riferimento alle resine e agli agenti di pulitura; ottime caratteristiche meccaniche ad elevata temperatura. Lo stampo comunemente fabbricato in acciaio cromato, per aumentarne la durata. Lattacca-

bilit del cromo da parte delle resine epossidiche fa talvolta preferire gli acciai alto legati. La lun-ghezza della trafila dipende fortemente dalla sezione del manufatto, dalla velocit del processo e


dal tipo di resina da impiegare. La lunghezza aumenta, quando devono essere prodotte sezioni mol-to sottili oppure si devono realizzare cadenze di produzione elevate. naturalmente, a parit di com-plessit, il costo della trafila aumenta proporzionalmente alla sua lunghezza.

vantaggioso progettare lo stampo con lingresso e luscita perfettamente intercambiabili, inmodo da girarlo allorquando nella zona dingresso, che la parte maggiormente sottoposta ad usu-ra, sono stati superati i limiti di tolleranza. La trafila deve essere disposta perfettamente parallela alproprio asse ed allineata con i sistemi di pre e post-formatura. La zona dingresso deve possedereuna rastrematura di circa 7-10, destinata alleliminazione della resina in eccesso. Questo accorgi-mento diventa meno importante quando stato realizzato un sistema di preformatura dotato di ef-ficace dispositivo di asportazione delleccesso di resina.

La deposizione dello strato di cromo pu arrivare a raddoppiare la durata di uno stampo. comevalore generale si pu dire che una filiera deve poter produrre mediamente fra 20.000 e 30.000 me-tri di pultruso prima di essere cromato nuovamente. comunque questa operazione non pu esserecondotta un numero indefinito di volte, dal momento che viene intaccato il substrato metallico del-la filiera vera e propria. La levigatezza dello stampo critica, soprattutto nelle zone dove la resinaha gelificato, ma non ha ancora raggiunto la durezza finale.

se la resina viene rigata da irregolarit sulla superficie dello stampo, ne risulter non solo unafinitura superficiale del manufatto pi o meno carente, ma la resina asportata pu essere inglobatain altre zone superficiali del pultruso o intasare lo stampo stesso. Qualche volta si ricorre ad unapultrusione intermittente, allo scopo di realizzare una polimerizzazione uniforme contemporanea-mente per tutta la lunghezza dello stampo. In questo caso, la parte iniziale della trafila deve essereraffreddata per evitare che gelifichi la resina allesterno dello stampo e in prossimit di questo.

Le trafile sono realizzate comunemente in due parti separate secondo un piano orizzontale pa-rallelo alla direzione di pultrusione. nel caso delle sezioni pi semplici, per tondini, si ricorre a stam-pi monoblocco, ottenuti forando e levigando il foro, che pu essere cromato con tecniche speciali.La finitura superficiale del manufatto risente positivamente dellassenza della linea di giunzione pre-sente negli stampi in pi parti.

nella progettazione della trafila bisogna tener ben presenti i problemi relativi allespansione ter-mica del materiale in fase di polimerizzazione e al successivo ritiro. tanto per chiarire le idee, sipu dire che, per un materiale composito in resina epossidica e rinforzo di carbonio, mediamentele dimensioni dello stampo vengono maggiorate, per il tratto in cui richiesto, di circa il 2%. Inquesto modo le dilatazioni termiche del materiale non portano allinstaurarsi di pericolose solleci-tazioni di taglio.

allinterno della filiera ha luogo la fase pi delicata di tutto il processo: la polimerizzazione. Daessa dipendono in gran misura sia la qualit del prodotto finale, sia la cadenza di produzione com-plessiva. La fase deve essere condotta in modo tale da essere sicuri che la storia tempo-temperatu-ra della matrice consenta un adeguato livello di polimerizzazione, prima che il materiale venga af-ferrato dal sistema di tiro. Inoltre, necessario controllare che il rinforzo bagnato, nel suo passag-gio attraverso la filiera, non determini sollecitazioni di taglio allinterfaccia con la parete metallicadi entit superiore alle sue capacit di resistenza in quello stadio.

Il riscaldamento del materiale nella filiera avviene, nella generalit delle applicazioni, per condu-zione attraverso la filiera. Questa a sua volta riscaldata mediante piastre esterne o resistenze elet-triche poste al suo interno. Questultima soluzione naturalmente pi costosa della precedente. altrimetodi di riscaldamento, meno frequenti, fanno uso di sistemi radianti o a circolazione di olio caldo.


In ogni caso, per assicurare luniformit e la ripetibilit delle propriet in tutti i punti del manu-fatto e per ogni turno di lavoro, il controllo della temperatura, che mediamente compresa tra i 150e i 170 c, deve essere realizzato con tolleranze massime di 1 c.

La velocit di polimerizzazione pu essere aumentata attuando un preriscaldamento dielettrico delmateriale a seguire immediatamente la fase dimpregnazione. In tali sistemi, il dispositivo a microon-de inizia la reticolazione, con un riscaldamento che procede dallinterno della massa di resina e fibreverso lesterno, mentre il sistema di riscaldamento successivo, generalmente di tipo elettrico, com-pleta lindurimento, con un riscaldamento che stavolta va dallesterno verso linterno della massa. Ilrisultato una grande uniformit di propriet e una maggiore velocit di produzione. Le radio-fre-quenze impiegate vanno normalmente da 45 a 500 Mhz. Per certe matrici termoindurenti possibi-le impiegare microonde della banda di frequenza comprese fra 950 e 5.200 Mhz. Per le resine epos-sidiche si usano frequenze nel campo 1.000-2.000 Mhz; per quelle poliestere nel campo 40-70 Mhz.

