Confronto tra le resistenze portanti dello stampato

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14756 (2022) Citare questo articolo

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Questo studio è un'indagine sugli effetti della frazione di peso (% in peso) e della lunghezza della materia prima della fibra (FFSL) sulla resistenza portante (BS) dei giunti bullonati in compositi di polipropilene (PP) rinforzati con fibra di vetro (GFR) prodotti mediante una tecnica di stampaggio a iniezione . L'indagine è stata effettuata per fori prodotti tramite stampaggio o lavorazione meccanica. Per i fori lavorati è stato discusso l'effetto dei parametri di foratura (avanzamento e velocità) sul BS. Si osserva che la BS diminuisce all’aumentare della FFSL. La BS dei campioni sia modellati che forati è stata migliorata aumentando la percentuale in peso di fibra di vetro. Mentre è stata osservata una BS leggermente migliore per i campioni stampati rispetto a quelli forati per tutti i campioni. L'effetto delle condizioni di perforazione sul BS è risultato insignificante per i fori praticati in PP rinforzato con fibre lunghe, dove il fattore più significativo era il peso%. Tuttavia, per il PP rinforzato con fibre corte, la velocità del fuso è stato il fattore più significativo seguito dall'avanzamento, mentre la percentuale in peso ha l'effetto più basso. La modalità morfologica di rottura per i provini indica che per i campioni inseriti in stampo, i campioni in PP puro si sono guastati in modalità di puro cuscinetto mentre i campioni GFR/PP hanno ceduto in modalità mista (cuscinetto e tensione netta). Per i provini lavorati a macchina, tutti i provini hanno ceduto in caso di rottura in modalità mista, ad eccezione dei provini con la percentuale in peso più alta che hanno ceduto sotto tensione netta.

Recentemente l'utilizzo di materiali termoplastici è aumentato costantemente poiché forniscono una serie unica di proprietà. Il rapporto resistenza/peso, la resistenza ambientale, la lavorazione rapida, le prestazioni superiori alle alte temperature e la riciclabilità sono alcuni dei vantaggi dei materiali termoplastici che ne favoriscono l'uso rispetto ad altri materiali1,2,3. L'aggiunta di fibre è ampiamente utilizzata per rinforzare i compositi a base polimerica per renderli più affidabili nelle loro applicazioni. Per poter utilizzare i polimeri fibrorinforzati (FRP) come elemento strutturale, questi materiali devono soddisfare alcuni requisiti quali rigidità, resistenza, durabilità, impatto e schiacciamento per essere più utili nella produzione e nell’assemblaggio di componenti critici2. Varie parti di automobili sono state prodotte utilizzando materiali termoplastici rinforzati con fibre, poiché i loro effetti leggeri sono stati dimostrati da parti non portanti4 e semi-portanti. Queste parti includono scatole batteria5,6,7, crash box8, ruote leggere9, moduli front-end10, sedili automobilistici11,12, molle a balestra13 e cofani14. In particolare, il GFR/PP sembra avere un buon potenziale di applicazione nella costruzione di strutture prefabbricate come case, barriere, travi e impalcati di ponti nel campo dell'ingegneria civile15. Vaidya e Chawla16 hanno progettato e fabbricato un sedile per autobus durevole realizzato in GFR/PP, garantendo rispettivamente un risparmio del 43% e del 18% in termini di peso e costo di produzione totale rispetto ai design dei sedili comunemente utilizzati.

I giunti rappresentano uno di questi componenti critici in cui i bulloni forniscono il mezzo principale per collegare gli FRP nelle applicazioni strutturali, nella costruzione di aeromobili, aerospaziale, veicoli automobilistici e altre applicazioni ingegneristiche ad alte prestazioni tra cui articoli sportivi, strutture per l'energia eolica e apparecchiature mediche17, 18,19,20,21,22,23. La resistenza congiunta di GFR/PP è risultata adatta per la progettazione della molla a balestra e quindi questi tipi di materiali possono essere utilizzati per applicazioni congiunte24,25,26. Inoltre, Anandakumar et al.27 hanno ottenuto prestazioni superiori dal braccio di controllo GFR/PP, come componente portante del sistema di sospensione, rispetto all'acciaio. La progettazione dei giunti riveste un particolare interesse per le strutture in FRP poiché i giunti rappresentano il punto più debole di una struttura composita e la capacità del materiale composito di ridistribuire elevate tensioni locali attraverso lo snervamento20. BS è una proprietà importante che deve essere presa in considerazione nella progettazione dei giunti.