UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PADOVA FACOLTÁ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DEI MATERIALI

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UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PADOVA

FACOLTÁ DI INGEGNERIA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DEI MATERIALI

Tesi di Laurea

Miglioramento delle Proprietà Interlaminari nei

Tessuti Unidirezionali Dynanotex Attraverso lo

Sfruttamento delle Proprietà Termoplastiche delle

Resine Epossidiche

Relatrice: Professoressa Giovanna Brusatin

Laureando: Matteo Angeloni

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INDICE GENERALE

In trod u zi on e . . . .. . ... . ... . . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . p agi n a 1

Cap i tol o 1 Ma te ri al i co mp osi ti . . ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . 3 1.1 C ons i d er az i on i s ui m at e ri al i com pos i t i . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . 4 1 .2 I m at e ri al i cos t i t uent i ... . ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . 5 1 .2.1 Fi br e di C ar bo ni o ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . .. . .. . . . .. . .. . . 6 1.2.2 R e s i ne eposs i d i che . . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . .. . .. . . . .. . .. . . . 8

Cap i tol o 2 T es s u ti u n i d i rezi on al i .. . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . .. . .. . . . .. . .. . 1 1 2.1 I t es s ut i u ni di r ez i onal i ( UD ) ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . .. . .. . . 1 2 2.2 W ea vi n g . . . ... . ... . ... . ... . .. .. . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . . . 1 3 2.3 Bondi n g . . . ... . ... . ... . ... . . ... . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . 1 4 2 .4 S t i t chi n g . . . ... . ... . ... . ... . .. .. . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . . . 1 5 2.5 Lo s pr eadi n g del l e fi b re ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . .. . .. . . . .. . .. 1 5

Cap i tol o 3 T es s u to Un i d i re zi on al e Dy n an otex . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . 1 9 3.1 Il p ro ces s o D yn a not ex ... . ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . . .. . .. 2 0 3 .2 La s t az i on e di ad esi vaz i on e . . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. .. . . . .. . .. . . 2 1 3.3 Adesivo poliammidico ... 23 Cap i tol o 4 Ad es i vo E p os s i d i co ... . ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . . .. . .. 2 7 4.1 Il p ol i m e ro e pos s i di co ... . ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . . .. . .. 2 8 4.2 Epi kot e 10 07 10 03 e 1 001 ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . 2 9

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Cap i tol o 6 Con cl u s i on i . . . . ... . ... . ... . ... . ... . ... . .. . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. 4 3 6.1 C om m ent i ai ri s ul t at i del l e p rov e m e cc ani c he . . . . .. . .. . . . .. . .. . 4 4 6.2 C ons i d er az i oni e conom i che . . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. .. . . . .. . .. . . 4 7 6.3 S vi l uppi fut uri . . . . .. . ... . ... . ... . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . 4 7

B i b l i ograf i a . . . .. . ... . ... .. . ... . ... . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . . .. . .. . . . .. . .. . 4 9

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INTRODUZIONE

In ques t a t es i ho vol ut o des c ri v er e quel l o che ho appr es o du rant e il tirocinio presso l’azienda I.T.T. S.r. l. di Gerno di Lesmo e il mio cont ri b ut o al m i gl i o ram ent o d el l e ca rat t eri s t i che fi s i c he d el prodot t o D ynan ot ex r eal i z z at o da t al e az i end a.

Ini z i erò dunq ue c on l a p re s ent az i on e ge ne ral e d ei m at eri al i com pos i t i e d el l e l o ro pr opri et à, i n p ar t i col a re l e ca ra t t eri s t i che e l a produz i on e del l e fi b re di c arbo ni o c om e ri nfo rz o e l e q ual i t à chi m i co -fi s i ch e d el l e res i ne e pos s i di ch e com e m at ri c e.

In s e gui t o p as s e rò a d anal i z z ar e l e t e cn ol ogi e di prod uz i one dei t es sut i uni di r ez i onal i , i l or o v ant a ggi e s vant a ggi , e l a t ecnol ogi a d el l o spre adi n g d el l e fi br e ; i nfi ne des c ri ve rò l e ca rat t eri s t i ch e del proc es s o e

le proprietà meccaniche di Dynanotex nonché dell’adesivo

pol i am m i di c o us at o per l a s u a p roduz i on e.

