LEZIONI DI INTRODUZIONE ALLE SCHIUME METALLICHE

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1 Introduzione LEZIONI DI INTRODUZIONE ALLE SCHIUME METALLICHE Università degli Studi di Napoli Federico II Scuola Politecnica e delle Scienze di Base Ing. Antonio Viscusi antonio.viscusi@unina.it Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 1

2 Sommario PARTE 1 Cosa sono le schiume metalliche? Possibili applicazioni strutturali e funzionali Vantaggi e limitazioni Tecniche di produzione Powder Compact Technique Metodi innovativi proposti Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 2

3 Sommario PARTE 2 Strutture sandwich Core: metal foam Skin: carboresina Produzione di schiuma metallica in laboratorio Realizzazione sandwich Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 3

4 Inizio Parte 2 Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 4

5 Introduzione parte 2 Possibili impieghi Core di strutture sandwich + Sandwich ibridi schiuma metallica e carboresina Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 5

6 Realizzazione core 1) 2) Il precursore di partenza, AlSi10 con l'aggiunta dello 0.8% in peso di idruro di titanio (TiH 2 ), è fornito dall'alulight e nasce per la realizzazione di schiume dalla densità di 0.5 g/cm 3 Stampo rettangolare in acciaio inox di dimensioni esterne pari a (3 x 10 x 30) cm 3 Dimensioni interne pari a 0.83 x7.56 x 27 cm 3. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 6

7 Realizzazione core Calcolo quantitativo di precursore 1. Si calcola in primis il volume interno dello stampo 2. Imponendo una densità (della schiuma) di 0.6 g/cm 3, si valuta la massa di precursore da inserire Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 7

8 Realizzazione core Calcolo quantitativo di precursore 3. Il precursore fornito dalla casa produttrice ha densità di 2.6 g/cm 3 4. Poiché la sezione retta dei precursori è pari a (2 x 0.5) = 1 cm 2, dalle barrette industriali (1 metro), va tagliato un opportuno quantitativo pari a Per ridurre i problemi di disomogeneità del materiale in fase di fusione, è opportuno tagliare la quantità di precursore necessario a riempire lo stampo (38.46 cm) in tre barrette di uguale lunghezza (12.82) che vadano a riempire quanto più possibile la base dello stampo. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 8

9 Temperatura [ C] Realizzazione core 5. Chiusura dello stampo ed inserimento nel forno Ciclo termico tempo [minuti] Ad una temperatura di 630 C il processo di foaming si realizza in un tempo che va tra i 30 e i 40 minuti, effettuando ad intervalli di tempo programmati ispezioni visive. Raffreddamento a temperatura ambiente Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 9

10 Produzione pelli in composito Le skin dei sandwich sono realizzate con un numero diverso di strati di fibre di carbonio a seconda dello spessore finale che si vuole ottenere. Tessuto di carbonio T300 con fibre disposte a 0/90. Resina epossidica I-SX10 della MATES e indurente SX10 medio(m). Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 10

11 Produzione pelli in composito Preparazione del piano di stratificazione: lastra di vetro accuratamente pulita Miscelamento resina e catalizzatore: 100 parti in peso di resina e 26 di catalizzatore Stratificazione: impregnazione fibre e realizzazione laminato Compattazione fibre e successivo processo di polimerizzazione Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 11

12 Produzione sandwich ibridi Incollaggio con Araldite Infusion Stampaggio per compressione Stampaggio in sacco Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 12

13 Produzione sandwich ibridi Incollaggio con Araldite Le skin vengono realizzate separatamente e poi incollate al core mediante Araldite. Realizzazione skin (polimerizzazione a T ambiente con opportuni pesi) Applicazione Araldite su skin e core. Posizionamento skin su core. Posizionamento del sandwich tra due fogli di teflon. Posizionamento pesi. PARAMETRI DI PROCESSO Pressione: 0,01 MPa. Tempo di polimerizzazione: 24 h per le skin + 24 h per l incollaggio. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 13

14 Produzione sandwich ibridi Stampaggio per compressione ATTENZIONE: la fase di polimerizzazione avviene direttamente sul core: assenza di adesivo Impregnazione fibre. Posizionamento fibre inferiori su fogli di teflon. Posizionamento core. Posizionamento fibre superiori. Applicazione del teflon sulla skin superiore. Posizionamento del sandwich nella pressa. PARAMETRI DI PROCESSO Pressione: 0,5 MPa. Temperatura piastre: 30 C. Tempo di polimerizzazione: 2 h. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 14

