4 CONVEGNO NAZIONALE ASSOCOMPOSITI

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1 RACCOLTA ABSTRACT 4 CONVEGNO NAZIONALE ASSOCOMPOSITI Fiera Milano-Rho, 6-7 Maggio 2015 Associazione italiana compositi e affini

2 1) Sessione costruzioni Sulla recente Linea Guida ministeriale per la qualificazione degli FRP da utilizzarsi nel consolidamento strutturale L. Ascione Dipartimento di Ingegneria Civile, Università degli Studi di Salerno, Italia Dopo una lunga gestione, finalmente il 19 febbraio 2015 la 1 a Sezione del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha approvato la tanto attesa Linea Guida dal titolo Linea Guida per l identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti. La bozza iniziale era stata predisposta da un apposito Gruppo di Lavoro nominato dal Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e composto da: Ing. Pietro Baratono (Coordinatore), Arch. Mario Avagnina, Ing. Antonio Lucchese, Ing. Emanuele Renzi, Prof. Luigi Ascione, Prof. Gaetano Manfredi, Prof. Giorgio Monti, Prof. Antonio Nanni, Prof. Carlo Poggi, Prof. Marco Savoia, Prof. Gianni Royer. Alla sua redazione avevano attivamente partecipato Fornitori e Produttori di FRP afferenti ad Assocompositi. Tale bozza era stata trasmessa dal Coordinatore al Servizio Tecnico Centrale nel dicembre Successivamente il testo della suddetta bozza aveva subito una profonda modificazione sia da parte del Servizio Tecnico Centrale, sia da parte della Commissione Relatrice incaricata dell affare in vista dell esame ed approvazione da parte della 1 a Sezione del Consiglio Superiore. In occasione dell adunanza del 26 giugno 2014 la bozza così modificata sollevò vari dubbi e perplessità, tanto che la 1 a Sezione ravvisò la necessità di un ulteriore approfondimento da parte della Commissione Relatrice coordinata dall ing. Alfredo Principio Mortellaro del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (MIT). Altri componenti erano: arch. Mario Avagnina (MIT), avv. Marco Stigliano Messutti (Avvocatura dello Stato), prof. Marco Menegotto, prof. Camillo Nuti, prof. Gian Piero Lignola. Con provvedimento del 4 novembre 2014, il Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici integrava la composizione della Commissione Relatrice nominando l autore della presente memoria come ulteriore componente. I lavori della Commissione così integrata sono iniziati in data 12 novembre 2014 e si sono conclusi in data 17 febbraio 2015 pervenendo ad un testo concordato, approvato nella già richiamata adunanza del 19 febbraio 2015, che sostanzialmente ricalca quello originario di quattro anni prima. Scopo della memoria è quello di lumeggiare gli aspetti essenziali della Linea Guida, evidenziando le principali criticità incontrate nel corso dell iter procedurale e le differenze più significative introdotte rispetto alla primitiva versione del

3 Round Robin Test per la caratterizzazione meccanica di materiali compositi a matrice inorganica (FRCM) per il rinforzo di strutture in muratura F.G. Carozzi 1, G. de Felice 2, S. De Santis 2, C. Poggi 1 1 Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito (ABC), Politecnico di Milano, Italia 2 Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi Roma Tre, Italia I materiali compositi fibrorinforzati a matrice cementizia (FRCM) rappresentano un sistema di consolidamento di elementi strutturali alternativo ai compositi a matrice epossidica (FRP). Sono costituiti da un tessuto in diversi possibili tipi di fibre (carbonio, vetro, PBO, ) impregnato con una matrice di natura inorganica. I sistemi FRCM sono particolarmente indicati nel consolidamento di edifici storici o in muratura perché la matrice inorganica consente di avere buona compatibilità con il substrato e permeabilità al vapore, inoltre presentano buona durabilità agli agenti esterni e migliore resistenza al fuoco rispetto ai sistemi con matrice epossidica. L applicazione sempre più diffusa di questi materiali ha evidenziato la necessità di sviluppare una procedura per la qualificazione iniziale (ITT) delle proprietà di trazione e di adesione al substrato di questi sistemi, che sono costituiti da componenti con proprietà meccaniche e fisiche anche molto differenti. Tale procedura deve fornire risultati affidabili e dare un ampio numero di informazioni sperimentali mantenendo un costo relativamente basso, in particolare per quanto riguarda la facilità di preparazione dei campioni, del set-up di prova e di esecuzione e rielaborazione delle prove sperimentali. Le medesime procedure potranno essere utilizzate per controllare la qualità dell istallazione del sistema in cantiere. Il gruppo Rilem TC-250 CSM Composites for the Sustainable Strengthening of Masonry e Assocompositi hanno organizzato un Round Robin Test volto alla qualificazione di sistemi FRCM, che consisterà nell esecuzione di prove analoghe in diversi laboratori che dispongono di adeguate attrezzature. Sono state coinvolte 20 università ed istituti di ricerca (oltre all Italia, con 14 sedi, sono rappresentate Grecia, Portogallo, Slovenia, Polonia, Germania e Francia) e 11 aziende produttrici. L ampio numero di strutture aderenti garantirà l analisi di un elevato numero di materiali e l affidabilità dei risultati ottenuti. Il programma sperimentale prevede test su 24 sistemi diversi, comprendenti tessuti in ardesia, basalto, carbonio, vetro, PBO e acciaio e malte sia di cemento che di calce, in alcuni casi fibrorinforzate e/o additivate con resine per migliorare le proprietà di adesione. Il lavoro si pone l obiettivo di studiare le proprietà di trazione di campioni costituiti da uno strato di tessuto inserito nella matrice, e di adesione del sistema applicato su un substrato in muratura e sottoposto a prova di distacco. Vista l importante influenza che diversi fattori hanno sui risultati sperimentali, sono state stabilite le caratteristiche geometriche dei campioni, le proprietà meccaniche del substrato, i possibili set-up e le modalità di esecuzione delle prove. Per le prove di distacco gli istituti di ricerca partecipanti al Round Robin si sono avvalsi della collaborazione della SanMarco Terreal. I risultati delle prove forniranno informazioni sulle modalità di rottura, i carichi massimi raggiunti, e sulla risposta in termini di curva carico-scorrimento. L ampio numero di dati raccolti costituirà un database statisticamente significativo che potrà fornire indicazioni per lo sviluppo di linee guida per la caratterizzazione dei materiali e di indicazioni progettuali. 2