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C api t ol o 1 M at e ri al i com pos i t i

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1.1 Considerazioni sui materiali compositi

Con il termine “materiali compositi” s’intendono tutti quei m at eri al i fo rm at i da al m e no du e cos t i t u ent i di s t i nt i , con ca rat t eri s t i che fi s i ch e s u ffi ci en t em ent e d i vers e fr a l or o e ch e abbi ano propri et à com pl es s i ve s i gni fi cat i v am e nt e m i gl i o ri del l e s i n gol e f as i cos t i t ue nt i .

I m at e ri al i com p os i t i per appl i caz i oni s t rut t ur al i a pi ù el e vat e prest az i oni s ono q u el l i fo rm at i d a un a fas e di s c ont i nu a, c o s t i t ui t a da fi br e, e un a fas e c ont i nua, d et t a m at ri ce. Q ues t o t i po di m at eri al e s frut t a l e ot t i m e pro pri et à di r esi s t e nz a e ri gi d ez z a ch e s i ri s cont r ano i n al cuni dei s i n gol i com pon ent i qu ando es s i s ono ot t enut i s o t t o form a di fi bre di di am et ro m ol t o pi ccol o . S frut t a ndo pa rt i c ol a ri t ec nol o gi e di produz i on e s i han no val o ri di r es i s t enz a e di m odul o el as t i co m ol t o vicini a quelli teorici, ovvero a quelli previsti considerando l’energia nec es s ari a a rom p er e i fort i l egam i chi m i ci pri m a ri dei c ri s t al l i o del l e m ac rom ol e co l e ch e l i com pon gono.

In qu es t a t es i s ar ann o pr esi i n consi d er a z i one m at eri al i com pos i t i a fi b re l un ghe e m at ri c e pol i m e ri c a, sp e s s o chi am at i b rev em ent e FR P (Fi b er R ei n for ce d P ol i m er ).

I m at eri al i com pos i t i a m at ri ce pol i m eri ca pr es ent ano di vers i vant a ggi ri s p et t o ai m at e ri al i s t r ut t ural i conv enz i o nal i , qu al i un’elevata resistenza a trazione, eccellente resistenza a corrosione, bas so pes o s p eci fi co, non ché l a pos s i bi l i t à di vari arn e l a com pos i z i one , e qui ndi l e p rop ri et à a se cond a d el l e es i ge nz e .

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F i g . 1 . 1 C o m p a r a z i o n e f r a d i v e r s i m a t e r i a l i [ F o n t e : T o r a y]

1.2 I materiali costituenti

Le prop ri et à fi n al i dei m at e ri al i com pos i t i di pen dono es s enz i al m ent e d a quel l e dei va ri com ponent i ut i l i z z at i p er l a l o ro produz i on e. I fat t o r i pi ù i m port ant i ch e ne ca rat t eri z z ano i l l egam e cos t rut t i v o s ono:

 Le p ropri et à m e cc an i che del l e fi b re;  Il l oro ori ent am ent o ;

 La l o ro l un ghez z a;

 Le p ropri et à chi m i ch e del l e fi br e;

 Le p ropri et à m e cc an i che del l a m at ri c e p ol i m eri ca;  Le p ropri et à chi m i ch e del l a m at ri ce;

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s t rut t ur al i i n m at e ri al e com pos i t o s ono: fi b re di vet ro, fi br e ar am i di ch e (K evl ar, Twar on) e fi br e di car boni o. Le m at ri ci pi ù ut i l i z z at e s ono i pol i m eri t erm oi ndu rent i , poi ché f a ci l m ent e l avor abi l i e poco c os t os e , qual i res i n e f enol i c he, pol i es t er e, ep o s s i di ch e e vi ni l es t e ri .

Di s e gui t o s ar ann o t rat t at e l e fi br e di car boni o e r es i ne epos s i di che .

