Materiali termoplastici con rinforzi in fibra di carbonio, vetro e aramide ad

Cetex® e TEPEX® sono i principali materiali compositi termoplastici ad elevate performance.

Sviluppati inizialmente per applicazioni aerospaziali, con lo scopo di svincolarsi dai metodi produttivi che implicano l’ elevata manodopera dell’ hand layup di preimpregnati termoindurenti e andare verso i brevi tempi di ciclo e produzioni automatizzate possibili con la tecnologia termoplastica. Cetex® è ancora principalmente destinato al mercato aerospaziale, mentre TEPEX® appare emergere nelle applicazioni sportive ed industriali in genere.

Cetex®

La tecnologia di base per i laminati termoplastici fibrorinforzati Cetex® è stata sviluppata dalla Delft University in cooperazione con Ten Cate (Nijverdal, The Netherlands) negli anni ’80. I laminati fibrorinforzati in fibra lunga Cetex® sono

offerti come prodotti standard in fibra di carbonio, vetro o aramide in nastri unidirezionali o tessuti combinati con matrice termoindurente in polieterimide (PEI) o polipropilene sulfide (PPS). La fibra di vetro è fornita da PPG (USA), mentre la fibra di carbonio da Toray-Soficar (France). PEI è fornito in forma granulare da GE Plastics (Pittsfield, MA) e PPS è fornito sottoforma di film da Amcor (Gent, Belgium). Le granulare da Ticona (Kelsterbach, Germany). I fogli sono generalmente di 3.8 m per 1.3 m con spessori dai 0.2 ai 50 mm.

Tab. 1.30: Caratteristiche di alcuni prodotti Cetex® Riportiamo alcuni dati ufficiali TenCate:

Tab. 1.32: CETEX Thermo-Lite® 4060R

Tab. 1.33: CETEX Thermo-Lite® 1166N

Le linee guida della termoformatura per fogli di carbon fiber/PPS Cetex® raccomandano un preriscaldamento ad una temperatura compresa tra 300°C e 330°C ed il mantenimento degli stampi ad una temperatura di circa 180°C. Pressioni di 4

MPa sono raccomandate per la formatura. Ten Cate afferma che i compositi termoplastici siano di grande attrattiva per il mercato aerospaziale, in quanto l’elevato costo e complessità del processo con autoclave per i termoindurenti sono un fattore fortemente limitante. Molti piccoli componenti quali rivetti, mensole e pannelli curvi sono molto facilmente realizzabili con le tecnologie di termoformatura, le quali offrono tempi di cicli di pochi minuti e bassi costi in confronto con i prodotti realizzati in autoclave. Ad oggi esistono oltre 1500 parti differenti in composito termoplastico su di un aeromobile Airbus. Questo numero crescerà significativamente sul nuovo Boeing 787 e sull’Airbus A350.

Ten Cate è anche fornitore di materiale per i condotti di aspirazione dei motori dell’Airbus A380. Ten Cate afferma che la progettazione senza giunture, possibile con l’utilizzo del termoplastico, garantisce all’A380 un basso livello di generazione di rumore. Andiamo a riportare nelle seguenti pagine una lista di applicazioni dei prodotti Cetex® PPS e PEI.

Tab. 1.34: Applicazioni Cetex® in aerovelivoli Airbus e Boeing TEPEX®

TEPEX® è una linea di compositi termoplastici prodotti dalla Bond-Laminates (Brilon, Germany), che combina i rinforzi tessuti di tipo aerospaziale con una grande varietà di matrici termoplastiche utilizzando una pressa a doppio nastro (double-belt

press). Il prodotto risultante presenta meno del 2% di frazione di vuoto. I prodotti TEPEX® includono sia semipreg che fogli consolidati dynalite. Una grande varietà di combinazioni è disponibile incluse fibre di vetro, carbone e/o aramide e matrici di polipropilene (PP), poliuretano termoplastico (TPU), polifenilene sulfide (PPS), e poliammide (PA6/Nylon 6), PA 12, PA 46, e PA 66.

Bond-Laminates afferma che il materiale Dynalite permette lay-up personalizzati, l’utilizzazione di vari tipi di rinforzo, spessori e frazioni in volume di fibra per soddisfare le richieste di costo e performance di ogni specifica applicazione. La filosofia di Bond-Laminates è sviluppare soluzioni per ogni tipo di applicazione attraverso l’ottimizzazione del materiale. Fogli di TEPEX® possono essere prodotti con frazioni in peso di fibra compresi tra il 35 ed il 55 %, con spessori dai 50 mm ai 6 mm, e possono includere oltre venti plies. TEPEX® è stato sviluppato sia per applicazioni aerospaziali che industriali. Offre eccellenti caratteristiche meccaniche grazie al rinforzo in fibra lunga, ma con i bassi costi ed i veloci cicli produttivi tipici dei termoplastici. La maggiorparte dei materiali TEPEX® ha tempi di ciclo dai 30 ai 60 secondi, dipendentemente dal livello di automazione installato dal cliente. Il fattore più importante è il tempo di raffreddamento della matrice termoplastica nell’attrezzaggio. Il data sheet di laminati compositi rinforzati in fibra di vetro e fira di carbonio in poliamide 66 indicano temperature di formatura di 280°C e 300°C, e pressioni di consolidamento dai 5 ai 100 bar. La temperatura dello stampo per prodotti a matrice PP e TPU si attesterà tra i 190°C ed i 300°C.

TEPEX® dynalite glass/PP e glass/PA6 sono i più usati in applicazioni automotive come sostituzione dell’alluminio per motivi di costo e riduzione di peso. Glass/TPU e carbon fiber/TPU sono molto usati in applicazioni ortopediche e sportive, offrendo performance superiori dei termoplastici non rinforzati. Carbon fiber/PA66 dynalite è stata sviluppata per applicazioni sportive strutturali e gusci per elmetti, ed i materiali PPS stanno iniziando ad essere utilizzati per interni di aeromobili a costi minori rispetto ai tradizionali termoindurenti. TEPEX® carbon fiber/PPS è recentemente stato scelto da Boeing per sostituire l’alluminio per i supporti lombari e coscia, braccioli, tavolini e supporti per schermi video.

Altre applicazioni includono:

• Telaio in fibra di vetro o carbonio per zaino tecnico Granite Gear utilizzando dynalite 101 e 201

• Leveraggi per freni da competizione Campagnolo utilizzando dynalite 201 • Pedali e freni per biciclette da competizione Look Cycle fatti in dynalite 201 • Componenti ortopediche per Fujiwara e Otto Bock in dynalite 401

Larghezze tipiche per fogli TEPEX® sono di 620 mm, ma possono essere forniti fino ad un massimo di 1350 mm. La lunghezza è solamente limitata da vincoli di trasporto. La dimensione dei fogli è solitamente specificata dal cliente.

1.2.4.2 Confronto tra diversi tipi di compositi termoplastici ad elevate prestazioni