4 Caratterizzazione meccanica di materiali compositi a matrice cementizia (FRCM) F.G. Carozzi 1, G. Mantegazza 2, A. Nanni 3, C. Poggi 1 1 Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito (ABC), Politecnico di Milano, Italia 2 Ruredil S.p.A., San Donato Milanese, Italia 3 Department of Civil Architectural and Environmental Engineering, University of Miami, USA I materiali compositi a matrice cementizia (FRCM) sono un sistema di consolidamento strutturale costituito da un tessuto in fibre immerse in una matrice di natura inorganica. Questi materiali rappresentano una soluzione ad alcune delle problematiche presentate dai materiali a matrice organica: hanno migliore resistenza alle alte temperature, presentano buona compatibilità con il substrato e permeabilità al vapore, e migliore durabilità agli agenti esterni. Principali aspetti da analizzare nella qualificazione e caratterizzazione di questi materiali sono la resistenza a trazione, l adesione al substrato e la durabilità. Nel presente lavoro si presentano i risultati di un ampia campagna sperimentale che studia materiali costituiti da diversi tipi di tessuti rinforzo: polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO) con diverse geometrie e grammature, carbonio (C) e un tessuto misto costituito da rovings in vetro e PBO. Principale proprietà meccanica studiata per caratterizzare e qualificare i sistemi FRCM è la resistenza a trazione. A causa della loro eterogeneità i materiali FRCM presentano un interessante comportamento meccanico a trazione. Si è osservato come differenti set-up di prova e diversi sistemi di misurazione delle deformazioni influenzino notevolmente il comportamento del sistema. Importante aspetto che deve essere analizzato è l adesione del sistema di rinforzo al substrato. Sono state effettuate una serie di prove di push-pull double lap eseguite applicando il rinforzo su differenti tipi di substrato in muratura, e con prove di pull-off del sistema applicato su substrato in laterizio e calcestruzzo. Le prove di distacco mostrano come la modalità di rottura non sia caratterizzata da debonding con asportazione del substrato, come si verifica per i materiali a matrice organica, ma per scorrimento del tessuto all interno della matrice o per rottura dei filamenti che compongono i rovings. E stata studiata anche la durabilità del sistema di rinforzo, eseguendo prove di trazione e pull-off su campioni soggetti a cicli gelo-disgelo e ad ambienti alcalino e marino per un periodo di 1000 e 3000 ore. 3

5 Tensile behaviour and durability of Steel Reinforced Polymer and Steel Reinforced Grout Stefano De Santis 1,a, Paolo Casadei 2,b, Francesca Roscini 1,c, Gianmarco de Felice 1,d 1 Roma Tre University, Department of Engineering, Rome, Italy. Via Vito Volterra 62, Roma 2 Kerakoll S.p.A. Via dell'artigianato 9, Sassuolo (MO) a b c d Composite materials have been increasingly used in the last two decades for repairing and strengthening existing structures, since they can provide a significant improvement of the structural capacity with minimum mass increase. Textile materials include carbon, glass, steel, basalt, PBO, and natural fibres. Among all these possibilities, steel-based reinforcements offer particularly good mechanical performance thanks to the high tensile strength of the textile and the effective cord-tomatrix interlocking, at relatively low costs. Nevertheless, their development still needs to be fully completed, with respect to other well-established materials, such as carbon and glass. Wide and solid experimental datasets are therefore necessary to provide practitioners with information on structural performance and allow for the full introduction of steel-based composites in the standard codes that are currently under finalization for both qualification and design. This paper presents an experimental investigation on the tensile behaviour and durability of Steel Reinforced Polymer (SRP) and Steel Reinforced Grout (SRG). Both the composites are conceived as externally bonded strengthening systems for reinforced concrete and masonry structures, and comprise unidirectional textiles made out of galvanized Ultra High Tensile Strength Steel (UHTSS) cords. In SRP the steel textiles are bonded by means of an epoxy resin, while in SRG either a mineral or a natural hydraulic lime mortar is used. First, tensile tests were carried out on textile specimens to derive strength, peak strain, and tensile modulus of elasticity. The durability against salt attack was also investigated after artificial ageing in substitute ocean water. Moreover, having in mind confinement applications, the deterioration induced by mechanical flexing (both by itself and in combination with salt attack) was studied. Then, tensile tests were carried out on SRP and SRG composite specimens. In addition to maximum attainable stress, corresponding strain and tensile modulus of elasticity, tests provided the whole response curve under tension. The contribution of the matrix to both load bearing capacity and stiffness at relatively low stress was identified. Moreover, the crack width and distribution were derived and related to the layout of the textile (i.e., the cord density, ranging from 4 to 21 cords/inch) and to the type (epoxy/inorganic) and properties (tensile strength, grain size range) of the matrix. Test results led to the mechanical characterization of steel textiles and steel-based composites under tension, and provided the fundamental parameters relevant to the structural applications in which the strength of the textile can be fully exploited, such that the tensile failure of the system may be expected (e.g., the confinement of pillars and columns, the extrados reinforcement of vaults or the bending strengthening of r.c. beams with mechanical end anchors/pivots). 4