1.2.1 Fi b re d i Carb on i o

Le fi br e di ca rbon i o dom i na no i l ca m po del l e fi br e a d al t o m odul o e d a d al t a res i s t enz a p er l a fa bbri c az i one di c om pos i t i ad elevate prestazioni, ma il loro maggior difetto è l’elevato costo.

F i g . 1 . 3 P r i n c i p a l i t i p i d i f i b r a d i c a r b o n i o [ F o n t e : T o r a y]

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rend ono m ol t o i nf eri ore i l m odul o n el l a di rez i on e ort o gon al e ai pi ani . La s t rut t ur a d el l a f i bra di c arb oni o, t ut t avi a, non è m ai cos ì cri st al l i na com e q uel l a del l a gra fi t e ( gene ral m ent e , i l t erm i n e “grafite” indica una fib ra il cui contenuto di carbonio è superiore al 99%, mentre il termine “carbonio” indica un materiale in cui la percentuale di carbonio è compresa fra l’80% e il 95%). Il contenuto di ca rboni o nel l e fi bre di pen de d al l a t e m per at ur a ra ggi unt a dur ant e i t rat t a m ent i t erm i ci p er l a l oro prod uz i one; l e ca rat t eri s t i che s t rut t ur al i del l a fi b ra di ca rb oni o ven go no dunq ue i m pa rt i t e i n qu es t a f as e, fa cend o i n m odo c he i pi ani ad al t o m odul o, d el t i po pr es ent e n el cri st al l o del l a gra f i t e, ri s ul t i no i l pi ù al l i neat i pos s i bi l e con l a di rez i on e del l a fi br a . Da qui l a non i s ot r opi a d el l a fi br a.

Le fi br e di c arb oni o si poss ono cl as s i fi ca re i n b as e al m at e ri al e pre curs or e ut i l i z z at o nel l a fas e di p ro duz i one, c he p uò es s er e pe c e, ra yo n o i l pi ù di f fus o pol i a cri l oni t ri l e ( PAN ) (ve di T ab 1.3 ).

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R i s pet t o a m ol t i al t r i m at eri al i di di ve rs a nat ur a, com e m et a l l i e polimeri, le fibre di carbonio presentano un’elevata resistenza ac com p a gnat a ad un a b as s a d ens i t à, e q ui ndi un a res i s t enz a s pe ci fi ca m ol t o pi ù el ev at a. In con cl usi on e, fa bbr i ca re m at e ri al i com pos i t i ch e abbi a no com e ri nfo r z o fi br e di c ar boni o pe rm et t e di ot t en e r e p rodot t i l e gge ri e, c ont em p or ane am e nt e, pe rfo rm a nt i .

MATERIALE RESISTENZA DENSITA' RESISTENZA SPECIFICA MPa g/cm3 kN*m/kg Nylon 78 1,13 69 Alluminio 600 2,7 222 Acciaio 2000 7,86 254 Titanio 1300 4,51 288 Fibra di Vetro 3400 2,6 1307 Fibra di Carbonio 4300 1,75 2457 Kevlar 3620 1,44 2514 Carbon-Epoxy Composite 1240 1,58 785 T a b . 1 . 6 C o n f r o n t o d e l l a r e s i s t e n z a s p e c i f i c a t r a d i v e r s i m a t e r i a l i 1.2.2 R es i n e ep os s i d i ch e

S arà des cri t t o s ol o ques t o t i po di m at r i ce, i n qu ant o ut i l i z z at a nel l a s pe ri m ent az i on e del l a t esi .

Le r es i ne epos s i di che appa rt e n gono al l a cl as s e del l e r es i ne t erm oi nd ur ent i , s o n o pr epa rat e a p art i r e d a re a ge nt i a b as s o p es o m ol ecol ar e e a ba s s a vi scos i t à, i n m odo che pos s ano f aci l m ent e i m pre gn ar e l e fi br e . S ot t o quest o nom e ven gono cl as s i fi c at e qu el l e resi n e c he cont en go no grup pi funz i on al i ad an el l o, form at i da du e at om i di ca rboni o l e gat o ad un at om o di os s i geno .

