Appunti Scienze dei materiali innovativi

Proprietà dei materiali compositi

Ed = Modulo di elasticità del materiale composito

Em = Matrice

Vm = Percentuale di matrice del composito

Ef = Fibra

Vf = Percentuale di fibra del composito

Vd = n(1 - f) + f * fᲑ

d = Sforzo di rottura della fibra

n = Sforzo agente sulla matrice alla rottura delle fibre

Pannelli multistrato e Sandwich

I pannelli multistrato e sandwich sono materiali compositi composti da più strati, uniti tramite processi meccanici o incollaggio. Si ottengono combinando tra loro strati sottili di uno stesso materiale con orientazioni differenti (per resistere meglio alle sollecitazioni perpendicolari e lungo l'asse, ad esempio cartongesso, legno compensato, vetro stratificato) o materiali differenti con l'impiego di calore, pressione o adesivi. Per ottenere maggiore resistenza meccanica, gli strati devono essere solidali tra loro e non devono scorrere.

Gli strati, se si parte da materiali di origine fibrosa, sono messi in direzioni diverse. È opportuno orientare diversamente le fibre delle diverse

La successione degli angoli di orientazione delle fibre, nelle diverse lamine, è indicata mediamente da un codice ovvero il codice di laminazione dove n indica il numero di ripetizioni della sequenza punto La sequenza (0+/45/-45/90) produce un laminato quasi isotropo nel piano.

Nei pannelli multistrato compositi si utilizzano la matrice polimerica termoindurente che solidifica, reticola, dopo che la stratificazione delle diverse lamine è stata completata.

I pannelli multistrato possono essere classificati in base al tipo di stratificazione delle fibre:

• unidirezionale (una sola direzione delle fibre)
• Cross-ply (perpendicolari)
• Angle-ply
• Multidirezionale

Sono materiali che ottimizzano il rapporto sulla prestazione meccanica e peso, riescono ad avere una discreta resistenza meccanica con una densità molto bassa e quindi sono molto leggeri.

Strato di rivestimento diverso dal materiale che costituisce la struttura interna. Lo

Lo strato di rivestimento ha una finalità duplice:

• migliorare la resistenza all'usura;
• migliorare l'aspetto estetico.

Uno dei primi materiali è la formica (HPL), prende il nome dalla zitta produttrice punto nel 1927 allaminato venne aggiunto uno strato di resina melamminica che consentì l'impiego come materiale decorativo, molto resistente all'usura.

Laminato ad alta pressione - HPL sono pannelli che si ottengono dall'unione di strati di lamine di materiale diverso, unendoli attraverso una pressione elevata talvolta con anche temperature elevate EO con resine termoindurenti. Molti dei materiali usati per design sono pannelli costituiti da strati di materiali di fibre di cellulosa (carta), impregnati di una resina termoindurente. Sono materiali sottili, stabili e non reattivi, resistenti all'usura e al vapore, difficilmente infiammabili e con un basso sviluppo di fumi.

Pavimenti in laminato e esse. Finto parquet: minore assorbimento

dell'acqua rispetto al legno,anima interna che può essere in fibra di legno, rivestimento superficiale in resina punto e accapomateriali compositi natura particellare: si ottengono da un impasto di una resina con vari tipi di altriprodotti:- Plastic composite – WPC: prodotto attraverso il processo di estrusione di vari materialitermoplastici come: PLA, PVC, PE, PP,a cui viene aggiunta una percentuale di segatura di legno, natiper sostituire il legno naturale, hanno proprietà che li rendono competitivi con le lastre di laminatoo di legno massello, resistenza all' umidità molto maggiore del legno.

Pannelli Sandwich

Sono composti da due strati esterni sottili (pelli) con caratteristiche meccaniche elevate, separati da unostrato interno di un materiale meno resistente e a bassa densità (anima). permettono di integrare variefunzioni esempio:- isolamento termico- Acustico- Galleggiamento;