6 Prove e procedure per la qualificazione ed il controllo di accettazione dei materiali compositi fibrorinforzati FRP in accordo ai criteri di accettazione ICC ES (International Code Council) - AC 125 Alberto Balsamo, Università di Napoli Federico II - Dipartimento Di Strutture per l Ingegneria e l Architettura Daniele Alfonso Pisapia, Università di Napoli Federico II - Dipartimento Di Strutture per l Ingegneria e l Architettura Ivano Iovinella, Università di Napoli Federico II - Dipartimento Di Strutture per l Ingegneria e l Architettura Giulio Morandini, Mapei S.p.A. Milano Negli ultimi anni in Italia è sempre più evidente la necessità di emanare delle Linee Guida per l accettazione e la certificazione dei materiali compositi fibrorinforzati (FRP) per il rinforzo delle strutture in calcestruzzo e muratura. Tale necessità appare ancora più evidente in relazione al punto 11.1 delle NTC 2008, laddove è prescritto che tutti i materiali e i prodotti da costruzione impiegati per uso strutturale debbano essere identificabili, in possesso di specifica qualificazione all uso previsto e debbano altresì essere oggetto di controllo in fase di accettazione da parte del Direttore dei lavori. Peraltro il documento normativo riguardante gli FRP, Istruzioni CNR DT200 R1/2013 recita: «A tutt oggi non esistono norme Europee per la classificazione e certificazione dei compositi utilizzati per il rinforzo strutturale». In questo quadro normativo si inserisce la prolungata discussione circa l approvazione di un documento da parte del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici contenente le Linee Guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti. In questo campo altri paesi hanno prodotto documenti che possono essere di riferimento per l Italia ed in particolare negli Stati Uniti è presente l ente certificatore International Code Council (di seguito ICC-ES) che ha emanato già da alcuni anni i criteri di accettazione per la certificazione dei materiali compositi fibrorinforzati FRP. Nel presente articolo viene descritta la campagna di prove eseguita dal Laboratorio del Dipartimento di Strutture per l Ingegneria e l Architettura (DiSt) dell Università di Napoli Federico II in collaborazione con l Università di Miami - College of Engineering, finalizzata al rilascio della certificazione ICC-AC125 per alcuni sistemi FRP commercializzati negli Stati Uniti dalla MAPEI S.p.A. Nel corso di tale campagna una notevole quantità di test di caratterizzazione fisico-meccanica e strutturali è stata eseguita in diverse condizioni ambientali. L analisi dell iter metodologico seguito, offre vari ed interessanti spunti di riflessione per la definizione dell analogo documento in Italia. 5

7 2) Sessione Materiali e Tecnologie La necessaria evoluzione dei controlli non distruttivi per i materiali compositi Claudio Cappabianca (ex ENEA) Tel L'utilizzo dei compositi, iniziato da circa anni, in settori ad alta tecnologia, quali aeronautica/aerospazio, militare, energia, automotivo, sportivo, ha visto un incremento esponenziale e in costante aumento. La conoscenza e l'esperienza per i materiali metallici si può dire consolidata da anni, la diversità nella diffusione e propagazione dei difetti nei compositi richiede ancora una adeguata ricerca; conseguenza immediata è un necessario adeguamento delle metodologie non distruttive sia nella fase di progettazione e realizzazione, sia nella fase di esercizio. Vengono descritti alcuni dei metodi di controllo non distruttivo in uso sia in fase di progettazione/sperimentazione, sia in fase di esercizio. I metodi descritti sono: radiografia e tomografia, ultrasuoni, shearografia. 6

