Produzione degli aderendi

Il materiale composito utilizzato per la produzione degli aderendi in CFRP è il prepreg CYCOM751/T152, prodotto da Cytec. Tale materiale è formato da una matrice epossidica rinforzata con fibre di carbonio unidirezionali. Le proprietà meccaniche della singola lamina di prepreg sono riportate in Tabella 5.1.

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Tabella 5.1: Proprietà meccaniche della singola lamina del prepreg CycomM751/T152.

Proprietà meccaniche prepreg Valore

Modulo di Young E11 133880 MPa

Modulo di Young E22 5900 MPa

Modulo a taglio G12 12000 MPa

coefficiente di Poisson ν12 0,26

coefficiente di Poisson ν23 0,25

Lo stampo utilizzato è costituito da una piastra in alluminio di dimensioni 400 mm x 400 mm x 10 mm, come illustrato in Fig. 5.13 .

Fig. 5.13: Stampo in alluminio utilizzato per la produzione degli aderendi.

Come sacco per il vuoto è stato utilizzato l’Elastomax (prodotto dalla Aerovac), costituito da un materiale plastico elastomerico avente un basso rapporto tra il modulo di Young e la tensione di snervamento, in grado di garantire prestazioni accettabili fino

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ad una temperatura di 200 °C. Per sigillare il sacco per il vuoto allo stampo è stato impiegato il sigillante butilico LTS90B dell’Aerovac (Fig. 5.14). Questo sigillante garantisce un’ottima adesione tra il sacco e lo stampo fino a 150 °C.

Fig. 5.14: Sigillante butilico Aerovac LTS90B, adottato per la realizzazione del sacco a vuoto.

Il bleeder è uno strato di feltro il cui utilizzo consente di favorire l’espulsione dell’aria nella fase iniziale del processo e di limitare la fuoriuscita della resina durante la successiva fase di cura in forno. In particolare, è stato impiegato il bleeder AB100 prodotto dall’Aerovac (Fig. 5.15), il cui campo di utilizzo, è limitato, in termini di temperatura, al valore di 205 °C.

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Per la realizzazione del vuoto, invece, è stata utilizzata la pompa a vuoto modello RV5 della casa costruttrice Edwards (Fig. 5.16), una valvola di aspirazione e, quindi, un tubo necessario al collegamento di queste due parti.

Fig. 5.16: Pompa per il vuoto RV5 prodotta da Edwards ed adottata per il processo produttivo.

Il forno impiegato per la cura è il N120/65 HACDB della Nabertherm (Fig. 5.17), ovvero un forno a convezione a camera singola. La temperatura massima raggiungibile da questo modello è pari a 450 °C.

Fig. 5.17: Forno Nabertherm N120/65 HACDB utilizzato per la polimerizzazione degli aderendi in CFRP.

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La prima operazione necessaria alla realizzazione del sacco a vuoto è consistita nella preparazione dello stampo. Al fine di evitare l’adesione della resina presente nel prepreg sulla superficie dello stampo e di facilitare l’estrazione del laminato dopo la fase di cura, lo stampo è stato trattato con il distaccante liquido TRE 45 ECO della Marbocote. L’applicazione del distaccante è stata realizzata applicando il distaccante liquido con l’ausilio di un panno di cotone secondo le modalità riportate su scheda tecnica. Successivamente si è passati al taglio del prepreg. Tale operazione è avvenuta con l’obiettivo di ottenere due laminati dalle dimensioni di 160.0 mm x 130.0 mm x 2.4 mm (contrassegnati con le lettere A e B) e un terzo laminato C dalle dimensioni di 250.0 mm x 130.0 mm x 2.4 mm. La stratificazione adottata, costituita da 13 lamine, è [02, 90, 02, 90, 0]S, in riferimento al sistema di orientazione delle fibre mostrato in Fig. 5.18.

Fig. 5.18: Sistema di riferimento adottato per la definizione dell’angolo di stratificazione.

Dopo aver terminato le operazioni di taglio, la modalità di stratificazione è consistita in un ply on ply lay-up, dunque i tre laminati ottenuti sono stati posizionati sullo stampo, come mostrato in Fig. 5.19.

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Fig. 5.19: Posizionamento delle lamine stratificate di prepreg sullo stampo.

Per realizzare una buona finitura su entrambe le facce dei laminati, sono stati utilizzati tre controstampi in alluminio, di spessore di 10 mm, avente ognuno le stesse dimensioni del rispettivo laminato su cui è stato posto, come mostrato in Fig. 5.20 .

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Successivamente è stato applicato un film distaccante sopra e tra i controstampi (Fig. 5.21), per evitare che la resina in eccesso vada in contatto col bleeder durante la polimerizzazione generando dei problemi di sformatura dei laminati dallo stampo.

Fig. 5.21: Posizionamento del film distaccante tra controstampo e bleeder.

Successivamente si è passati all’applicazione del bleeder, dunque alla sigillatura del sacco con il sigillante butilico. Per la realizzazione del vuoto nel sacco, è stata utilizzata una apposita valvola di aspirazione, come mostrato in Fig. 5.22.

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A questo punto, si è passati all’applicazione del vuoto, collegando la valvola alla pompa mediante il tubo di aspirazione (Fig. 5.23). Con quest’ultima operazione è stato possibile terminare la fase di realizzazione del sacco e passare alla successiva fase di polimerizzazione in forno.

Fig. 5.23: Realizzazione del vuoto nel sacco ottenuta collegando con il tubo di aspirazione la valvola del vuoto con la pompa.

Tutto lo stampo è stato posizionato nel forno per avviare il ciclo di cura specifico del materiale utilizzato. Tale ciclo termico è costituito da una rampa di riscaldamento lineare di 2 °C/min. per 50 minuti, giungendo così ad una temperatura di 125 °C, dunque un mantenimento a questa temperatura per 120 minuti e, infine, da un raffreddamento in aria fino a temperatura ambiente (Fig. 5.24).

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Fig. 5.24: Ciclo di cura impostato per la produzione dei laminati.

Una volta terminato il ciclo di cura si è proceduto all’estrazione dei componenti dallo stampo. I laminati ottenuti hanno mostrato una buona finitura superficiale su entrambi i lati, mentre sui bordi, invece, è stata osservata la presenza di bave, le quali sono state eliminate mediante successiva rifinitura degli stessi eseguita nella fase di taglio. Per il laminato C, è stato eseguito un taglio al fine di ottenere due laminati C1 e C2 uguali, dalle dimensioni di 125 x 130 mm l’uno (Fig. 5.25). Poiché sono necessari due aderendi per realizzare le giunzioni incollate, l’attività illustrata finora per la produzione dei laminati è stata ripetuta, ottenendo così un totale di 8 laminati.

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a) b)

Fig. 5.25: Laminati in CFRP rifiniti: a)laminati A e B; b) laminati C1 e C2.