Presentano una maggiore resistenza meccanica e al fuoco

d'ape sono costituiti da un'anima a nido d'ape, che conferisce leggerezza e resistenza al pannello, e due rivestimenti esterni che assorbono le sollecitazioni e conferiscono maggiore resistenza alla penetrazione e agli urti. Le due pelli esterne assorbono gli sforzi di trazione e compressione, mentre l'anima a nido d'ape unisce le due pelli e alleggerisce lo spessore del pannello. Più spesso è il pannello, maggiore sarà la resistenza meccanica. Come legante viene utilizzato un materiale leggero. La rottura del pannello può avvenire tramite la rottura delle pelli o lo strappo della parte tesa o complessa, che inizia a incresparsi. Le pelli devono essere in grado di assorbire lo sforzo. I pannelli Sandwich a nido d'ape sono ampiamente utilizzati nell'industria delle costruzioni e nell'industria aerospaziale.d'ape con lamine di alluminio hanno buone caratteristiche di durezza, rigidezza, resistenza meccanica e leggerezza e sono quindi molto usati nell'industria spaziale. Può essere di varia natura: celluloide o metallico. I pannelli di legno tamburato hanno una struttura interna a nido d'ape in carta o cartone e rivestimenti in legno stratificati - compensato - o in fibre o in particelle di legno. Sono molto leggeri e adatti per porte, mobilio non suggerito particolari requisiti meccanici. I pannelli Sandwich con l'anima nido d'ape di alluminio e pelle superiori in marmo hanno una massa data dal marmo ma possiedono una discreta resistenza. Le tecnologie di produzione di trasformazione di materiali compositi. La maggior parte dei compositi in piega polimeri termoindurenti. Sono la reazione di reticolazione, indurimento, può essere effettuata fornendo calore al sistema o con altre sorgenti di energia, luce ultravioletta o luce laser. Fibrorinforzati a.matrice polimerica: procedimento: - disposizione delle fibre: allineate, incrociate, ... - impregnazione delle fibre - Consolidamento: solidificazione della resina mediante reazione chimica, termoindurenti o perraffreddamento, termoplastici: - la produzione diversa se parliamo di fibre longitudinali lunghe o fibre Corte. la produzione di compositi a fibre Corte offre un controllo molto limitato della disposizione delle fibre con frazione in volume di fibre molto inferiore rispetto ai compositi a fibre continue punto i materiali prodotti non rientrano perciò nella categoria dei compositi avanzati Laminazione manuale in autoclave Tecnica base: Le fibre vengono disposte manualmente su uno stampo - unidirezionali o incrociate - successivamente vengono impregnate di resina, viene fatta indurire e vengono sottoposti a un processo di ispezione visiva, ultrasuoni, raggi X, finiture Unione dei vari componenti: - accurato controllo della struttura del materiale - Costo elevato e lentezza del processo.processo/procedura: - Preparazione dello stampo e del materiale - Laminazione, taglio del materiale, sovrapposizione degli strati - Trasferimento del laminato - Reticolazione del materiale in autoclave - Ispezione visiva, ultrasuoni, raggi X - A capo finitura, taglio dei bordi con fresa o getto d'acqua ad alta pressione - Assemblaggio dei componenti codice di laminazione: la sequenza di impilamento e orientazione delle fibre in ciascuno strato viene stabilita in base alla progettazione del componente. Il processo di laminazione si avvale spesso di autoclavi: ambiente di lavorazione dove può essere controllata sia la pressione atmosferica che la temperatura che la circolazione dell'aria, ambienti molto grandi. Un procedimento produttivo più rapido è quello dell'avvolgimento automatico: le fibre sono a volte nei propri rotoli e vengono impregnate con un bagno di resina e disposte su un mandrino rotante. Il procedimento è più rapido e preciso e sono

Pultrusione: Tecnologia che coniuga basso costo e qualità del prodotto, la produzione limitata a parti a sezione costante.

Processo tra avvolgimento ed estrusione, si ottengono prodotti allungati, ad esempio barre piene, pannelli, piastrelle ed è ottimizzata per prodotti compositi a fibre continue unidirezionali, le fibre vengono impregnate, passano attraverso la testa di estrusione come materiale allo stato fluido e diventano barre.

Stampaggio a trasferimento di resina - RTM Racing transfer moulding:

• Eccellente controllo sulla distribuzione delle fibre
• Tempi di ciclo molto contenuti
• Costi contenuti delle attrezzature
• Possibilità di produrre parti complessa struttura multistrato
• Buona finitura superficiale su entrambi i lati

Il materiale fibrorinforzato viene disposto all'interno di uno stampo e successivamente il stampo viene chiuso e viene introdotto alla resina, viene fatto un processo di consolidamento con resina.

termoindurente e poi viene estratto il prodotto: si ottengono le forme volute con estrema precisione

Lavorazione dei compositi a fibra corta la spruzzatura

Fibre Corte di distribuite in maniera casuale:

• viene spruzzata nello stampo la fibra e contemporaneamente anche la resina termoindurente poi si mette i reagente e il prodotto si solidifica e si toglie dallo stato
• Stampi aperti molto economici non devono sopportare pressione elevate, realizzati solitamente in fibra di vetro
• Anche per piccole serie
• Fibre Corte resina termoindurente spruzzate simultaneamente
• Processo laborioso ma manodopera anche poco qualificata
• Versatilità delle forme realizzabili

Una volta fatto lo stampo posso ottenere anche prodotti complessi

Lo stampaggio a compressione di laminati - SMP

Prima introduco il materiale composito a fibra corta con spruzzatura di fibra e resina insieme, ottengo delle lastre che vado a lavorare non traducendole in uno stampo e conferendogli la forma voluta:

Preliminare

ta a dimensioni nanometriche - quantum wire: se due dimensioni sono ridotte a dimensioni nanometriche - quantum dot: se tutte e tre le dimensioni sono ridotte a dimensioni nanometriche I nanomateriali e le nanotecnologie hanno trovato applicazioni in diversi settori, come l'elettronica, la medicina, l'energia e l'ambiente. Ad esempio, i nanomateriali possono essere utilizzati per migliorare le prestazioni dei dispositivi elettronici, per sviluppare nuovi materiali per la rigenerazione dei tessuti o per creare nuovi sistemi di accumulo dell'energia. Inoltre, i nanomateriali possono essere utilizzati per la rimozione di inquinanti dall'ambiente o per la produzione di materiali più leggeri e resistenti per l'industria aerospaziale. Le nanotecnologie offrono quindi molte opportunità e sfide, sia dal punto di vista scientifico che da quello etico. È importante studiare e comprendere gli effetti dei nanomateriali sull'ambiente e sulla salute umana, al fine di garantire un utilizzo sicuro e responsabile di queste tecnologie.