8 Resine poliesteri innovative, ad elevata adesione, per la realizzazione di compositi con fibre di carbonio. P. Pozzi, T. Zanasi*, G. Lucchetti** In collaborazione con Carlo Riccò&F.lli SpA (Correggio, MO) Università di Modena e Reggio Emilia, Dipartimento di Ingegneria E. Ferrari, Via P. Vivarelli,10/ Modena, Italy. *Corresponding author: Tel number: address: **Carlo Riccò & Fratelli S.p.A. via della Vecchia Ferrovia, 8/ Correggio (RE) Tel: Mail: - Internet: In questo studio, si sono analizzati compositi realizzati con tessuti in fibre di carbonio commerciali, impregnati con resine poliestere insature, da utilizzare in varie applicazioni tecnologiche (edilizia e meccanica). Le resine utilizzate, di tipi diversi, sono state precedentemente modificate, per migliorare l adesione con il tessuto. Attraverso questo trattamento si è ottenuto un aumento delle proprietà meccaniche e termiche del composito. L adesione ottenuta tra matrice e rinforzo è risultata paragonabile ed in alcuni casi migliore rispetto al composito realizzato con lo stesso rinforzo e come matrice una resina epossidica commerciale. I compositi sono stati caratterizzati tramite DSC, prove a trazione e flessione, DMA, urto, e analisi in microscopia elettronica. I risultati mostrano come le proprietà meccaniche e termiche risultano essere competitive con il composito di riferimento in resina epossidica in particolare i valori di modulo del composito risultano di molto superiori a quelli attesi, probabilmente dovuto ad una elevata adesione tra la matrice e rinforzo. Le proprietà intrinseche dei componenti, la morfologia del sistema e la natura dell'interfaccia tra le fasi determinano le proprietà meccanico dinamiche del composito, l'analisi dinamico-meccanica, dei compositi fibra di carbonio/resina poliestere è stata effettuata con particolare riferimento all'effetto della frequenza e della temperatura. L adesione è stata analizzata tramite spettroscopia elettronica (ESEM), mostrando una elevata adesione tra fibre e matrice poliestere sicuramente paragonabile all adesione osservata tra fibre e matrice epossidica. I risultati migliori, sia per quel che riguarda le proprietà meccaniche e termiche che per l adesione all interfaccia, si sono ottenuti nei campioni realizzati con la matrice modificata con particolari gruppi esteri all interno della macromolecola. Queste resine poliestere insature impregnano facilmente le fibre di carbonio e induriscono sia a caldo che a freddo con un elevato grado di polimerizzazione a pressione ambientale. La lavorazione non richiede necessariamente l utilizzo di autoclavi. Possono essere stampate a iniezione (RTM, VRTM, ecc.) e in Pultrusion. 7

9 Compositi termoplastici di tipo commingled a matrice nanocomposita M. Monti 1*, S.A. Tsampas 2, S.P. Fernberg 2, G. Camino 1,3 1 Proplast Consortium, Strada Comunale Savonesa 9, Rivalta Scrivia (AL), Italy 2 Swerea SICOMP, PO Box 271, SE Piteå, Sweden 3 Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia, Politecnico di Torino, Alessandria (AL), Italy Il tema dell efficienza energetica nel settore dei trasporti è ormai da anni di crescente interesse e il raggiungimento di obiettivi sempre più ambiziosi è anche legato all efficienza in termini di prestazione/peso dei materiali utilizzati. Per questa ragione, il tema del metal replacement è diventato negli ultimi anni di stringente attualità. In questo ambito, accanto all introduzione dei materiali compositi a matrice epossidica per parti strutturali o semi-strutturali, hanno ricevuto rinnovato interesse l utilizzo di laminati termoplastici fibro-rinforzati. Tra questi, i cosiddetti laminati commingled, prodotti per compressione di un tessuto costituito dall accoppiamento di una fibra polimerica con la fibra di rinforzo, si sono ritagliati negli ultimi anni una certa fetta di mercato. D altra parte, la modifica della matrice polimerica con cariche di dimensione nanometrica ha dimostrato di portare anche ai compositi in fibra (FRN: Fiber Reinforced Nanocomposites), notevoli vantaggi in termini di performance e multifunzionalità. Dal punto di vista tecnologico, i compositi commingled offrono l indubbio vantaggio di poter modificare la matrice polimerica tramite le note tecniche di dispersione di cariche in matrici termoplastiche (estrusione), e di evitare i problemi di dispersione in presenza di fibra (es. effetto filtro del tessuto di rinforzo sulla carica nelle tecniche liquid molding). Il presente lavoro, svolto nell ambito del progetto Fire-Resist, co-finanziato dalla Comunita Europea (FP7), ha permesso di sviluppare un composito termoplastico rinforzato in fibra vetro a matrice PA6 caricata con nano-argilla (montmorillonite), per ottenere delle migliorate prestazioni al fuoco. Le fasi di lavorazione sono state: realizzazione di un nanocomposito polimerico a migliorate prestazioni al fuoco; valutazione della sua filabilità; filatura; accoppiamento fibra polimerica-fibra di rinforzo; consolidamento in pressa a compressione. I compositi prodotti sono infine stati caratterizzati. Come risultato, si è osservato come l effetto della nanocarica sia legato strettamente alla presenza della fibra di vetro, e sia quindi molto diverso nei due casi. Nel caso dei nanocompositi, essendo l argilla l unico agente che induce la formazione di residuo carbonioso, il miglioramento è osservato sia quando un flusso termico è imposto sulla superficie del campione (calorimetro a cono), sia nel caso di combustione autoalimentata (UL94). Nel caso dei compositi il miglioramento di prestazioni si è osservato solo nel caso della combustione autoalimentata. 8

