Strategie di rinforzo per compositi ad alte prestazioni

Per redattore | 4 marzo 2013

diLarry Landis, Direttore della tecnologia e della qualità, IDI Composites International e Don Sage, Ingegnere di prodotto senior, Owens Corning

Ecco uno sguardo approfondito alle strategie di rinforzo del vetro che rendono i composti termoindurenti strutturali un materiale eccellente per applicazioni ad alte prestazioni.

Lo sviluppo di nuovi materiali per affrontare i limiti e i costi dei metalli e dei materiali termoplastici ha portato a una più stretta collaborazione tra produttori di resine, produttori di materiali di rinforzo e produttori di composti per stampaggio. Grazie a questa cooperazione, materiali come i composti termoindurenti strutturali possono offrire maggiore resistenza, minori coefficienti di dilatazione termica e migliore resistenza alla corrosione rispetto ad altri materiali comunemente utilizzati, aumentando al tempo stesso la flessibilità di progettazione e l’efficienza produttiva. I forti legami molecolari inerenti ai termoindurenti strutturali conferiscono una fitta rete di connettività interna che consente a questi materiali di mantenere eccellenti proprietà strutturali durante l'esposizione prolungata a profili chimici e di temperatura estremi. I mercati automobilistico, militare, industriale, elettrico, sportivo e della sicurezza si affidano sempre più al materiale termoindurente strutturale SMC (composto per stampaggio di lastre) e al materiale termoindurente strutturale BMC (composto per stampaggio in massa) per soddisfare le richieste di maggiore resistenza meccanica e peso e densità inferiori. Le strategie di rinforzo sono spesso fondamentali per le caratteristiche strutturali richieste da questi mercati.

Nozioni di base sul termoindurente I termoindurenti strutturali si distinguono dai termoindurenti standard per l'uso di resine specializzate combinate con livelli di rinforzo più elevati (vetro, carbonio, aramide e così via). Questa combinazione consente ai termoindurenti strutturali di soddisfare requisiti unici. Il rinforzo aggiunto conferisce ulteriore resistenza e rigidità, mentre la speciale formulazione della resina protegge le fibre e aiuta il composto a raggiungere le sue proprietà complessive. Queste proprietà possono essere modificate variando il tipo e la quantità degli ingredienti. Ad esempio, il tipo di fibra, la lunghezza e la proporzione della miscela cambierebbero il flusso, la resistenza e la rigidità; la variazione della concentrazione e del tipo di resina influenzerebbe la resistenza complessiva insieme alla resistenza al calore/corrosione del composto.

L'esposizione all'energia termica durante il processo di stampaggio dei Composti Strutturali Termoindurenti provoca la formazione di legami covalenti tridimensionali tra le molecole del polimero. Questo processo, noto come reticolazione, è irreversibile. Pertanto, i materiali reticolati non possono essere fusi e rimodellati. Il termine "termoindurente" descrive accuratamente questa chimica. La reticolazione crea una struttura molecolare 3D rigida che consente ai materiali termoindurenti di mantenere le proprietà fisiche ed elettriche desiderate durante l'esposizione prolungata a molte condizioni, come l'alta temperatura. I materiali termoplastici, d'altro canto, sono generalmente inadatti agli ambienti ad alta temperatura perché possono sciogliersi dopo la solidificazione. I termoindurenti hanno il vantaggio di elevate temperature di distorsione termica (HDT) e temperature di transizione vetrosa (Tg) che fondono letteralmente la maggior parte dei materiali termoplastici.

Varie proprietà dei compositi termoindurenti strutturali rendono questo materiale una buona scelta per articoli come un interruttore di controllo elettrico

Tre delle resine termoindurenti più comuni sono poliestere, vinilestere ed epossidica. Ognuna di queste resine ha le proprie caratteristiche di prezzo e prestazioni, quindi la selezione si basa sulla funzione applicativa e sui requisiti di costo. Ad esempio, potresti scegliere la resina vinilestere per prodotti resistenti alla corrosione, la resina epossidica per applicazioni ad alta resistenza e il poliestere quando i fattori trainanti sono buone prestazioni complessive e costi.

Strategie di rinforzo Molti tipi di fibre di rinforzo possono essere utilizzati per i termoindurenti strutturali, a seconda del processo di stampaggio e dei requisiti di resistenza del prodotto. Le opzioni di rinforzo del vetro includono fili tagliati, materassino con orientamento casuale delle fibre, tessuti leggeri, materiali a trama pesante, materiali a maglia e tessuti unidirezionali.