Come si può osservare l’angolo di legame è di 60o

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cont r ari am e nt e a qu ant o ci si asp et t e re bbe d a un at om o di ca rboni o i bri dat o s p3: tale anello presenta una grande facilità all’apertura, conferendo così un’alta reattività alla molecola. Infatti basta s em pl i c em ent e m es c ol ar e l a m ol e col a co nt ene nt e i l gru ppo e pos s i di co con il cosiddetto “hardner”, un prepolimero contenente ammine, per ottenere la reazione di apertura dell’anello epossidico.

Le re s i ne e pos s i d i che p er ess e r f orm at e ri chi edo no due prep ol i m eri :

 un prepol i m ero epos s i di co, ch e nas ce d a l l a s i nt es i del bi s f e nol o A con un a m ol e col a cont e nent e i l gruppo epos s i d o.

 l’induritore contente ammine.

L’ammina dell’induritore reagisce con l’epossido rompendo l’anello e legandosi con un legame N-C agli atomi di carbonio di quat t ro c at en e di v er s e, r et i c ol an do c osì i l pol i m ero .

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Nel c am po d el l e m at ri ci p er com po s i t i ven gono ut i l i z z at e pri nci p al m e nt e du e f orm ul az i oni di ba s e: l a pri m a è u na f or m ul az i one d i -funz i on al e , ut i l i z z at a p er ap pl i c az i oni gen e ri ch e, ch e p uò es s e re reticolata sfruttando come agente indurente un’anidride o un’ammina. L’altra è una forma tetra -funzionale, utilizzata invece per applicazioni ae ros p az i al i e ri c hi e de al t e t em pe rat u re di ret i col az i on e.

Le r es i n e e pos s i di c he s ono pi ù cos t os e del l e pi ù di ffus e r es i ne pol i es t e ri o fe nol i che, m a, di ve rsam ent e d a ques t e, p os s i edon o un’aderenza molto elevata e una migliore resistenza chimica, oltre a un’elevata stabilità dimensio nale, caratteristica molto importante nel cam po dei m at e ri al i com posi t i .

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C api t ol o 2 Tes s ut i Un i di rez i onl i

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2.1 I tessuti unidirezionali (UD)

Gen er al m ent e l e fi b re di c arbo ni o non ven gono ut i l i z z at e cos ì com e s ono, m a v e ngono pro ces s at e c on i t el ai t es s i l i a l fi n e di ot t ene re dei ve ri e p ropri t ess ut i (i nt r e cc i o di t r am a e o rdi t o ) . Qu ando le quantità di fibre in una direzione (generalmente l’ordito) diventano pred om i nant i , s i han no dei t es sut i uni di r e z i onal i . Qu es t i t i pi di t es s ut i s ono m ol t o i m po rt a nt i i n quant o pe rm e t t ono di s f rut t a re a ppi eno l e ca rat t eri s t i che m ec c ani ch e del l e fi b re l un go di r ez i oni pre ci s e. Lun go l e al t r e di rez i oni pos s ono es s er e pr e s ent i an che del l e fi br e di m at eri al e di ff er ent e co n l o scopo di m ant en er e, i l pi ù pos s i bi l e, l a s t abi l i t à di m ens i on a l e del t e s sut o a s ec co s enz a pe rò di m i nui rne l a drap pe ggi abi l i t à . Il pri nci p al e vant a ggi o dei t es s ut i uni di rez i onal i è l a poss i bi l i t à di pot er posi z i on ar e l a quant i t à ot t i m al e di fi br e es at t am ent e dove l e l oro propri et à s ono ri chi es t e. Inol t re l e fi bre UD s i pr es ent ano m a cro s copi c am ent e dri t t e, qui ndi ri s p et t o a u n norm al e t es s ut o, l e p res t az i oni m ec ca ni ch e s on o not evol m ent e m i gl i o rat e.