10 Consolidamento ed impregnazione in situ di compositi termoplastici tramite ultrasuoni Riccardo Dell Anna, Francesca Lionetto, Francesco Montagna, Alfonso Maffezzoli Dipartimento di Ingegneria dell Innovazione, Università del Salento, via per Monteroni, Lecce Le grandi potenzialità dei compositi termoplastici rinforzati con fibre lunghe e unidirezionali sono strettamente legate alla disponibilità di processi di produzione veloci ed efficienti. In questo lavoro viene presentata una nuova tecnica di impregnazione e consolidamento simultanei di roving termoplastici commingled che fa uso di onde ultrasonore ad alta energia. Il sistema sperimentale sviluppato integra in un singolo processo l impregnazione delle fibre da parte della matrice termoplastica ed il consolidamento dei plies. Esso è costituito da un sonotrodo montato su una macchina per filament winding[1-2]. Durante l avvolgimento, il sonotrodo, messo a contatto con il roving, trasferisce una sufficiente energia al materiale tale da promuovere la fusione locale della matrice termoplastica[3-4]. Contemporaneamente viene applicata pressione per ottenere un adeguata impregnazione delle fibre di rinforzo. Questa tecnica, dunque, risulta essere molto veloce, facile da automatizzare e con la possibilità di un controllo on-line della qualità del composito. Grazie a questo set-up sperimentale, sono stati realizzati campioni cilindrici a partire da un roving commingled costituito da filamenti di Polipropilene e fibre di vetro. Sono state investigate le proprietà morfologiche, meccaniche e fisiche dei compositi consolidati in funzione di differenti parametri di processo. Inoltre, il processo di trasferimento di calore che avviene durante il consolidamento in situ è stato simulato, risolvendo con un analisi ad elementi finiti (FEM) un bilancio di energia relativo alla generazione di calore promossa dalla propagazione di onde ultrasonore ed alle caratteristiche di fusione della matrice. Tale modellazione è stata usata per ottenere il campo di temperature ed ottimizzare i parametri di processo. 9

11 Compositi nautici strutturali in fibra di basalto Francesca Signorini Francesco Rossi Consorzio Polo Tecnologico Magona, via Magona snc, Cecina (LI), tel , Alla base del lavoro di ricerca c è stata l idea di sfruttare le potenzialità tecniche ed economiche offerte dalle fibre di basalto a favore della cantieristica nautica. La fibra di basalto è in grado di sostituire completamente le tradizionali fibre di vetro fornendo prodotti assolutamente nuovi sul mercato internazionale senza necessariamente stravolgere le normali procedure di costruzione dell imbarcazione: queste infatti risultano essere analoghe a quelle impiegate nella costruzione di scafi con fibra di vetro, senza nessuna necessità di nuovi investimenti in attrezzature e impianti. In particolare, le fibre di basalto presentano alcune caratteristiche che le rendono attraenti per questo tipo di applicazioni: tra queste, ad esempio, la resistenza meccanica superiore alla fibra di vetro comune, minori problemi nella manipolazione del prodotto da parte degli operatori, la sua ecocompatibilità in quanto prodotta con una roccia molto diffusa in natura e il suo costo. Lo studio si è concentrato sulla verifica delle caratteristiche di resistenza a trazione di compositi realizzati con resina isoftalica rinforzata con fibre di basalto, variando sia il tipo di stratifica che la tipologia e la grammatura del tessuto. Sono state effettuate prove meccaniche secondo quanto richiesto per le certificazioni dei nuovi materiali dal Registro Italiano Navale (RINA) su provini appositamente realizzati: i test eseguiti sono stati: resistenza a trazione (UNI EN ISO 527-4), a flessione (UNI EN ISO 14125), al taglio (ASTM D 732) e al taglio interlaminare (ASTM D 3846), secondo le procedure prescritte dai regolamenti RINA per la certificazione dei nuovi materiali strutturale in natanti o navi. Queste caratterizzazioni hanno permesso successivamente di indicare le stratifiche che potenzialmente erano in grado di essere approvate per l utilizzo e, tra queste, di scegliere quella migliore per il peso e le proprietà meccaniche. Il progetto si è concluso con la realizzazione di un prototipo di imbarcazione di circa 10 metri interamente realizzato in fibra di basalto; l imbarcazione, dopo aver positivamente superato i test in mare, è stata omologata dal RINA e il laminato innovativo in fibra di basalto ha ottenuto la certificazione rendendo così queste fibre utilizzabili anche in futuro come materiale strutturale nel mondo nautica. 10

12 Compositi nel settore medicale D.Zanolini Lamiflex S.p.A., Via Ernesto de Angeli 51, Ponte Nossa (BG) Tel , Lamiflex studia e realizza da anni componenti in carbonio per impieghi nel settore delle ispezioni a raggi X. Tali componenti oltre ad elevate caratteristiche meccaniche devono presentare geometrie particolari(riduzione degli artefatti), trasparenza ed assorbimento alle dosi radianti. Case history: lettino radiologico. 11

13 Composites Skills Development: la formazione come leva competitiva per le aziende Andrea Communara, Fabrizio Malizia Composites Skills Development, Piazza dell'emporio, Roma Quanta Formazione e Quanta Italia hanno dato vita al primo contratto di rete nel settore dei materiali compositi Composites Skills Development, coinvolgendo come partner primarie aziende di produzione. La rete ha come obiettivi principali: lo studio e la socializzazione delle conoscenze sull'evoluzione delle tecnologie dei materiali, con particolare riferimento alla fibra di carbonio e ai materiali compositi e le loro applicazioni; lo studio e la circolazione di conoscenze sui fabbisogni di professionalità dipendenti dai fenomeni innovativi in questione; sviluppo di programmi formativi per lavoratori occupati, inoccupati e disoccupati, interessati alla crescita delle loro competenze. Il primo frutto maturato dalla rete è Quanta Composites Learning & Training, una scuola di formazione professionale nata grazie al coinvolgimento di partner altamente qualificati nel settore dei materiali compositi. La scuola eroga percorsi di formazione professionale avanzata ad alta specializzazione, rivolti a privati ed aziende, potendo inoltre avvalersi del know-how di Quanta Formazione per la gestione dei fondi regionali, nazionali, europei e le diverse opportunità offerte dai circa 20 Fondi paritetici interprofessionali. Quanta Composites Learning & Training realizza percorsi formativi ad elevata specializzazione ed estremamente caratterizzabili in funzione delle esigenze specifiche e dei fabbisogni reali espressi dal mercato. Tutti i corsi prevedono un'approfondita fase di analisi dei fabbisogni formativi e dei processi di lavorazione che si utilizzano nelle aziende committenti. 12

