Principali caratteristiche

Generalità sui materiali compositi

Una definizione di materiali compositi puo’ 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 cosi’ ottenuta vanta proprieta’ chimico-fisiche non riscontrabili nei singoli materiali che la compongono.

Vari MC sono usati in strutture quali ad esempio quelle impiegate sul Boeing 777 a motivo della loro resistenza e leggerezza, nonche’ della resistenza alla fatica, alla corrosione e agli impatti.

I MC si distinguono dai metalli in quanto si tratta della combinazione di materiali tra loro differenti per composizione o forma.  Ciascun costituente mantiene la propria identita’ nel composto finale senza dissolversi o fondersi completamente nell’altro.

Il cemento armato e’ un eccellente esempio di struttura composita dove cemento e acciaio mantengono la loro identita’. Le barre d’acciaio sopportano i carichi di tensione mentre il cemento sopporta quelli in compressione.  Nel campo delle costruzioni aeronautiche il termine “strutture composite” si riferisce a combinazioni di tessuti e resine dove il tessuto e’ imbevuto di resina e tuttavia mantiene la sua identita’.

I MC avanzati consistono in una nuova fibra ad alta resistenza inserita in una matrice epossidica.  Il risultato e’ un risparmio di peso nelle strutture aeronautiche, ad esempio, a causa di un migliorato rapporto peso-resistenza.

Strutture di grafite-epoxy permettono un risparmio di peso del 20% rispetto all’alluminio.  La riduzione dei pesi e’ il vantaggio piu’ evidente a supporto della scelta.  Altri vantaggi rispetto ai materiali tradizionali includono l’alta resistenza alla corrosione, e la resistenza ai carichi di tipo ciclico (fatica).

Lo svantaggio maggiore e’ invece legato ai maggiori costi.

I MC ibridi sono tipicamente ottenuti aggiungendo fiberglass o kevlar alla matrice di base fibra – epoxy.  Le aggiunte sono fatte per ottenere specifiche caratteristiche quali la resistenza alla rottura o agli impatti.  L’aggiunta di carbonio-epoxy alle strutture in fiberglass, ad esempio, incrementa la rigidita’ dell’insieme.

La maggior parte dei materiali compositi moderni combinano una matrice in resina termoindurente con rinforzi in fibra oltre a cellule di rinforzo quali schiume dure e strutture a nido d’ape (honeycomb).

Rinforzi comunemente usati sono il vetro, il carbonio e le fibre aramidiche, quest’ultime disponibili in varie forme (continue, frammentate, multi-assiali o intessute).

Una scelta oculata dei tipi di rinforzo permette di tarare le caratteristiche di forza e resistenza della struttura finale su quasi ogni esigenza richiesta dal prodotto finito.

La fibra di vetro e’ di gran lunga la fibra di rinforzo piu’ usata, di qui il termine GRP (glass reinforced plastic) e FRP (Fiber reinforced plastic) usati spessi per descrivere prodotti fatti con compositi.

Le matrici di resina termoindurente piu’ comunemente usate includono poliestere, epoxy, estere vinile e fenoli.  La scelta dei tipi di resine impiegate permette di variare le caratteristiche relative alle temperature d’esercizio, alla resistenza agli agenti chimici e all’aggressione degli agenti atmosferici, alle proprieta’ di conducibilita’ elettrica e alla resistenza al fuoco.

Pressoche’ ogni oggetto prodotto con materiali tradizionali puo’ essere prodotto anche usando materiali compositi.

Mentre l’uso dei compositi e’ quasi una scelta obbligata per certi tipi di applicazioni, la selezione del materiale da impiegare e’ in genere funzione della durata utile richiesta al prodotto finito, del numero totale dei pezzi da produrre, della complessita’ della forma, del risparmio nei costi di assemblaggio, e, infine, dell’esperienza nell’uso dei compositi.  In molti casi i risultati migliori si ottengono dall’uso combinato di materiali compositi e di materiali tradizionali.

Anche i processi produttivi hanno conosciuto un’evoluzione costante. Benche’ la stesura manuale rimane ancora una tecnica diffusa, nuove tecniche quali l’infusione sotto vuoto si faranno strada in settori ad alta tecnologia quali quelli delle applicazioni aerospaziali per i materiali compositi.

Caratteristiche materiali compositi

• Alta resistenza e basso peso
• Resistenza alla corrosione
• Durata 

I materiali compositi vantano un miglior rapporto peso-resistenza rispetto ad alluminio ed acciaio e possono essere ingegnerizzati per fornire un’ampia gamma di caratteristiche relativamente a resistenza all’impatto, tensione e flessione.

Caratteristiche materiali compositi: opzionali

• Ignifughi
• Antistatici o ad alta conducibilita’ elettrica
• Pigmentati o traslucidi