Vi s ono v ari m et od i per m ant e ne re l e fi br e pri m ari e l un go l a m edes i m a di rez i on e:

 Il W e avi n g, c he co n s i st e nel t es s er e l a f i bra pri n ci p al e c on fi br e di s os t e gn o i n t ram a .

F i g . 2 . 1 E s e m p i o d i w e a v i n g

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s uper fi ci e d el fi l at o, di m at e ri al e t e r m opl as t i c o o di ad es i vo t erm oi nd ur ent e.

F i g . 2 . 2 E s e m p i o d i b o n d i n g

 Lo s t i t chi n g i nv ec e prev ed e l a cu ci t ur a del l e fi b re p ri nc i pal i con l e fi br e i n t ram a , an che i n que s t o cas o i n m at eri al e t e rm opl a s t i co o i n ad es i vo t erm oi n dure nt e.

F i g . 2 . 3 E s e m p i o d i S t i t c h i n g

2.2 Weaving

P oi ché l a r es i s t e nz a a t raz i one del l a fi br a è ot t i m al e q u ando ri s ul t a t ot al m ent e al l i n eat a con l a di r ez i one d el l o s fo rz o, l’unidirezionale ideale è quello in cui tutte le fibre sono disposte lungo un’unica direzione. Tuttavia, la presenza delle fibre in trama, com e av vi en e ne gl i uni di rez i onal i t radi z i on al i , rap pr e s ent a un al l ont an am ent o da t al e m od el l o. In f at t i , com e s i può os s e r var e dal l a figura 2.5, in cui s’ipotizza di avere una singola fibra fissata dalla trama (i pallini in figura) sottoposta a trazione σo, l o s fo rz o vi en e

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 σx ch e è l un go l a d i rez i one di t r az i one e r appr es en t a l o s f orz o

res i s t ent e;

 σy perpendicolare allo sforzo σx.

Qui ndi l a p res enz a di fi b re i n t r am a ri du ce l a res i s t en z a a t raz i one p oi ch é i nt r oduc e uno s forz o l un go una di r ez i one di m i nor resi s t enz a d el l a fi b r a s t es s a.

F i g . 2 . 4 S c h e m a d e l l e t e n s i o n i

Il w e avi n g di pe nde dal l a geom et ri a del l a s ez i one d el l e fi b r e i n t ram a , non ch é d al l a l oro di s t anz a re ci pro ca.

2.3 Bonding

Il w ea vi n g nei t es s ut i uni di rez i on al i t radi z i onal i può es s e r e risolto con l’utilizzo di web. Il web consiste in una rete di materiale t erm opl as t i c o o t e r m oi ndur ent e, a vol t e an che i n fi b re di vet ro , pas sat a i n un ba gno di adesi vo. S uc c ess i vam ent e i l web vi e ne fi s s at o al l e fi b re di ca rbo ni o i n gen er e at t r a vers o c al a ndr at ur a, l a qual e, com pri m endo ret e e fi b re e, co nt em por an eam ent e , r i s cal d ando l’adesivo, permette la perfetta adesione e quindi la stabilità delle fibre pri m a ri e, m ant ene nd o l a d rap pe ggi abi l i t à del t es s ut o UD.

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2.4 Stitching

S ebben e l o s t i t chi ng pe rm et t a di ri s ol ver e i l p robl em a del we avi n g, d at o ch e i l rovi n g m ant i en e l a s ua c ar at t e ri s t i c a di l i nea ri t à, l a cuci t u ra avvi e ne t ut t avi a rom p endo l e fi bre s t es s e ch e, qui ndi , perd ono cont i nui t à. Inol t re, c om e nel c as o d el b ondi n g, l a fi br a ut i l i z z at a per l o s t i t chi n g è di un m at eri al e t e rz o, di v ers o d a m at ri c e e rinforzo, che rappresenta perciò un “inquinante”.