14 3) Sessione Trasporti Metodologie innovative di progettazione a fatica per il miglioramento dell'affidabilità strutturale di parti in composito nel settore dei trasporti M.Quaresimin, P.A. Carraro Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali Università di Padova Stradella S.Nicola VICENZA TEL FAX web: Structural parts made of composite materials are in general subjected to in-service cyclic loads which can bring the part to the degradation of its strength and stiffness and eventually failure. In fact it is widely documented in the literature that the fatigue life of composite multidirectional laminates is characterised by the initiation and propagation of multiple cracks in the off-axis plies. Their accumulation leads to the degradation of the laminate stiffness, much before the final failure. Mainly in a stiffness-based design against fatigue it is fundamental to predict damage initiation and accumulation in composite laminates under generic loading conditions. With this aim, an extensive experimental investigation was carried out by the authors on composite materials in the form of tubular specimens under bi-axial loads and flat laminates under off-axis loading to characterise the fatigue crack initiation and propagation phenomena. On the basis of the damage mechanisms observed at the micro-scale a damage-based criterion was developed to predict the initiation of off-axis cracks under multiaxial fatigue loading. Then an analytical model was developed to correlate the stiffness of a generic laminate to the density of off-axis cracks, also accounting for the interaction between cracks in different layers. Eventually a procedure, based on the crack initiation criterion, on a Paris-like law for crack propagation and on the developed stiffness model was defined to predict the crack density evolution and consequent stiffness degradation in multidirectional laminates under fatigue loading. 13

15 Le metodologie di simulazione dei materiali compositi, dalla valutazione degli ammissibili sui provini virtuali alle verifiche di danneggiamento dei componenti Alberto Faraboschi, MSC.Software Srl L uso dei compositi nell industria è cresciuto significativamente negli ultimi 10 anni grazie all ottimo rapporto tra resistenza e densità che questi materiali offrono. Sfortunatamente, il vantaggio del minor peso viene controbilanciato da alcuni svantaggi: i materiali compositi sono ancora poco conosciuti e richiedono di essere validati e testati. Le tecnologie di simulazione supportano il processo di progettazione dei materiali compositi in tutte le fasi: dalla creazione del materiale alla determinazione degli ammissibili del materiale, fino al test strutturale del componente. Nella fase di design preliminare, è possibile passare velocemente dal CAD alla creazione del modello per l analisi FEM. Per definire il materiale composito occorre tenere in considerazione i processi di laminazione e draping. Successivamente è possibile passare all analisi degli stress e dei carichi a cui è soggetto il componente, studiando eventuali effetti di debonding. Una volta costruito il componente e rilevati i difetti con prove non distruttive, è possibile studiare approfonditamente il modo in cui la microstruttura del materiale influenza le prestazioni del prodotto finale, riducendo la necessità di impegnativi test fisici. Le analisi non-lineari consentono infine di comprendere gli effetti del processo di produzione sulle prestazioni del prodotto. Affiancare le misurazioni fisiche alla simulazione consente di comprendere meglio il comportamento dei compositi e di creare nuove competenze a disposizione del mondo industriale, a sostegno dell innovazione. La presentazione prende come esempio la sviluppo di un componente aeronautico in materiale composito considerando le fasi di progettazione preliminare e quelle di verifica del componente reale, partendo dall analisi di difettosità del prodotto. 14

16 ELISA- extreme light insulator system application metodo ed apparato per lo stampaggio di componenti per veicoli Gariboldi Gianpietro, Cioni Gianni, Antonioli Andrea, Marcello Agrati, GLOBAL SYSTEM INTERNATIONAL S.P.A., Piazza IV Novembre, Milano ELISA: Sistema di costampaggio di assorbitori acustici e termici su un manufatto realizzato in LWRT - Light Weight Reinforced Thermoplastics. Esempio applicazione ELISA: (20) pannello LWRT (assorbitore costampato) [Domanda di brevetto BS2014A000120] L applicazione viene definita light in quanto non necessita di una modifica strutturale dello stampo, rispetto ad una soluzione senza assorbitore, e permette al contempo la massima flessibilità di progettazione e realizzazione. Le eventuali modifiche alla geometria dell assorbitore in corso di progetto non necessitano di grossi investimenti in modifiche alle attrezzature. Inoltre si facilita la fase di sviluppo e test del particolare: con lo stesso stampo si possono realizzare diverse versioni di un singolo stampato combinando diversi tipi di assorbitori acustici e termici in base alle esigenze del progettista e del cliente. VANTAGGI COSTAMPAGGIO: Vengono eliminate tutte le operazioni manuali di montaggio successive come la saldatura o l incollaggio. Notevole risparmio di manodopera. Si rende superfluo l utilizzo di ulteriori componenti come colla e inserti di fissaggio. Risparmio in componentistica. Si rendono superflue attrezzature dedicate come posaggi di incollaggio o attrezzature di saldatura e incollaggio. Riduzione degli investimenti. Ciclo lean. Riduzione WIP e costi di magazzino. FLESSIBILITÀ DI REALIZZAZIONE: Con lo stesso stampo possono essere realizzati diversi particolari posizionando diversi tipi di assorbitori o modificando la loro posizione. Non è necessario modificare lo stampo ma solo le cornici di applicazione. Riduzione investimenti e flessibilità realizzativa. Nella fase di sviluppo prodotto possono essere testate diverse soluzioni. Flessibilità di progettazione e sviluppo prodotto. Anche nella fase prototipale possono essere utilizzate le attrezzature di serie. Riduzione investimenti in prototipi 15

