Ad oggi sono presenti tantissime tipologie dierenti di bre e matrici uti- lizzabili; di seguito vengono brevemente illustrate le caratteristiche e le pro- prietà dei componenti che hanno interessato questa attività di ricerca, ovvero materiali in bre di carbonio e resina epossidica.
3.2.1 Fibre di carbonio
Le bre di carbonio si trovano in commercio sia sotto forma di bre lunghe che di bre corte. Queste possono a loro volta essere considerate come un composito: solo una parte del carbonio è convertito in piccoli cristalli di gra te orientati secondo l'asse della bra; ad un maggior contenuto di gra te corrisponde una maggiore rigidezza, ma anche una minore resistenza; le bre di carbonio hanno tipicamente un diametro di 8 µm.
Il principale inconveniente delle bre di carbonio è il costo; le bre eco- nomiche e di bassa qualita sono molto piu costose delle bre di vetro. I materiali di base sono costosi e i processi di carbonizzazione e gra tizza- zione richiedono un accurato controllo del processo, tempi lunghi, materiali ed energia. Un secondo inconveniente di queste bre è la fragilità, che si accentua nei compositi poichè tipicamente anche le matrici sono fragili. La resistenza all'impatto di questi compositi è bassa e, poiche la bra di carbo- nio è un conduttore elettrico, esiste la possibilita di corrosione galvanica nel contatto con metallo.
É da considerare il fatto che queste bre hanno un valore negativo del coe ciente di dilatazione lineare, il che permette di produrre compositi con coe ciente di dilatazione nullo, orientando opportunamente le bre.
Le proprieta meccaniche delle bre di carbonio possono essere migliorate riducendo i microdifetti strutturali. Cio è ottenuto con un forte riscaldamento del materiale di partenza a temperature intorno ai 2000°C, ottenendo una maggiore compattazione dei piani cristallini. I vari tipi di bre di carbonio sono ottenuti mediante pirolisi in atmosfera inerte di bre polimeriche, che rappresentano il materiale di partenza, detto precursore. I tipi di precursore sono: rayon, poliacrilonitrile (PAN), catrame e pece.
I tipi di tessuto sono classi cati in funzione sia delle bre usate, sia dei diversi metodi di costruzione e processo utilizzati per mantenere le bre unite; in particolare le tipologie di bre che interessano questo lavoro sono:
Tessuto intrecciato di tipo twill: una o più bre di ordito sono alternati- vamente passate sopra e sotto due o più bre di trama in maniera rego- lare e ripetuta; ha buone proprietà meccaniche e buon drappeggio, resi- ste all'umidità e presenta una super cie levigata; è però caratterizzato da una stabilità piuttosto ridotta (Figura 11)
Figura 11: Schema del tessuto intrecciato tipo twill
3.2.2 Compositi a matrice polimerica
Consistono di bre (di carbonio, aramidiche o vetro) incastonate in una ma- trice polimerica. Tali bre possiedono modulo elastico (rigidità) o resistenza molto più elevati di quello delle matrici polimeriche che vanno a rinforzare. Queste resine, hanno buone proprietà, in particolare la capacità di formarsi facilmente all'interno di modelli complessi, utilizzati per la realizzazione di elementi in composito.
E' importante ricordare che le proprietà di un composito sono determi- nate dalle proprietà della resina, delle bre, quantità di bre nella resina, geometria e orientamento delle bre.
Le proprieta principali delle resine sono:
tenacita: capacita del materiale di resistere alle propagazione della frat- tura. Nonostante sia di cile valutare questo parametro per un mate- riale composito, ci si puo riferire a una curva tensione/deformazione resistenza all'ambiente (all'acqua ed a sostanze aggressive)
3.2.3 Resine Epossidiche
Le resine epossidiche sono prepolimeri di basso peso molecolare capaci di essere utilizzati in molteplici condizioni. L'ampia famiglia delle resine epos- sidiche rappresenta l'insieme di resine con le più alte proprietà disponibili al giorno d'oggi; tra i vantaggi troviamo il fatto che le resine epossidiche pos- sono essere lavorate chimicamente e immagazzinate in questo stato, inoltre mostrano un basso restringimento durante il processo chimico di curing. Tut- tavia la viscosità delle più comuni resine epossidiche è più elevata di quella delle resine poliestere e sono anche più costose di queste ultime. Le resine, dopo il processo chimico, presentano elevata resistenza agli agenti chimici ed alla corrosione, buone proprietà meccaniche e termiche, capacità adesive con molteplici elementi e buone proprietà elettriche e presentano caratteristiche meccaniche e di resistenza agli agenti ambientali, che ne fanno una delle ti- pologie maggiormente usate per la produzione di parti aeronautiche. Come per le resine che subiscono laminazione, le loro incrementate proprietà ade- sive e la resistenza al degrado causato dall'ambiente, fanno di queste resine le ideali per l'uso in applicazioni come la costruzione di barche ed impieghi in campo marittimo. In questo settore, le resine epossidiche sono utilizzate largamente come primo materiale di costruzione per barche di alte presta- zioni, oppure come materiale secondario per il rivestimento della carena di una barca, o per sostituire resine poliestere degradate dall'acqua. La loro più grande limitazione risiede negli alti tempi necessari per la reazione di curing e lo scarso rendimento in applicazioni con ambienti caldo-umidi. La facilità di processo, le buone caratteristiche di fusione, le eccellenti capacità adesive con vari elementi, il basso restringimento durante la reazione di curing, le proprietà meccaniche superiori, le buone caratteristiche di resistenza termi- ca e chimica, hanno fatto della resina epossidica il materiale prescelto per compositi avanzati che presentano bre di rinforzo. [12]