2.5 Lo Spreading delle fibre

Dal l a t ab el l a 2 .5 s i poss ono ri c ava re i c os t i m edi di m er cat o del l e fi br e di c arb oni o. C om e s i può os s erv ar e, m i no re è i l t i t ol o m a ggi or e è i l cos t o. T al e di ff e r enz a è da i m put ar e ai cos t i di prod uz i one: i nf at t i , a pari t à di vel o ci t à di produz i one, un a m acc hi na i m pi e ga m ol t o pi ù t em po a p rodu rr e l o s t es s o p eso di un f i l at o da 3 k, pi ut t os t o che uno da 24k .

T a b . 2 . 5 P r e z z o me d i o d i me r c a t o d e l l e f i b r e d i c a r b o n i o

Un probl em a d e gl i UD, m a a nch e di t ut t i i t es s ut i t radi z i on al i , è quel l o di non pot e r produ rr e t es sut i ch e m ant en gano l a ca rat t eri s t i c a di l e gge rez z a s e nz a fa r l i evi t a re i cos t i . Non è pos s i bi l e f ab bri c ar e un t es sut o da un t o w a t i t ol o al t o (12 -24 k) che ab bi a i l m ed es i m o pes o di un t essut o ot t en ut o da rovi n g a t i t ol o basso (3 -6 k). Infat t i , p er m ant en er e l o s t ess o peso, u n t ess ut o, p e r es em pi o d a 12 k, d ovrà av er e un num ero di t ow pe r cent i m et ro pa ri a u n qu art o di q uel l o c he s i ha i n un t essut o form at o da fi l am ent i d a 3k. C i ò com port a dei probl em i di st abi l i t à di m ensi on a l e del t essut o a se c c o, nonc hé l a di m i nu z i one del l e

TITOLO TEX PREZZO

k g/km €/kg

3 200 40

6 400 35

12 800 18-20

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pres t az i oni d el m at e ri al e c om pos i t o s t es s o. In fat t i l e c ar at t e ri s t i ch e d el com pos i t o di pend on o dal l a f raz i one vol um et ri ca di fi b re, s e s i h anno m eno t ow pe r c ent i m et ro i l com p os i t o ri s ul t e rà m o l t o m eno per form ant e i n qua nt o s ar à ne ces s ari o ut i l i z z are pi ù m at ri c e, ch e, es sen do un pol i m er o t erm o i n dur ent e , ha c ar at t e ri s t i ch e m ec cani ch e i nfe ri ori .

P er fa r f ront e a qu e s t o pro bl em a è s t at o s vi l upp at o l o s pr ea di ng, cioè l’“apertura” del singolo tow di fibre. Esso sfrutta la facilità con cui i l r ovi n g s i s f al da s e t r as ci n at o s u una s eri e di ci l i ndr i po s t i a ce rt e a n gol at u r e. Qu es t o m et odo p erm et t e un aum ent o del l a l ar gh ez z a del t o w p ari a ci rc a quat t ro vol t e l a di m ens i on e o ri gi n al e (c om e s i può oss er va re i n fi gur a 2 .6) e un a co ns e guent e di m i nuz i one d el t i t ol o del l a fi br a.

F i g . 2 . 6 E f f e t t o d e l l o s p r e a d i n g s u l t o w

In ol t r e s i hanno anch e i nnal z am e nt i di al cune p r opri et à m ec cani ch e: s i pos s ono not a re un au m ent o, s ep pur m i ni m o, del l a resi s t enz a a t raz i on e, i m put abi l e al f at t o ch e u n m a ggi or num er o di s i ngol e fi b re , dopo l o s pre adi n g, ri sul t ano al l i n eat e ne l l a m edes i m a di rez i on e, m a s opr at t ut t o un m i gl i o ram e nt o del l a r es i s t e nz a a f at i c a.

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Fi g. 2 .7 Co n fr o n to d ’ i m p r eg nab il ità tr a sp r ead t o w e u n - sp r ead to w

Tut t avi a qu es t o p roc ess o p res ent a un a s e ri e di probl em i ri l ev ant i :  Lo s pr ea di n g s ot t o p one l a fi b ra a not evo l i s t res s m ec c ani ci , poi ch é s i appl i c ano del l e t e nsi oni m ol t o el ev at e pe r ot t e ner e del l e ape rt ur e s i gni fi c at i v e.

