INTRODUZIONE
L’impiego dei materiali compositi nel settore industriale e non, oramai ha assunto un’importanza rilevante.
In alcuni settori, ha sostituito quasi totalmente i materiali metallici, plastici e lignei.
L’utilizzo di tali materiali richiede diverse valutazioni tecniche ed economiche, infatti a differenza dei metalli o altri materiali tradizionali, richiedono l’utilizzo di processi e metodologie, che anche se applicati su scala industriale e produttiva, risultano avere tempi e costi di realizzazione importanti.
In questo blog tratteremo solo i materiali compositi a matrice, con rinforzo in fibra di vetro, carbonio e aramidico, tralasceremo quindi le altre tipologie esistenti.
A livello di auto-costruzione, esiste la possibilità di acquistare materiali e attrezzatura a costi accessibili a tutti, tale opzione era pressoché inesistente fino a 10-20 anni fa.
Spesso in questo settore si utilizza il termine laminazione, laminato etc, con il termine laminazione si intende il processo di realizzazione del manufatto in materiale composito in modo generico.
Mentre quando si parla in generale di laminato in composito, ci si riferisce a un manufatto in composito.
Esempi di Laminato a sandwich in fibra di carbonio
Un altra caratteristica importate che va definita quando si trattano i materiali compositi è il concetto di anisotropia(opposto di isotropia). Ovvero la proprietà per la quale un determinato materiale ha caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale vengono considerate. Come esempio, il legno è un materiale anisotropo in quanto le sue caratteristiche meccaniche e variazioni dimensionali variano a seconda della direzione in cui lo si considera, quindi rispetto a come sono allineate le fibre lignee.
Il concetto opposto è l’isotropia, ovvero la proprietà dei corpi di avere le stesse caratteristiche fisiche in tutte le direzioni. Come esempio di materiali con struttura pressoché isotropa, possiamo considerare in generale i metalli.
Tutti i manufatti in materiale composito vanno considerati anisotropi, come vedremo in seguito tale proprietà sarà caratterizzata da come verranno orientate le fibre del tessuto di rinforzo.
Cosa si intende per materiale composito?
Sono così definiti, i materiali ottenuti mediante la stretta coesione di almeno due componenti, le cui caratteristiche fisiche e chimiche, sono tali da renderli diversi e reciprocamente insolubili e quindi separati tra loro.
Tali materiali vengono chiamati, uno fibra o tessuto di rinforzo, l’altro matrice.
Scampoli di vari tipi di tessuto di rinforzo
L’unione di due o più costituenti di questo tipo, deve necessariamente dare luogo ad un materiale solido continuo, che sia in grado di trasmettere e ridistribuire gli sforzi interni dovuti alle sollecitazioni esterne sui suoi componenti.
Esso inoltre deve essere in grado di resistere anche a carichi termici se sottoposto a differenze di temperatura, ed a quelli elettrici, quando sottoposto a campi elettrici.
Anche le leghe metalliche tradizionali rispondono a tali requisiti, ma non vanno considerati come appartenenti alla famiglia dei compositi. Infatti gli elementi costituenti quest’ultimi sono distinguibili solo su scala atomica cristallina, ovvero per dimensioni paragonabili alle frazioni di micron.
Mentre nei compositi i costituenti sono distinguibili con scale dell’ordine dei decimi o centesimi di millimetro.
La matrice caratterizza il tipo di composito, il quale può essere plastico, metallico, o ceramico.
Confeziona di resina epossidica bicomponente
Le fibre di rinforzo possono invece essere di tipo plastico, metallico, vetroso e ceramico. Tali fibre possono essere suddivise i varie tipologie: continue, discontinue, con orientamento casuale o con una direzione predominante.
Tutti noi conosciamo il legno, esso è considerato come il materiale composito naturale per eccellenza e risulta costituito principalmente da cellulosa e lignina. Ecco quindi il primo esempio di materiale composito.
Perché e dove si utilizzano
Sicuramente il settore aeronautico e quello aerospaziale, sono da considerarsi come i settori di riferimento, ed all’avanguardia per quanto riguarda l’impiego dei materiali compositi.
Come è facile intuire, la leggerezza dei compositi e la possibilità di realizzare forme aerodinamiche complesse ha consentito di realizzare, e sostituire particolari metallici strutturali e non, sia su velivoli ad ala fissa che ad ala rotante.
Consentendo così un risparmio di peso e dimensioni, non ottenibili con altre tecnologie esistenti.
In generale vengono utilizzati quando è richiesto il contenimento delle masse di una struttura o di più particolari, pur mantenendo un elevata integrità strutturale, nonché la possibilità di realizzare particolari molto integrati e di dimensioni ridotte.
Come già preannunciato questi requisiti e compromessi si traducono in un costo di realizzazione più elevato, se paragonato ad altri metodi costruttivi più tradizionali.
Esempi di applicazione
