Materiali compositi e impatto ambientale. A. Ratti Politecnico di Milano, Dipartimento INDACO andrea.ratti@polimi.it

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Antonina Fabiana Alfieri
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1 Materiali compositi e impatto ambientale A. Ratti Politecnico di Milano, Dipartimento INDACO andrea.ratti@polimi.it

2 Argomenti trattati Ø Stato dell arte nell utilizzo di risorse rinnovabili per applicazione nel settore dei compositi. Ø Quadro delle iniziative nella sperimentazione di biocompositi per un trasferimento a scala produttiva. Ø Esempi di ricadute sull industria nautica.

Ø Quadro delle iniziative nella sperimentazione di biocompositi

3 Eventi recenti nel campo dei bio-compositi ü Second International Conference on Innovative Natural Fibre Composites for Industrial Applications, Roma, aprile 2009; ü European Conference on Composite Materials ECCM14 Budapest, giugno 2010 (Venezia giugno 2012); ü UE Progetto WOODY ( ), 7 milioni di euro per sviluppare nuovi materiali compositi polimerici da risorse rinnovabili; ü Jec Composites, Parigi, marzo 2011 ü 1 Convegno Internazionale Assocompositi, Milano, maggio 2011

(Venezia 24-28 giugno 2012); ü UE Progetto WOODY (2009-2012), 7 milioni di euro per sviluppare nuovi materiali compositi

4 Fibre di vetro VS Fibre naturali Le fibre naturali sono mediamente più economiche rispetto alle fibre di vetro; Le fibre naturali presentano un peso specifico inferiore rispetto alle fibre di vetro; In valore assoluto le fibre naturali presentano proprietà meccaniche inferiori rispetto alle fibre di vetro. Fonte: G.Cicala, 2011

inferiore rispetto alle fibre di vetro; In valore assoluto le fibre naturali

5 Comparazione del fabbisogno energetico Cumula&ve Energy Demand [MJ/t] 1,E+06 1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E+01 1,E Flax Hemp Sisal Glass PP Epoxy Fonte: G.Cicala, 2011

1,E+02 1,E+01 1,E+00 82000 140710 31700 2752 4170

6 Applicazioni nell industria dei trasporti

7 Considerazioni su proprietà e prestazioni delle fibre naturali Le fibre ritorte possono raddoppiare le caratteristiche delle fibre naturali; Le proprietà delle fibre secche non sono sempre indicative del comportamento una volta impregnate (effetto porosità); Altrettanto significativo sulle prestazioni risulta essere l effetto del sizing al quale sono sottoposte le fibre; Ulteriori opportunità possono derivare dall interazione con i materiali d anima e dal controllo di alcuni fattori di processo (densità del materiale d anima, livello di impregnazione); I biocompositi testati hanno mostrato interessanti proprietà e caratteristiche per lavorazioni in stampo chiuso.

sizing al quale sono sottoposte le fibre; Ulteriori opportunità possono derivare dall interazione con i materiali d anima e dal controllo di alcuni fattori di processo

8 Applicazioni di bio-compositi nel settore nautico

9 Zeydon 60 (2008) BMW - Group DesignWorks USA Materiali per allestimenti: pannelli in sfogliato di bambù

10 Magellano 50 Azimut (2010) Sportelli Carter Portelloni Cielini

11 VOTRE REGARD 6.50 Thibault Reinhart (2010) Materiali di rinforzo: - 70% tessuti di lino - 30% tessuti di carbonio

12 Verifiche sperimentali condotte presso il Politecnico di Milano nell ambito dei bio-compositi

13 Sperimentazione di fibre naturali per applicazioni strutturali G. Janszen, L. Battirossi, L. Di Landro, Politecnico di Milano Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale D. Tagliapietra, Schickler Tagliapietra Yacht Engineering Ragno strujurale per l ajacco chiglia: 3 madieri con sezione a omega Materiali: unidirezionale di bambù impregnato con resina epossidica

Tagliapietra, Schickler Tagliapietra Yacht Engineering Ragno strujurale per l ajacco

14 Definizione dei carichi e dimensionamento Simulazione numerica e analisi sforzi-deformazioni Modello numerico per la verifica del dimensionamento Analisi sforzi-deformazioni

15 Test di incollaggio lino-bambù e prove di delaminazione

16 Realizzazione stampi e componenti

17 Verifiche sperimentali comparative nell ambito dei bio-compositi

18 Verifiche sperimentali comparative Espanso di pvc Balsa Espanso da olio di ricino Pannelli in sughero (densità kg/mc) Tessuti biassiali di vetro +/- 45 Tessuti di cotone Tessuti di lino ( gr/mq) Resine utilizzate: Epossidica, Vinilestere, DCPDM, UPR

Tessuti biassiali di vetro +/- 45 Tessuti di cotone Tessuti di

19 Studio della cinetica di infusione e caratterizzazione meccanica Realizzazione provini per infusione con net superficiale Esecuzione prove di flessione a 3 punti

20 Curve di carico per tessuti a trazione

21 Carico massimo delle diverse combinazioni

22 Spostamento a carico massimo

23 Diverso grado di saturazione dell anima al variare della densità e meccanismi di frattura 1.a L400/BF-6/V300 2.a V300/S10-6/V300 3.b V300/S20-6/V300 1.b L400/BF-6/BF400 2.b V300/S10-6/V300 4.B L400/S20-6/L400

24 Grafico carico-spostamento al variare della natura della resina

25 Realizzazione prototipi mediante infusione Composizione laminato rinforzi in biassiali di vetro anima in sughero resina epossidica Scafo in navigazione

26 Realizzazione prototipo con rinforzi e anima in biocomposito Vestizione scafo con rinforzi in lino e anima in sughero Coperta in sandwich di tranciato di legno e honeycomb in fibra di cellulosa Scafo in navigazione

27 Ricadute sull industria nautica

28 Il caso El Niño Costruzione mediante infusione: rinforzi in tessuti di lino anima in sughero resina derivata da risorse vegetali A regime: Razionalizzazione processo mediante ricorso a kit pretagliati dei materiali di vestizione Minimizzazione sprechi mediante ricorso a sacchi riutilizzabili; affinamento e semplificazione network di infusione

29 Il caso Zar 57 - LA PRIMA IMBARCAZIONE PNEUMATICA REALIZZATA INTERAMENTE! IN COMPOSITO SOSTENIBILE DI FIBRE NATURALI E! RESINE DI NUOVA GENERAZIONE! 29 FACE-FIBRE: fibre naturali compatibili con qualsiasi tipo di resina" creato per offrire una reale alternativa alla fibra di vetro" semplicità d uso e pulizia nei processi produttivi" " CORECORK: agglomerato di sughero ideale per compositi in sandwich" adattabile a superfici complesse e a doppia curvatura" riciclabile fin dalle sue prime fasi produttive" " BIRESIN CR83: priva di stirolo, furfurylalcool, fenoli, e ammine di natura" aromatica, sostanze notoriamente riconosciute" aggressive e nocive per la salute" appositamente ingegnerizzata per i processi di infusione"

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