Paniere completo e verificato di Materiali plastici e innovativi - Risposte aperte

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39. Illustrare nel dettaglio il processo di produzione di fibre di carbonio ex-PAN

Il processo di produzione delle fibre di carbonio ex-PAN avviene in partenza con la molecola di

acrilonitrile che subisce una polimerizzazione additiva con l’aiuto di solventi a cui seguono una fase

di stabilizzazione per preparare il PAN ai processi ad alta temperatura e carbonizzazione ed in fine il

processo di grafitizzazione per ordinare le molecole

40. Illustrare nel dettaglio il processo di produzione di fibre di carbonio ex-pitch.

Il processo di produzione delle fibre di carbonio ex-pitch avviene mediante melt-spinning attraverso

una filiera tuttavia le fibre necessitano di trattamenti chimici successivi di ossidazione a causa delle

scadenti proprietà e successivamente il processo di carbonizzazione rimuove le molecole

indesiderate ed il processo di grafitizzazione ha lo scopo di allineare i cristalli.

41. Mostrare le differenze tra il processo di prepregging in soluzione ed hot melt

Nel processo in soluzione le fibre vengono alimentati in un bagno di resina con solvente per ridurre

viscosità e favorire la bagnatura del rinforzo per poi essere forzato in una serie di rulli per

rimuovere l’eccesso di resina. Successivamente viene riscaldato in forno per eliminare la maggior

parte del solvente regolando temperatura e la velocità del passaggio attraverso il forno. Tuttavia

questo processo presenta problematiche ambientali ed operativi a causa del solvente volatile.

Nel processo hot melt le fibre sono convogliati tra due film continui che passano attraverso un

sistema di rulli di compattazione che impongono pressione e regolano lo spessore con a valle dei

rulli di raffreddamento.

42. Illustrare cos'è la tack di un preimpregnato e da cosa è influenzata

La tack è una proprietà della matrice che varia con la temperatura (all’aumentare della

temperatura, aumenta la tack) e tanto più alto è il valore tanto più risulterà difficoltoso maneggiare

il materiale preimpregnato da parte dell’operatore. Una tack ridotta invece può rappresentare un

problema nella fase di deposizione del preimpregnato.

43. Funzionamento Principali vantaggi del processo di prepregging hot melt

Nel processo hot melt le fibre sono convogliati tra due film continui che passano attraverso un

sistema di rulli di compattazione che impongono pressione e regolano lo spessore con a valle dei

rulli di raffreddamento.

Il processo hot melt permette di ottenere dei laminati con minore contenuto di sostanze volatili e

vuoti intrappolati.

44. Illustrare i vantaggi nell'uso di un'architettura del rinforzo 3D

L’architettura 3D presenta buone proprietà nella direzione ortogonale al piano ed un aumento della

resistenza alla delaminazione ed un miglioramento della resistenza all’impatto e fatica.

45. Si supponga di voler realizzare un laminato quasi isotropico. Qual è il numero minimo di lamine

necessarie e perché?

I laminati quasi-isotropici sono realizzati con fibre a [0/+-45/90] con n pari a 16 o con fibre a [0/+-

60] con n pari a 10.

46. Discutere delle possibili architetture dei rinforzi fibrosi elencandone vantaggi e svantaggi

L’architettura delle fibre rappresenta la disposizione delle fibre all’interno del composito e tale

disposizione può essere:

Lineare, dove al crescere dei filamenti diventa più difficile l’infiltrazione della matrice tra le

• fibre

2D, che presentano proprietà trasversali migliorate ma longitudinali inferiori a quelle lineari

• 3D, presentano buone proprietà nella direzione ortogonale al piano ed un aumento della

• resistenza alla delaminazione ed un miglioramento della resistenza all’impatto e a fatica

tuttavia presentano valori nel piano molto bassi rispetto alle architetture 2D

47. Quali sono le differenze principali tra un'architettura 3D ed una 2D?

Le architetture di tipo 2D presentano delle fibre orientate in due o più direzioni su un piano 2D e

presentano proprietà trasversali migliorate.

Le architetture di tipo 3D sono realizzate con tessitura o cucitura nella direzione dello spessore

ottenendo buone proprietà nella direzione ortogonale al piano ed un aumento della resistenza alla

delaminazione ed un miglioramento della resistenza all’impatto e a fatica tuttavia presentano valori

nel piano molto bassi rispetto alle architetture 2D.

48. Quali sono le differenze principali tra un'architettura lineare ed una 2D?

Le architetture lineari presentano dei filamenti orientati nella stessa direzione ed al crescere del

numero di filamenti diventa difficile l’infiltrazione della matrice tra le fibre.

Le architetture di tipo 2D presentano delle fibre orientate in due o più direzioni su un piano 2D e

presentano proprietà trasversali migliorate.

49. A cosa è dovuta la maggiore drappabilità dell'architettura satin rispetto a quella twill?

La drappabilità è l’adattabilità del tessuto sulla superficie dello stampo, specialmente negli angoli e

l’architettura satin risulta avere una maggiore drappabilità in quanto presenta resistenze maggiori

ed è maggiormente flessibile grazie ai minori disallineamenti.

50. Perché un plain wave ha proprietà meccaniche tendenzialmente minori di un satin?

Il plain weave ha molti più disallineamenti e questo fa si che sia meno sensibile agli spostamenti

durante le lavorazioni.