2.4.5. Postformatura I dispositivi di postformatura hanno lo scopo di assicurare il corretto allineamento della sezione

del prodotto in uscita dalla trafila, compensando eventuali tensioni laterali che potrebbero determi-nare curvature del profilato. Queste attrezzature sono costituite essenzialmente da coppie di puleg-ge o rulli, montati perpendicolarmente fra loro e regolabili in larghezza. Lallineamento di questidispositivi con la trafila e con le attrezzature di preformatura essenziale per il raggiungimento diun elevato livello qualitativo della produzione. In alcuni casi estremi pu essere richiesto lallinea-mento mediante raggi laser.

2.4.6. Tiro e taglio Le originali tecniche di trazione mediante catene o cavi sono state oggi completamente sostitui-

te da meccanismi tipo caterpillar o da morsetti montati su sistemi alternativi. La prima tecnica di-spendiosa e molto poco versatile, dal momento che richiede una superficie di contatto che abbia laforma del profilo realizzato. con il sistema mediante morsetti, lafferraggio avviene sulle superficilaterali del manufatto, quindi uno stesso profilo dei morsetti impiegabile per pi prodotti. Gene-ralmente, per ottenere unazione continua, due sistemi di trascinamento lineare intermittenti agi-scono di seguito: uno afferra il manufatto prima che laltro lo lasci.

La velocit di trascinamento, comunque variabile da caso a caso e in funzione della qualit ri-chiesta, varia fra 1,5 e 100 m/h. La forza di trazione compresa fra 1 e 100 ton.

Loperazione di taglio avviene comunemente mediante una sega montata su una tavola che sisposta parallelamente alla direzione di pultrusione e con la stessa velocit di avanzamento del ma-nufatto. In questo modo, si realizza una velocit relativa nulla. alla fine delloperazione, la segaritorna alla posizione iniziale per riprendere il taglio. Le lame della sega sono in carburo di silicioo diamantate.

Loperazione di taglio viene avviata al ricevimento da parte della sega di un segnale di assenso;questo segnale pu essere attivato, per esempio, semplicemente dallurto dellestremit del prodot-to contro un traguardo munito di opportuno microinterruttore. altre soluzioni semplici possono es-sere realizzate mediante rotelline mosse dallattrito con il prodotto su cui sono poggiate; ogni qual-volta viene raggiunto il numero di giri corrispondente alla lunghezza del prodotto finito, la rotelli-


na fa partire il segnale di assenso per la sega. Per tolleranze molto strette, bisogna ricorrere a siste-mi pi sofisticati o a operazioni fuori linea.

2.4.7. Controlli La frequenza e laccuratezza dei controlli dettata dalle specifiche e dalle dimensioni del pro-

dotto nonch dalla potenzialit dellimpianto. nei casi pi comuni, i controlli effettuati sono i seguenti: viscosit e tempo di gel della resina nella vaschetta di impregnazione; periodicamente va con-

trollato il livello; temperatura della resina allingresso dello stampo; temperatura in almeno tre punti equidistanti della sua lunghezza; temperatura alluscita dello stampo; velocit di avanzamento.nellambito dellingegneria civile i prodotti pultrusi di maggiore impiego solo le lamine e i pro-

filati a t o a c.

t 2.5. formatura per iniezione di resina (rTm resin Transfer molding)con il termine RtM (Resin Transfer Moulding) si intende una tecnologia mediante la quale si

fabbricano compositi a matrice polimerica, iniettando la resina catalizzata in una cavit avente laforma del pezzo da realizzare ed in cui stato preliminarmente collocato il rinforzo asciutto.

La cavit ottenuta chiudendo stampo e controstampo, luno contro laltro. Questi possono es-sere di vario tipo; pi comunemente si usano stampi in vetroresina o stampi in metallo.

Le fasi di fabbricazione RtM si possono riassumere nelle seguenti fasi: pulitura dello stampo; applicazione del distaccante; applicazione del gel-coat; posizionamento del rinforzo; chiusura e bloccaggio dello stampo; iniezione e polimerizzazione della resina; apertura dello stampo ed estrazione del pezzo; operazioni di rifinitura.Le prime due fasi sono relative a tutti i tipi di tecnologie e quindi superfluo discorrerne. Per ci

che riguarda le altre fasi, esse consistono in: deposito del rinforzo secondo le direzioni e la sequen-za desiderata, accostamento delle parti dello stampo e del controstampo, iniezione della resina.

tale operazione viene normalmente eseguita a freddo, ma possibile riscaldare lo stampo peraccelerare il processo. La pressione, essendo esercitata mediante la resina ancora liquida, si distri-buisce uniformemente su tutto il laminato in fabbricazione consentendo cos spessori uniformi e ot-tima qualit del manufatto. In genere le pressioni usate per liniezione variano tra 0,5 e 4 bar ed itempi di iniezione tra i 20 secondi e i 2 minuti.

La tecnologia di formatura per iniezione di resina molto interessante per la possibilit di auto-mazione che offre e quindi per la produzione di

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