 A c aus a d el l e el ev at e t ensi o ni i l n u m ero dei pa s s a ggi at t ra ve rs o l e s t az i on i di s pr eadi n g de ve es s e re m ol t o l i m i t at o per non compromettere l’integrità delle fibre stesse.

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C api t ol o 3 T es s ut o Uni di rez i on al e D ynan ot ex

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3.1 Il Processo Dynanotex

P er fa r fro nt e ai l i m i t i che i proc es s i di s pre adi n g t ra di z i onal e pres ent ano, l ’ az i en da I.T. T. ha svi l u ppat o e br ev et t at o un nuovo proc es s o, de nom i nat o D yn anot ex .

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Graz i e a qu es t e p ro pri et à , D yn anot ex perm et t e l a p roduz i o ne di un t es s ut o s ec co s t a bi l e di m ens i o nal m en t e, ch e non ri chi ede una f as e di pr ei m pr e gn az i on e, evi t an do q ui ndi t ut t i i p robl em i di t ens i o ni residue all’interno del prepreg e di stoccaggio.

3.2 La stazione di adesivazione

C i ò che s i ot t i e ne, d unque, dal pro ces s o di s pr eadi n g D yn ano t ex è un t es s ut o s ec co s enz a t ensi o ni r es i due e ch e n on ri chi ed a un’immediata stabilizzazione delle fibre attraverso prepreg. Tuttavia, com e o gni UD , i l t es s ut o D yn an ot ex ne ces s i t a una s ol uz i one a l probl em a del l a s t abi l i t à di m ensi on al e a s ec co. C om e s i può os s er va re dal l a s e gu ent e i m m a gi n e ( Fi g. 3.4) al l e s t az i oni di s pr ea di n g v en go no fat t e s e gui r e d el l e s t az i oni di a desi v az i o ne.

F i g . 3 . 4 L a yo u t d e l l a m a c c h i n a

La m ac chi n a di adesi v az i one cons i s t e i n due com p onent i col l e gat e t r a l or o:

 Un el em ent o ri s cal d ant e  Una pi s t ol a

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graz i e a un part i co l ar e u gel l o. T al e u gel l o pr es e nt a, al l ’ us ci t a d el get t o, u na s e ri e di f orel l i ni ori ent at i a d i vers e an gol at ur e, d a c ui vi ene fatta uscire dell’aria compressa. Così facendo, il getto viene fatto rot e ar e e, as s i em e i l m ovi m ent o ret t i l i neo l un go l a gui d a, s i ot t i en e un get t o a s pi r al e . Dal l a t ab el l a 3. 1 s i pos s ono ri c ava re i d at i t e cni ci del l a m a c chi na ut i l i z z at a da I.T. T., t ra cui l e t em p er a t ure e l e press i oni di es e rci z i o.

T a b . 3 . 1 D a t i t e c n i c i d e l l a m a c c h i n a a d e s i v a R o b a t e c h

Tut t avi a, p er ev i t a re i nconv eni ent i al l ’i n t erno del l a c al d ai a e dei tubi riscaldati, si è scelto di utilizzare un’apparecchiatura di prova.

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F i g 3 . 2 A p p a r e c c h i a t u r a d i p r o v a

Dopo l a s t az i one di adesi v az i one è pres e nt e una cal andr a ri s c al dat a che pe r m et t e ai du e t es s u t i prov eni e nt i d al l e ri s pet t i v e st az i oni di s pr eadi ng e ad esi v az i one, di ade ri r e t r a l o ro gr az i e all’adesivo appena applicato per formare dei DL (Double Layer).

3.3 Adesivo Poliammidico

L’adesivo deve presentare le seguenti caratteristiche particolari:  M ant e ne re l a s t abi l i t à di m ens i o nal e a s e c co s enz a p re gi udi c a r e l a

drap pe ggi abi l i t à del t es s ut o;

 Non rappresentare un “inquinante”, cioè una fase terza rispetto a m at ri c e e ri n fo rz o;

 P ot er es s e re ut i l i z z at o con l a m ac chi n a d i ades i vaz i on e.

