Alimentazione del materiale

Il rinforzo è fornito in contenitori progettati per garantire una continua corsa di uscita del materiale (Figura 2.26). I roving continui di fibra di vetro sono forniti in imballi con presa al centro di 15, 25 Kg. Celle distributrici (creel) con 100 o più imballi sono comuni e possono essere fisse o mobili. Le celle distributrici sono fornite di guide e dispositivi per l’alimentazione continua del macchinario col materiale prelevato dagli imballaggi, mantenendo un buon allineamento delle fibre e minimizzando il loro danneggiamento. Alcune celle sono progettate per permettere l’utilizzo di occhi alimentatori multipli e barre di guida per personalizzare la tensione su ogni roving.

Figura 2.26: Contenitori progettati per garantire una continua corsa di uscita del materiale L’utilizzo di imballaggi con presa al centro comporta il verificarsi di torsioni del materiale. Se questo vuole essere evitato devono essere utilizzati speciali imballaggi che fanno uso di nuclei di cartone progettati per la presa esterna (dipanamento) e che necessitano di celle distributrici più comp- lesse e orientate orizzontalmente. Un’ulteriore necessità dell’imballo rotante è la presenza di un fuso raccoglitore che garantisca il mantenimento della tensione di alimentazione voluta.

Quando il materiale prosegue attraverso l’area di impregnazione è necessario controllare l’allinea- mento per prevenire torsioni, annodamenti e danneggiamenti del rinforzo. Questo può essere garantito dall’utilizzo di tavole verticali dotate di fori, secondo geometrie che sono funzione della forma del

profilo finale, che fungono da guida per la traiettoria di ogni strand o ply. Queste tavole (cards) possono essere standard o specifiche per ogni profilo non commerciale.

Impregnazione della resina e formatura del materiale

Vi sono diverse possibili modalità di impregnazione del rinforzo. La più comune è l’attraversamento da parte delle fibre di un bagno di resina aperto sulla sommità. Con questa metodologia le affastel- lature di fibre sono flesse da barre ad immergersi sotto il livello della resina e a risalire impregnate. Questa tecnica è utilizzabile in costruzioni realizzate completamente in roving o per prodotti che sono facilmente formati da ply piatti che escono dal bagno di resina. Nel caso in cui sia impraticabile l’im- mersione del materiale nel bagno, ad esempio quando è richiesto l’utilizzo di mat verticali o si vuole realizzare profilati cavi, il materiale passa direttamente attraverso un bagno di resina in linea. Su ogni linea di passaggio ed allineamento di fibre deve essere progettata una tavola di ingresso-uscita in cui avviene l’impregnazione della resina in linea. L’inevitabile presenza di perdite di resina e sgocciola- menti rende necessario un sistema di raccolta e ricircolazione della resina. Questo metodo alternativo permette la necessaria impregnazione senza il bisogno di muovere il rinforzo fuori dalla traiettoria di formatura.

La formatura del materiale di rinforzo è di solito susseguente all’impregnazione. Le guide di formatura sono generalmente a ridosso della matrice di pultrusione in modo da assicurare un allinea- mento perfetto tra il materiale formato e la cavità della matrice. L’avanzamento della formatura è guidato dalla forma delle guide di formatura e gli spazi tra le piastre di formatura devono essere progettate in modo da prevenire eccessi di tensione, ma anche in modo da garantire una sufficiente rimozione di resina per evitare eccessive forze di resistenza idraulica all’ingresso della matrice.

Nel caso di prodotti pultrusi tubolari è necessaria la presenza di un mandrino a sbalzo sufficiente- mente resistente da resistere alla forza del fluire del materiale.

Nel caso di iniezione della resina direttamente nella matrice, il rinforzo è formato secco e com- pletamente compattato all’interno della matrice contemporaneamente all’iniezione di resina. Anche se questa tecnica minimizza i problemi associati al sistema di impregnazione con bagno in resina, esistono alcune limitazioni in termini di aree bagnabili, intrappolamento d’aria e massimo contenuto in fibre.

Il riscaldamento della matrice

Esistono numerosi metodi per posizionare ed assicurare la matrice di pultrusione alla macchina ed applicare il calore necessario per innescare la reazione di cura.

L’utilizzo di un letto aperto per la matrice con una sistemazione a giogo che permette alla matrice di essere fissata al telaio è una tecnica molto semplice. In tutte le tipologie di bloccaggio della matrice, la spinta che il materiale sviluppa sulla matrice deve essere trasferita al telaio evitando movimenti relativi della matrice o flessioni del telaio. Con questa progettazione a letto aperto a giogo il sistema riscaldante che utilizza olio caldo e resistenze elettriche a striscia o a piastra sono posizionate attorno

alla matrice nelle posizioni desiderate. Termocoppie sono posizionate sulla matrice per monitorare il livello di calore applicato. E’possibile progettare configurazioni di somministrazione del calore non simmetriche per garantire campi di temperatura uniforme in profilati non simmetrici.

Il parametro di processo della pultrusione il cui controllo è più critico è il profilo di temperatura della matrice in quanto questo determina il tasso di reazione di cura, il posizionamento della reazione all’interno della matrice e l’importanza del picco di temperatura esotermico. Materiali mal curati esi- biranno scarse proprietà meccaniche e fisiche, anche se esteticamente identiche a parti correttamente curate. Un eccessiva quantità di calore fornito può comportare cricche o imprevedibilità esotermiche. La dinamica della richiesta di calore e il tasso di energia di reazione rilasciata sono state recentemente modellate analiticamente, empiricamente e mediante l’uso di metodi agli elementi finiti permettendo di ottimizzare le condizioni del processo.

Per aumentare la produttività e ridurre la differenza di temperatura tra matrice e materiale che può portare a crack termici nella maggior parte dei prodotti, è spesso desiderabile preriscaldare il mate- riale prima che questo entri nella matrice. Questo può essere realizzato con onde elettromagnetiche, riscaldamenti per induzione, e convenzionali metodi a conduzione.

Dispositivi di taglio e trazione

La tipica distanza tra uscita dalla matrice e stazione di trazione è di 3 m o più, in quanto è necessario permettere al prodotto pultruso di raffreddarsi in atmosfera o mediante flussi di aria o acqua forzata. Questo permette al prodotto di raggiungere l’adeguata resistenza necessaria per sopportare le forze di ammorsaggio richieste per afferrare il prodotto e tirarlo fuori dalla matrice. I meccanismi di trazione sono i più svariati a seconda dell’architettura della macchina. Tre generali categorie di meccanismi per la trazione sono ammorsaggi a trazione intermittente a singola ripresa, ammorsaggi a trazione continua con doppia ripresa, e cinghie o catene traenti continue.

Stazione di taglio

Tutte le linee di pultrusione in continuo richiedono un taglio del prodotto a lunghezza. I sistemi di taglio utilizzano bracci radiali o seghe rotanti su tavole che si muovono a valle con il fluire del prodotto e sono attivati o manualmente sotto un allarme di cutoff, o automaticamente a misura. Sono utilizzabili sia tagli a secco che tagli a umido, ma solitamente sono utilizzati utensili da taglio con inserti in diamante o carburi di silicio. I prodotti rinforzati in fibra di aramide presentano una criticità al taglio a causa della durezza delle fibre. L’uso di utensili da taglio convenzionali comporta il seghet- tamento degli spigoli e delaminazione. Mentre il taglio ad acqua è soddisfacente, una tecnologia di taglio dai costi sostenibili è ancora allo studio.