17 Alleggerimento dei materiali plastici e ulteriori benefici con 3M Glass Bubbles Mauro Principe S&MM Advanced Material Division & Strategic Account Development Manager 3M Italia Srl Via Norberto Bobbio Pioltello (Mi) 3M, con le proprie 3M Glass Bubbles, si pone a supporto dei più importanti ed emergenti Megatrend tra cui : L' alleggerimento e il Risparmio Energetico. Studi e applicazioni dimostrano l'efficacia dei prodotti 3M Glass Bubbles, che si propongono, anche per il proprio Green Concept", come aiuto concreto ai clienti per raggiungere l'obiettivo di : Alleggerire i materiali, soprattutto nell'ambito delle Materie Plastiche Concorrere al raggiungimento di un Risparmio Energetico soprattutto in ambito Automotive Contribuire alla diminuzione delle emissioni Ridurre il VOC. Migliorare il comfort. Le 3M Glass Bubbles sono microsfere di vetro cave, perfettamente integre e sferiche a bassa densità ( da 0,12 gr/lt a 0,60 gr/lt). La base chimica è quella di un Boro Silicato. La famiglia dei prodotti 3M Glass Bubbles si sta ampliando e anche specializzando per segmenti di mercato dove fino a poco tempo eravamo solo marginalmente presenti, come ad esempio il settore Termoplastico. Nel settore dei Trasporti, l alleggerimento conferisce ai materiali prodotti con queste caratteristiche, un valore aggiunto ben percepito dai maggiori operatori del settore che, in funzione anche del variare delle normative Europee sulle emissioni, si stanno adoperando per produrre veicoli sempre più efficienti e performanti nel rispetto delle richieste del legislatore. In questo ambito 3M si propone come partner per lo sviluppo di soluzioni per l alleggerimento dei materiali e per l implementazione del risparmio energetico. 16

18 Progettazione Sovrastruttura: la collaborazione Azimut I Benetti, MDS-Engineering/SIKA, La produzione di grandi manufatti in Resina Epossidica e Fibra di Carbonio MDS-Engineering Dal 2008 MDS-Engineering collabora con Sika nel progetto compositi Sika Italia S.p.A, Via Luigi Einaudi Peschiera Borromeo Mail di riferimento: Costruire grandi navi in composito, >35mt, è diventato ormai una sfida per il design più innovativo, ma allo stesso tempo anche per la ricerca del comfort massimo, sia in termini di abitabilità che di percezione della sicurezza e della solidità in tutte le condizioni di navigazione. La sintesi di questa nuova filosofia progettuale è alla base dei nuovi modelli della Benetti, nello specifico il BM116', realizzato con il contributo di MDS-Engineering per la progettazione strutturale. Il team ha lavorato a stretto contatto con il reparto di progettazione di Azimut/Benetti ed usufruito dell'esperienza e delle risorse di Sika nella caratterizzazione e nell utilizzo dei sistemi epossidici. Da qui nascono i requisiti di progetto del cantiere per coniugare la ricerca del comfort effettivo, cioè quello percepito dai passeggeri, e la solidità strutturale. Inoltre gli elementi strutturali dovranno essere quanto meno invasivi per non sottrarre spazio all allestimento interno e quanto più possibile integrati nel progetto globale della nave, dei sistemi e degli arredi. Tutto questo richiede una maggiore attenzione nella fase progettuale al fine di evitare che i costi di produzione aumentino in maniera vertiginosa. E' quindi fondamentale sfruttare al massimo le potenzialità del composito, sia dal punto di vista della scelta dei materiali che dell'orientazione delle fibre di rinforzo. Ad oggi I migliori risultati per imbarcazioni di grande dimensioni e con costi di gestione contenuti si ottengono con compositi a base di resina epossidica e rinforzo in fibra di carbonio. Grazie alla collaborazione con Sika, produttore di resine epossidiche, nelle fasi di progettazione è stato possibile realizzare campioni di laminato per verificare e aggiornare i valori utilizzati per il calcolo. L'esperienza in laboratorio ha fornito anche dati sul comportamento del composito sotto carichi estremi e nel comportamento a rottura. In questo modo si è lavorato sulla base di dati sperimentali e con margini di errore molto ridotti. Per ottimizzare al massimo il composito è quindi necessario realizzare un modello di calcolo molto preciso e indagare puntualmente la risposta della struttura ai carichi di progetto, anch essi modellati nel modo più accurato possibile. Da questi dati si procede poi alla definizione delle laminazioni ponendo particolare attenzione all orientazione dei tessuti, in modo da posizionare materiale, e quindi la rigidezza solo dove è necessario, evitando sprechi e contenendo pesi. Il risultato è un manufatto estremamente mirato, ottimizzato per l allestimento, resistente e leggero. Inoltre avendo realizzato un progetto completo e dettagliato è possibile pianificare la produzione, tempi e costi, ed esercitare un controllo elevato sull intero processo. Il modello permette inoltre di avere una previsione globale non solo delle prestazioni, ma anche delle quantità dei materiali utilizzati, delle caratteristiche di massa, peso e baricentro, nonché delle caratteristiche inerziali. La proposta di Sika/MDS-Engineering fornisce un valore aggiunto a dei manufatti che fino ad oggi erano solo contenitori e che ora al pari dei telai delle nuove supercar conferiscono un nuovo standard per i superyachts. 17

