Negli ultimi anni si è assistito ad un rapido sviluppo dei materiali fibrorinforzaticompositi termoplastici con resine termoplastiche come matrice, e si registra un aumento della ricerca e dello sviluppo di questi compositi ad alte prestazioni in tutto il mondo. I compositi termoplastici sono compositi costituiti da polimeri termoplastici come polietilene (PE), poliammide (PA), polifenilene solfuro (PPS), polieterimmide (PEI), polietere chetone (PEKK) e polietere etere chetone (PEEK) come matrice e vari materiali continui/discontinui fibre (es. fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre aramidiche, ecc.
I compositi termoplastici a base di grasso sono principalmente termoplastici rinforzati con fibra lunga (LFT), nastri preimpregnati continui MT e termoplastici rinforzati con materassino di vetro (CMT).
In base all'utilizzo di diversi requisiti, la matrice in resina contiene PPE.PAPRT, PELPCPES, PEEKPI, PA e altri tecnopolimeri termoplastici.
Matrice termoplastica
La matrice termoplastica è un tipo di materiale termoplastico con buone proprietà meccaniche e resistenza al calore che può essere utilizzato in un'ampia gamma di prodotti industriali. La matrice termoplastica ha un'elevata resistenza, resistenza al calore e buona resistenza alla corrosione.
Le resine termoplastiche attualmente utilizzate nelle applicazioni aerospaziali sono principalmente matrici di resina ad alta temperatura e ad alte prestazioni, tra cui PEEK, PPS e PEI, di cui il PEI amorfo è più comunemente utilizzato nelle applicazioni aerospaziali rispetto a PPS e PEEK semicristallino, di cui il PEI amorfo ha più applicazioni nelle strutture degli aeromobili rispetto al PPS semicristallino e al PEEK ad alta temperatura di stampaggio grazie alla temperatura di lavorazione e ai costi di lavorazione inferiori.
Le resine termoplastiche hanno migliori proprietà meccaniche e resistenza chimica, temperatura di servizio più elevata, elevata resistenza specifica e durezza, eccellente tenacità alla frattura e tolleranza ai danni, eccellente resistenza alla fatica, capacità di modellare geometrie e strutture complesse, conduttività termica regolabile, riciclabilità, buona stabilità in ambienti difficili , stampaggio ripetibile e saldabilità, ecc.
Compositi composto da resina termoplastica e materiale di rinforzo presenta molti vantaggi come durata, elevata tenacità, elevata resistenza agli urti e tolleranza ai danni; non è necessario conservare nuovamente il prepreg in fibra a bassa temperatura, periodo di conservazione illimitato; ciclo di stampaggio breve, saldabile, alta produttività, facile da riparare; gli scarti possono essere riciclati e riutilizzati; ampia libertà di progettazione del prodotto, possibilità di realizzare forme complesse, ampia adattabilità dello stampaggio, ecc.
Materiale di rinforzo
Generalmente, la lunghezza delle fibre rinforzate con fibre corte è compresa tra 0,2 e 0,6 mm e poiché la maggior parte delle fibre ha un diametro inferiore a 70 μm, le fibre corte sembrano più polvere. I materiali termoplastici rinforzati con fibre corte sono generalmente prodotti miscelando le fibre in materiali termoplastici fusi. La lunghezza e l’orientamento casuale delle fibre nella matrice rendono relativamente facile ottenere una buona bagnatura, e i compositi a fibre corte sono i più facili da fabbricare rispetto ai materiali rinforzati con fibre lunghe e continue, ma con il minimo miglioramento delle proprietà meccaniche. I compositi a fibre corte tendono ad essere formati in parti finali mediante metodi di stampaggio o estrusione perché le fibre corte hanno meno influenza sul flusso.
Compositi rinforzati con fibre lunghe sono tipicamente lunghi circa 20 mm e vengono solitamente preparati utilizzando fibre continue infiltrate con resina e quindi tagliate ad una certa lunghezza. Il processo tipicamente utilizzato è lo stampaggio per pultrusione, in cui viene prodotto uno stoppino continuo di una miscela di fibre e resina termoplastica stirando le fibre attraverso una speciale matrice di stampaggio. Attualmente, i compositi termoplastici PEEK rinforzati con fibre lunghe possono raggiungere proprietà strutturali di oltre 200 MPa attraverso la stampa FDM e un modulo di oltre 20 GPa, con prestazioni migliori attraverso lo stampaggio a iniezione.
Le fibre nei compositi rinforzati con fibre continue sono "continue" e hanno una lunghezza variabile da pochi metri a diverse migliaia di metri. I compositi a fibra continua sono generalmente disponibili come laminati, nastri preimpregnati o trecce, formati impregnando la matrice termoplastica desiderata con fibre continue.
Quali sono le caratteristiche dei materiali compositi rinforzati con fibre?
I compositi rinforzati con fibra sono compositi formati mediante processi di avvolgimento, stampaggio o pultrusione di materiali in fibra di rinforzo, come fibra di vetro, fibra di carbonio, fibra aramidica, ecc., e il materiale della matrice. A seconda dei diversi materiali di rinforzo, i comuni compositi rinforzati con fibra sono suddivisi in compositi rinforzati con fibra di vetro (GFRP), compositi rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) e compositi rinforzati con fibra aramidica (AFRP).
A causa delle seguenti caratteristiche dei compositi fibrorinforzati:
(1) alta resistenza e alto modulo;
(2) designabilità delle proprietà dei materiali;
(3) buona resistenza alla corrosione e durata;
(4) coefficiente di dilatazione termica simile a quello del calcestruzzo.
Queste caratteristiche fannoMateriali FRPpuò soddisfare le esigenze delle strutture moderne di grandi dimensioni, imponenti, carichi pesanti, leggere ed elevate resistenze e lavorare in condizioni difficili e soddisfare anche i requisiti dello sviluppo della moderna costruzione di edifici industrializzati, quindi è sempre più ampiamente utilizzato in vari edifici civili, ponti, autostrade, strutture marine, idrauliche e strutture sotterranee.
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Orario di pubblicazione: 31 marzo 2023