15 Produzione sandwich ibridi Stampaggio in sacco ATTENZIONE: la fase di polimerizzazione avviene direttamente sul core: assenza di adesivo Impregnazione fibre. Posizionamento fibre inferiori su vetro. Posizionamento core. Posizionamento fibre superiori. Fissaggio del sacco sul vetro tramite sigillante. Si crea il vuoto aspirando l aria dal sacco. PARAMETRI DI PROCESSO Pressione: 0,1 MPa. Tempo di azione pompa: 45 min. Tempo di polimerizzazione: 24 h. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 15

16 Produzione sandwich ibridi Infusion ATTENZIONE: la fase di polimerizzazione avviene direttamente sul core: assenza di adesivo. Impregnazione fibre. Posizionamento fibre inferiori su vetro. Posizionamento core. Posizionamento fibre superiori. Applicazione vetro superiore. Posizionamento pesi. PARAMETRI DI PROCESSO Pressione: 0,01 MPa. Tempo di polimerizzazione: 24 h. ACCORGIMENTI Cera distaccante. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 16

17 Prove a flessione su tre punti Dati tecnici Macchina dinamometrica MTS Alliance MT/50. Prova quasi statica: 4mm/min. Span: mm. Tensione: Deformazione: 4WS Fl Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 17 S S F 6DS S 2 l F = forza applicata; l = span; W = larghezza provino; S S = spessore sandwich; S F = spessore facce; D = spostamento.

18 Prove a flessione su tre punti 250 Confronto sigma_epsilon per sandwich ad una skin realizzati mediante Stampaggio ed Araldite 200 [MPa] A 9B 9C 16A 0 ID Provino 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,01 Strati Skin Densità core [g/cm 3 ] Carico max [N] Sigma max [MPa] Tecnologia di produzione 9A 1 0,47 165,56 83,01 Stampaggio 9B 1 0,47 180,72 104,34 Stampaggio 9C 1 0,47 171,88 138,14 Stampaggio 16A 1 0,46 352,45 227,88 Araldite Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 18

19 Prove a flessione su tre punti Confronto sigma_epsilon per sandwich a sei skin realizzati mediante Stampaggio ed Araldite [MPa] B 10A 10B 10C 50 0 ID Provino 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 Strati Skin Densità core [g/cm 3 ] Carico max [N] Sigma max [MPa] Tecnologia di produzione 6B 6 0,41 514,81 48,36 Araldite 10A 6 0, ,23 256,46 Stampaggio 10B 6 0, ,58 163,55 Stampaggio 10C 6 0,49 984,92 142,12 Stampaggio Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 19

20 Sigma [MPa] Sigma[MPa] Prove a flessione su tre punti Confronto sigma_epsilon per sandwich realizzati con Araldite Confronto sigma_epsilon per sendwich realizzati per Stampaggio A 4C 5A 6B A 9B 10A 10B ,005 0,01 0,015 0,02 Epsilon 0 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 Epsilon ID Provino Strati Skin Densità core [g/cm 3 ] Sigma max [MPa] Tecnologia di produzione ID Provino Strati Skin Densità core [g/cm 3 ] Sigma max [MPa] Tecnologia di produzione 16A 1 0,46 227,88 Araldite 9A 1 0,47 83,01 Stampaggio 4C 2 0,50 164,04 Araldite 9B 1 0,47 104,34 Stampaggio 5A 4 0,57 48,36 Araldite 10A 6 0,49 256,46 Stampaggio 6B 6 0,49 39,52 Araldite 10B 6 0,49 163,55 Stampaggio Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 20

21 Conclusioni L analisi dei dati ottenuti da prove di flessione su 3 punti consente di mettere a punto un criterio di progettazione per i sandwich considerati: per un numero ridotto di lamine di fibra di carbonio (1,2 strati) è preferibile utilizzare l incollaggio con Araldite. per un numero elevato di lamine di fibra di carbonio (maggiori di 3) è preferibile utilizzare lo stampaggio per compressione. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 21

22 Fine parte 2 Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 22

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