51. Elencare i modi di rottura di un pannello sandwich e mostrare le soluzioni progettuali per evitarli

I vari modi di rottura di un sandwich sono:

Mancanza di rigidezza, evitato progettando il pannello con sufficiente rigidezza flessionale

• e a taglio

Scarsa resistenza, l’adesivo deve essere in grado di trasferire gli sforzi di taglio tra pelli e

• core che devono riuscire a resistere a trazione, compressione e taglio causate dal carico

Local buckling, le celle devono essere abbastanza piccole da non causare l’instabilità

• intracellulare

Global buckling, evitata regolando lo spessore per evitare deformazioni a compressione

• Local compression, evitata adeguando la resistenza a compressione del core per resistere a

• carichi concentrati

52. Aspetti progettuali da tenere in considerazione durante la progettazione di un pannello sandwich

Durante la progettazione si deve prestare attenzione che ci sia una perfetta adesione tra core e

pelli poiché non si avrebbe in caso contrario un aumento del momento d’inerzia.

53. Come si definisce un pannello sandwich? Vantaggi e svantaggi di queste strutture

Un pannello sandwich è una classe di materiale ottenuta incollando due pelli sottili ad un nucleo

leggero e spesso e solitamente il materiale preso come nucleo è un materiale a bassa resistenza e

bassa densità ma grazie al suo spessore fornisce resistenza a flessione ed una elevata rigidezza.

La struttura può essere equiparata ad una trave con la pelle esterna che può svolgere diverse

funzioni, la parte interna o core che resiste a taglio ed aumenta la rigidezza flessionale. Tuttavia i

core presentano delle proprietà meccaniche elevate tanto più è alto il core ed in caso di errata

progettazione si possono verificare diversi tipi di rottura causati dal tipo di carico agente.

54. Perché i pannelli sandwich dimostrano elevata resistenza e rigidezza flessionale?

Un pannello sandwich può essere equiparata ad una trave dove le pelli sono le flange che resistono

a trazione e compressione mentre il core è l’anima che subisce i carichi di taglio.

55. Descrivere l'andamento della curva ?/Vf di un composito secondo la teoria della micromeccanica

(sigma)

Al di sotto del valore Vf,min la presenza delle fibre porta ad una diminuzione della resistenza del

composito al di sotto della singola matrice. Dopo aver superato Vf,min la resistenza inizia al

crescere fino al valore Vf,crit la resistenza del composito è maggiore di quella della matrice.

56. Scrivere la regola delle miscele e discuterne il contenuto

Attraverso la regola delle miscele, una certa grandezza fisica del composito si ottiene come media

pesata secondo frazioni di volume della stessa grandezza fisica. Introducendo ad esempio la densità

del composito avremo che: pc*vc=pf*vf+pm*vm per cui avremo pc=pf*Vf+pm*Vm.

La regola è influenzata dalla percentuale di vuoti. F di fibra ed m di matrice e c di composito

57. Elencare le ipotesi alla base della trattazione della micromeccanica

Le ipotesi alla base della micromeccanica sono:

Fibre uniformemente distribuite

• Perfetta aderenza fibre matrice

• Matrice priva di vuoti

• Forze applicate parallele e longitudinali

• Lamina in uno stato naturale ovvero nessuna tensione residua

• Fibre e matrice con comportamento elastico lineare

•

58. Calcolare il modulo e la rigidezza di compositi CFRP con matrice epossidica e frazioni

Calcolare inoltre la ripartizione del carico tra

di volume di fibre del 45 e 60%.

fibra e matrice nei due casi. ( fibra 3100 MPa, E fibra 300 GPa, matrice

90 MPa, E matrice 3.5 GPa )

59. Perché i compositi UD hanno due coefficienti di Poisson e in cosa si differenziano?

Il coefficiente di Poisson varia con la direzione considerata e possiamo definire due moduli:

Il major Poisson ratio, che mette in relazione il carico longitudinale con la deformazione

• trasversale

Il minor Poisson ratio, che mette in relazione il carico trasversale con la deformazione

• longitudinale

60. Calcolare il modulo trasversale di compositi CFRP con matrice epossidica e frazione di volume di

fibre del 55%. Calcolare inoltre il Minor e Major Poisson ratio. (E fibra di carbonio 230 GPa,

Coefficiente di Poisson fibra di carbonio 0.3

61. Come si comportano i materiali compositi quando sono sottoposti a carichi di fatica?

Nei materiali compositi non si osserva una tensione limita resistenza a fatica e la rigidezza del

materiale diminuisce progressivamente con la successiva rottura del materiale che avviene per

rottura delle fibre o micro-criccatura della matrice.

62. Che differenza c’è tra un serbatoio in composito di tipo III e uno di tipo IV per lo stoccaggio

dell’idrogeno? Quali performance ci si aspetta dai due?

Un serbatoio di tipo III ha un liner metallico, un rivestimento in composito a fibre di carbonio ed

una sede valvola ricavata per asportazione di truciolo.

Un serbatoio di tipo IV ha un invece un liner di tipo polimerico ed una sede metallica per la valvola

che è inglobata nel liner e come nel caso di serbatoio di tipo III abbiamo un rivestimento a fibre di

carbonio.

63. Specificare come avviene il dimensionamento dei tabs secondo la norma ASTM D3039

Secondo la norma ASTM D3039 i tabs, ovvero i supporti che vengono