Materiali compositi, tecnologie e tecniche costruttive

Abstract

La definizione di materiale composito è quella di un materiale solitamente non presente in natura che nasce dalla combinazione di almeno due materiali tra loro chimicamente differenti e che presentano un'interfaccia di separazione. I materiali compositi sono utilizzati in strutture, come ad esempio quelle impiegate nel settore aeronautico, per la loro rigidità e leggerezza, nonché per la resistenza alla fatica, alla corrosione e all'impatto. I materiali compositi si distinguono dai metalli perché sono il risultato della combinazione di materiali che differiscono per composizione o forma. Il cemento armato è un eccellente esempio di una struttura composita che consente al calcestruzzo e all'acciaio di conservare la propria identità. Le barre d’acciaio sopportano i carichi di tensione mentre il cemen¬to sopporta quelli di compressione. I compositi avanzati sono costitui¬ti da una fibra ad alta resistenza inserita in una matrice epossidica. Strutture di grafìte-epoxy permettono un risparmio di peso del 20% rispetto all’alluminio. La riduzione dei pesi è il vantaggio più evidente a supporto di tale scelta. Atri vantaggi rispetto ai materiali tradizionali sono l’alta resisten¬za alla corrosione e la resistenza ai carichi di tipo ciclico. Lo svantaggio maggiore è invece legato ai costi elevati. I materiali compositi ibridi sono, solitamente, ottenuti combinando tra loro fibre di vetro, kevlar o carbonio su matrice di resina epossidica, per ottenere specifiche caratte¬ristiche quali la resistenza alla rottura o agli impatti. La fibra di vetro è di gran lunga la fibra di rinforzo più usata; i termi¬ni GRP (Glass Reinforced Plastic) e FRP (Fiber Reinforced Plastic) sono spesso usati per descrivere prodotti fatti con compositi. Le matrici di resina termoindurente più comunemente usate includono poliestere, epoxy, vinilestere e fenolica. La scelta dei tipi di resine impiegate per¬mette di variare le caratteristiche relative alle temperature di esercizio, alla resistenza agli agenti chimici, all’aggressione degli agenti atmosfe¬rici, alle proprietà di conducibilità elettrica e alla resistenza al fuoco. La maggior parte degli oggetti prodotti con materiali tradizionali può essere realizzata anche usando materiali compositi, mentre per certi tipi di applicazioni l’uso dei compositi è quasi una scelta obbliga¬ta. La selezione del materiale da impiegare è in genere funzione della durata utile richiesta al prodotto finito, del numero totale dei pezzi da produrre, della complessità della forma, del risparmio nei costi di assemblaggio, e, infine, dell’esperienza nell’uso dei compositi. In molti casi i risultati migliori si ottengono dall’uso combinato di mate¬riali compositi e di materiali tradizionali. Negli ultimi anni i processi produttivi hanno conosciuto una evolu¬zione costante. Benché l’applicazione a mano rimane ancora una tec¬nica diffusa, nuove tecniche, quale ad esempio l’infusione sotto vuoto, si fanno strada in settori ad alta tecnologia come nelle applicazioni dei materiali compositi per l’industria aerospaziale.