19 4) Sessione Sostenibilità e Impatto ambientale RECYCLING OF TEXTILE COMPOSITES BASED ON AN ECODESIGN METHODOLOGY Achim Schröter 1, Ulrike Rübsam 1, Tobias Schlüter 1, Corrado Grassi 2,Yves Simon Gloy 1, Gunnar Seide 1, Thomas Gries 1 1 Insitut für Textiltechnik, RWTH Aachen (Germany) 2 3T GmbH, Aachen (Germany) The project EcoMeTex - Ecodesign methodology for recyclable textile coverings used in the European construction and transport industry deals with the development of a theoretical method for the production of recyclable textile floor covering and simultaneously with the practical transfer and development of a recyclable carpet design. This article treats the practical realization of the recyclable carpet design. During the process of development two main approaches are utilized. The first one is the production of a woven carpet solely made of PA6 and the second is a tufted carpet with an additional separation layer. For both approaches the raw material was the already chemically recycled PA6-yarn Econyl by the company Aquafil S.P.A, Arco-Trento, Italy. Introduction The goal of the project EcoMeTex - Ecodesign methodology for recyclable textile coverings used in the European construction and transport industry is to develop a method for the production of recyclable textile floor covering. Based on the result a transfer to the transport sector (truck tarpaulins) will be conducted. The high relevance of these sectors is clearly visible in the statistics for the use of technical textiles in Western Europe. Namely the consumption of technical textiles in the transport sector is about 21.2 % and in the building sector about 15.3 %. The method to be developed in this project should guarantee the analysis of the complete life-cycle of a product. This enables the identification of the most important influence parameters and reveals possible improvement potentials. A so-called Life-Cycle-Assesment (LCA) is to understand the environmental impact of a product along all its life cycle stages and to improveme strategies for the design of an ecologically product. Another goal of this method is to solve the contradiction of textile covering materials: On the one hand the covering material should be tightly connected during the application; on the other hand the layers should be easy to separate for the recycling process. Not only the optimization of the currently used materials and their production- as well as distribution-processes but also the development of new products and processing concepts is part of the method: It covers the development of innovative modified materials and also new approaches to production processes, recovery and re-use phases. Feasibility and practical application of the method should be verified by using carpets in this project. The project can be split into two parts. The first one is the theoretical part which deals with the development of the method and the second one deals with the technical aspects for the realization of 18

20 a recyclable carpet. This article mainly discusses the realization of the technical aspects of the EcoMeTex project. The most important aspect in this context is the material of the carpet. Especially the structure of recyclable carpet designs plays a fundamental role. At the same time, other potentials for the development of carpets concerning the ecobalance should be depicted. Technical realization of a recyclable carpet design The goal is the development of a new carpet design which is recyclable and at the same time allows the usage of already recycled material. In the context of the project an examination of the complete process beginning with the production up to the application of carpets is intended. This includes the spinning of the fibres and the production of the carpet by weaving or tufting as well as the subsequent usage of the products. For a qualitative evaluation of the developed structures, existing products of the partners Anker-Teppichboden Gebr. Schoeller GmbH & Co. KG, Düren and Interface Europe Ltd, Scherpenzeel, Netherlands are deployed as benchmarking. Two different possibilities of design are examined, namely woven and tufted products. This examination covers the usage of almost pure PA6 in a mono-material carpet and also the usage of a separation layer so an existing carpet back solution can be used. As a raw material for the experiments, the chemically recycled PA6-yarn Econyl by the company Aquafil S.P.A, Arco-Trento, Italy, was utilized. This material has properties comparable to a virginmaterial. For the production of Econyl, used PA6 is depolymerised to caprolactam and subsequently polymerized to new PA6. Through depolymerisation and the specific repolymerisation it is possible to govern the properties of the new material very well and also to eliminate impurities. The usage of Econyl for a new carpet design can therefore reduce PA6 polymer waste. Additionally, the energy consumption of this method compared to the production of PA6 from crude oil is dramatically reduced. However, the depolymerisation puts high requirements concerning the quality of the primary material so that an economic and ecologic process is guaranteed. The following aspects are particularly important: The more pure the primary material the more effective the process Some polymers like PET strongly disturb the depolymerisation These requirements have a great influence on the design of the new carpet. Therefore the approaches for the development of an innovative carpet design are either producing the complete carpet from PA6 (mono-material) or constricting this approach to parts of the carpet and making them detachable, for example by an additional separation layer. In the following sections both approaches will be considered more closely. Mono-material woven carpets The development of a mono-material carpet is limited to the weaving technology for considerations concerning the production. The important advantage of the weaving technology is that fewer components are necessary for the production of a carpet compared to the tufting process. 19

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