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Sistema di produzione
Le fibre
(di carbonio, vetro, ecc.)
sono prelevate da un gruppo di rocchetti e convogliate,
attraverso rastrelliere che ne uniformano la disposizione,
verso un bagno di resina, dove avviene l'impregnazione.
Il fascio di fibre impregnate entra quindi in uno stampo
riscaldato, nel quale il materiale si consolida sotto
pressione.
Durante questa fase i vuoti presenti tra le fibre sono
eliminati, garantendo così la continuità del materiale
in direzione trasversale.
Il calore viene di solito fornito attraverso
resistenze elettriche e la temperatura è controllata
mediante termocoppie opportunamente posizionate. Il tempo di
permanenza in temperatura è regolato dalla velocità di
produzione.
All'uscita dallo stampo, la matrice si è solidificata e il
composito può essere afferrato dal dispositivo di traino
che lo trascina a velocità costante.
Una sega circolare taglia il prodotto alla lunghezza
desiderata in prossimità della parte terminale della linea
di produzione.
E' possibile aggiungere strati di mat o
tessuti per rinforzare il materiale anche in direzioni
diverse da quella di traino.
Con speciali apparecchiature è anche possibile la
tessitura, l'avvolgimento e l'intreccio di
fibre direttamente sulla linea di produzione. |
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Materiali
Compositi
Per materiali compositi avanzati si intendono i composti costituiti
da fibre di varia origine (vetro, carbonio, boro, fibra aramidica)
inglobate in una matrice di resina (poliestere, vinilica, epossidica,
fenolica) la quale non ha compiti di resistenza meccanica, ma
garantisce la coesione tra le fibre di uno stesso strato e tra
strati adiacenti.
La loro scoperta si deve al grosso impegno sia
economico che umano profuso dall’industria aerospaziale nella
ricerca tecnologica. In questo campo, infatti, innumerevole sono gli
sforzi per ottenere il miglior compromesso tra resistenza, peso, e
costo delle strutture degli aeromobili, in quanto il raggiungimento
di tale scopo permette di realizzare prestazioni altrimenti
inavvicinabili sia in termini assoluti sia in termini di risparmio
energetico a parità di condizioni d’impiego.
I materiali metallici
sviluppati in un recente passato, quali le leghe di alluminio e
titanio, non hanno soddisfatto pienamente le condizioni
precedentemente esposte, specie per l’alto costo e la complessità di
assemblaggio delle strutture, per cui i ricercatori, all’inizio
degli anni sessanta,
si sono volti allo studio di nuove soluzioni.
Le maggiori attenzioni sono state ovviamente rivolte verso quegli
elementi che presentavano bassi valori di peso molecolare ossia
litio, berillio boro e carbonio; scartati il litio e il berillio
perché costosissimi e poco reperibili (anche se il berillio viene
ancora usato in alcune parti dei satelliti)le ricerche si sono
concentrate su boro e carbonio.
Con le fibre a base di carbonio sono stati risolti anche questi ultimi inconvenienti grazie ad una diversa tecnologia di produzione
e alla grandissima disponibilità dell'elemento in natura.
Come prodotti di partenza sono
stati scelti fra i tanti possibili il poliacrilonitrile e il rayon,
due polimeri che presentano forti percentuali di carbonio (oltre il
65%) e che contemporaneamente possiedono adatte caratteristiche
termochimiche per potere affrontare i processi di trasformazione.
Per arrivare alla produzione delle fibre, infatti, i polimeri devono
subire prima una pirolisi (variazione della composizione chimica per
effetto del calore) a circa 200 C° in presenza di ossigeno e poi una
grafitizzazione (eliminazione degli elementi estranei al carbonio) a
temperature variabili tra 1600 e 2500 C°. Le elevatissime
caratteristiche meccaniche sono dovute ad una trazione esercitata
sulle fibre durante il primo oppure il secondo processo e possono
essere parzialmente modificate agendo appunto sulle predette
temperature. Alle fibre di carbonio, nel 1971 si è aggiunto un altro
prodotto con resistenza meccanica ulteriormente superiore e
caratteristiche peculiari estremamente particolari: la fibra
aramidica, partendo non più da polimeri sintetici, ma da un composto
organico della serie dei poliamminidi aromatici che viene sottoposto
ad una serie di processi tuttora protetti da brevetto mondiale e
quindi non conosciuti. |
