Tecnologie di Produzione di Parti in Materiale Composito. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof.

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1 di Produzione di Parti in Materiale Composito Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 1

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 del processo di produzione è fortemente dipendente dal tipo di rinforzo e dal tipo di matrice Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 2

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 Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 3

4 SCELTA DELLA TECNOLOGIA Metodo trial and error: necessità strumentazione fattore scala prove numerose Modellazione numerica: soluzione approssimata (geometria, composizione, proprietà, mesh) riscontro empirico Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 4

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 Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 5

6 Fasi Principali di produzione Posizionamento Fibre e Matrice Formatura Polimerizzazione Sformatura Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 6

7 Problematiche: il fenomeno del ritiro RITIRO dovuto Polimerizzazione Contrazione termica Resina epossidica: 1-5% Resine poliesteri e vinili-esteri: dal 5 al 12% Riarrangiamento molecole Raffreddamento post-reazione Un ritiro elevato: favorisce il distacco del pezzo dallo stampo; è causa di molti difetti di stampaggio (distorsioni e depressioni superficiali). Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 7

8 Problematiche: presenza di vuoti-porosità 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. Il fenomeno può essere ridotto degasando la resina liquida; applicando il vuoto durante lo stampaggio; permettendo alla resina di fluire liberamente nello stampo. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 8

9 Problematiche: le 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. Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 9

10 Problematiche: le 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) Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 10

11 Tecnologie di Produzione dei Compositi A Stampo Aperto Formatura a mano Formatura per contatto e spruzzo Stampaggio in sacco Filament winding A Stampo Chiuso Pultrusione Stampaggio per compressione Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 11

12 Tecnologie 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). Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 12

13 Tecnologie 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 Corso di Tecnologie dei Materiali non Convenzionali - Prof. Luigi Carrino 13