I Materiali Compositi

1. I Materiali Compositi

2. Cosa sono i Materiali Compositi? • Una definizione di materiali compositi può essere la seguente: si tratta di materiali di solito non presenti in natura che sono il risultato di una combinazione tridimensionale di almeno due materiali tra loro, chimicamente differenti, con un’interfaccia di separazione. • La combinazione così ottenuta vanta proprietà chimico-fisiche non riscontrabili nei singoli materiali che la compongono.

3. Quali sono i vantaggi di questi tipi di materiali? • leggerezza • rigidità • semplicità di messa in opera • assenza di corrosione • manutenzione limitata • elevata resistenza meccanica anche ad alte T

4. Cosa sono i Materiali Compositi? I singoli materiali che formano i compositi sono detticostituenti e a seconda della loro funzione prendono il nome di matrice e rinforzo. L'insieme di queste due parti costituisce un prodotto in grado di garantire proprietà meccaniche elevatissime (a questo scopo, fondamentale è la cura dell'adesione interfacciale tra fibre e matrice) e densità decisamente bassa: per questo motivo i compositi sono largamente usati nelle applicazioni dove la leggerezza è cruciale, aeronautica in primis.

5. 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 tipo di rinforzo, i materiali compositi si suddividono in: • compositi particellari; • compositi rinforzati con fibre (a), (b), (c); • compositi strutturati (ad esempio pannelli a sandwich, laminati, ecc).

6. Cos’è la Matrice? La matrice è costituita da una fase continua omogenea, che ha il compito di: • racchiudere il rinforzo, garantendo la coesione del materiale composito (e degli eventuali strati di cui esso è composto, nel caso di composito laminato); • garantire che le particelle o le fibre di rinforzo presentino la giusta dispersione all'interno del composito e non si abbia segregazione.

7. Polimerizzazione In cosa differiscono le Matrici TI da quelle TP? Termoplastico (TP) Termoindurente (TI) Trasf. fisica (riciclo) Reaz. chimica (non riciclo)

8. Matrici TP vs. Matrici TI • Problema di garantire la posizione delle fibre nelle TP(infatti, il 75% della produzione di manufatti è in matrice TI). • Le TI sono bicomponenti, 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 illimitati (perché non avvengono reazioni chimiche); però, sono molto costose a causa dell’elevato apporto di calore e pressione.

9. Quali sono le proprietà del Rinforzo fibroso? Proprietà delle Fibre

10. 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 rispetto alle fibre di vetro, però, la loro duttilità può risultare uno svantaggio quando si devono, ad esempio, praticare fori nel materiale composito. • I tre tipi di fibre di carbonio, sopra elencate, ci dimostrano che è possibile garantire o un’elevata resistenza meccanica o un elevato modulo elastico (più del doppio dell’acciaio, in tal caso).

11. Resistenza Diametro fibra Perché i materiali delle fibre non si usano da soli? La fragilità delle fibre • Funzioni della matrice: • legare le fibre • dare la forma al pezzo • proteggere le fibre

12. Quali sono i fattori d’importanza delle fibre all’interno di un composito? • l’orientazione delle fibre (all’interno del composito). • la quantità di fibre (all’interno del materiale composito). Carboresina UD Impossibile da realizzare Quantità massima di fibre da poter inserire in un materiale composito

13. Come utilizzo le fibre? • E’ consigliabile prevedere fibre di tipo continuo. • Solo le fibre di carbonio sono competitive con i materiali tradizionali per applicazioni avanzate. • Per limitare i costi occorre ottimizzare il progetto.

14. Materiali Compositi Ceramica Resine Termoplastiche Polimerica Matrice Resine Termoindurenti Metallica costituiti da: Particellare Rinforzo Fibre Corte Fibre Conferiscono rinforzo, con maggiore efficienza, nella direzione della loro disposizione Fibre Lunghe Alta Perfezione Strutturale • Leggerezza • Estetica • Facilità di lavorazione • Elevata • Resistenza alla corrosione • Resistenza meccanica (anche ad alte T) Caratteristiche principali Modulo Elastico molto elevato Proprietà Comportamento Elastico Lineare fino alla rottura

15. A cura di: Marina Manfredi