Le TECNOLOGIE. di PRODUZIONE. dei MATERIALI COMPOSITI

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Aloisia Martino
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1 Le TECNOLOGIE di PRODUZIONE dei MATERIALI COMPOSITI

2 Al fine di ottenere determinate geometrie e proprietà fisiche e meccaniche (densità, resistenza, conducibilità termica), si agisce in fase progettuale su: tipologia e composizione degli elementi costituenti procedure di fabbricazione La scelta sul processo di produzione è fortemente dipendente dal tipo di rinforzo e dalla matrice

3 Un elemento di successo per le tecnologie di produzione è legato: abbattimento dei costi (velocità di produzione) realizzabilità del manufatto (livello di qualità da un pezzo all altro). La tecnologia di fabbricazione influenza le proprietà (meccaniche) dei prodotti: Posizionamento delle fibre Difetti nel materiale

4 Scelta della tecnologia Metodo trial and error: necessità strumentazione fattore scala prove numerose Modellazione numerica: soluzione approssimata (geometria, composizione, proprietà, mesh) riscontro empirico

5 Modellazione numerica Metodologia alle differenze finite Metodologia agli elementi finiti DESCRIZIONE MATEMATICA MODELLAZIONE NUMERICA PROPRIETA DEL MATERIALE CONDIZIONI AL CONTORNO CODICE DI CALCOLO SOLUZIONE VERIFICA DELLA SOLUZIONE

6 Fasi Posizionamento Rinforzo e Matrice Formatura Polimerizzazione Sformatura

7 La polimerizzazione Fibre impregnate Struttura composita Temperatura + Pressione Innesco reazioni chimiche Bilancio forze resina - rinforzo

8 La polimerizzazione

9 Problematiche: il fenomeno del ritiro Il ritiro è essenzialmente legato a due fenomeni: polimerizzazione ; contrazione termica. Riarrangiamento molecole Resina epossidica 1-5% Resine poliesteri e vinili-esteri dal 5 al 12% Raffreddamento post-reazione Un ritiro elevato: favorisce il distacco del pezzo dallo stampo, è causa di molti difetti di stampaggio (distorsioni e depressioni superficiali).

10 Problematiche: presenza di vuoti-porosita Il flusso di resina non rimuove completamente l aria intrappolata: per la velocità di impregnazione, per la viscosità della resina, per l energia superficiale all interfaccia resina-fibra. Questo fenomeno può essere ridotto in vari modi: I vuoti degasando fondamentalmente la resina liquida; si formano da: bolle applicando d aria il vuoto durante lo stampaggio; presenza permettendo di agenti alla resina ad alto di grado fluire di liberamente volatilità presenti nello stampo. nella resina.

11 Il problema delle emissioni nell aria Le emissioni organiche si hanno per l evaporazione degli agenti leganti (monomeri) contenuti nella resina liquida: stirene, metil-metacrilato e vinil-tolene La quantità di emissioni di monomeri dipende: dalla superficie della resina esposta all aria dal tempo di esposizione

12 Il problema delle emissioni nell aria Soluzioni Resine che sviluppano poche emissioni organiche: resine a basso contenuto di stirene (minore del 38%) resine a vapore soppresso (paraffine) resine catalizzate con benzol-periossido (BPO)

13 PROCESSI A STAMPO APERTO PROCESSI A STAMPO CHIUSO

14 A STAMPO APERTO Prevedono l utilizzo di un unico stampo (maschio o femmina) 1. Solo una faccia del manufatto finale avrà una finitura superficiale controllata. 2. La maggior parte di queste tecnologie, essendo poco automatizzate, vengono utilizzate per produzioni di piccole serie di parti voluminose. 3. In tutte le tecnologie a stampo aperto il pericolo per la salute degli operatori è notevole, soprattutto quando la fase di polimerizzazione avviene negli ambienti di lavoro (stirolo).

15 A STAMPO APERTO FORMATURA A MANO FORMATURA PER CONTATTO E SPRUZZO STAMPAGGIO IN SACCO FILAMENT WINDING

16 A STAMPO CHIUSO La formatura avviene tra stampo e controstampo. 1. La polimerizzazione della resina avviene mentre il materiale è contenuto tra due superfici: stampo e controstampo. 2. Consente di avere il controllo della qualità superficiale su tutto il prodotto. 3. Sebbene il costo di impianto risulti molto elevato, esso è ben giustificato per produzioni in serie consentendo: una standardizzazione della produzione una riduzione molto drastica dei tempi di produzione, un intervento limitato da parte dell operatore. Gli elevati costi d impianto sono legati soprattutto agli stampi, solitamente plastici o metallici, i quali: devono essere progettati con particolare cura, soprattutto se le pressioni in gioco sono molto elevate devono resistere all abrasione dovuta ai ripetuti cicli di lavoro

17 A STAMPO CHIUSO PULTRUSIONE STAMPAGGIO PER COMPRESSIONE

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