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T a b . 3 . 2 e 3 . 3 C a r a t t e r i s t i c h e d i M a c r o me l t d i c h i a r a t e d a H e n k e l

C om e s i può os s e r var e, l a pol i am m i d e adop er a t a p res ent a l e ca rat t eri s t i che fi s i ch e s uffi ci e nt i per ess er e ut i l i z z at a dal l a m ac chi na di ad es i vaz i on e, i nf at t i , l a vi sc os i t à al l a t em pe rat u ra di es er ci z i o è s uffi ci ent em e nt e ba s s a p er ess er e ap pl i cat a com e des c ri t t o n el par a gr af o pr e ced ent e.

In ol t r e, un a vol t a a ppl i cat o al t es s ut o D ynan ot ex , t al e pol i m ero adem pi e p er fet t am e nt e i l c om pi t o di m ant en er e s i a l a s t ab i l i t à del l e fi br e, s i a l a dr appe ggi abi l i t à d el t es s u t o: M ac rom el t a t e m per at ur a am bi ent e è un t e rm opl as t i co m ol t o fl es s i bi l e che pe rm et t e di m ane ggi a re i l t es s u t o a prop ri o pi a ci m ent o s enz a ch e l e fi br e s i s fal di n o.

Il problema dell’utilizzo della poliammide Macromelt, come vedr em o nel d et t a gl i o nel l e pross i m e p a gi ne , è l a s ua i nc a paci t à di l e ga rs i i n qu al che m odo al l a m at ri c e e al l e fi b re, e ci ò s i pu ò veri fi c ar e fa ci l m ent e conf ront ando l e propri et à i nt e rl am i nari del t es s ut o D yna not ex c on quel l e di al t ri uni di rez i on al i .

A tale proposito si confrontano i valori dell’ILSS di diversi UD D ynan ot ex (t ab el l a 3.5) con un UD t r a di z i onal e (t ab el l a 3 . 4), i l cui val or e di r esi st enz a i nt erl am i na re è i ndi c at i vo di t ut t a qu es t a cat e gori a di fi l at i . Viscosità Brookfield Temperatura mPas °C 2400 200 1900 210 1400 220 1100 230 800 240

MACROMELT 6790

Caratteristiche tipiche Unità di

Misura Valore

Densità g/cm3 0,97

Punto di infiammabilità °C >300

T di applicazione °C 200-240

Viscosità Brookfield mPas a 210°C 1900

Intervallo di rammollimento °C 170-180

Caratteristiche meccaniche

Carico snervamento MPa 4

Carico a rottura MPa 4

Allungamento % 200

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C api t ol o 3 T es s ut o Uni di rez i on al e D ynan ot ex 25 T a b . 3 . 4 P r o p r i e t à f i s i c o - c h i m i c h e e m e c c a n i c h e d i H S 3 0 0 E T 2 2 3 C a r b o n U D p r e i m p r e g a n t o c o n u n a r e s i n a e p o s s i d i c a s t a n d a r d . Prodotto ILSS Nome MPa HS15/130-SBT-1 38,63 HS15/130-SBT-2 37,83 HS15/130-SBT-3 38,80 T a b . 3 . 5 P r o p r i e t à me c c a n i c h e i n t e r l a m i n a r i d i d i v e r s i U D D y n a n o t e x i m p r e g n a t i c o n u n a r e s i n a e p o s s i d i c a s t a n d a r d .

C om e s i può os s e rv ar e i val ori di res i s t enz a i nt e rl am i n ar e de gl i UD D yn anot ex s ono ci rc a l a m et à ri s p e t t o a quel l i ri s cont r at i ne gl i UD t r adi z i onal i .

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C api t ol o 4 Ad es i vo Epos s i di c o

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4.1 Il polimero epossidico

Al l a l uc e del l e os s erv az i oni fat t e fi no ra, ci ò che p re gi udi ca l e ca rat t eri s t i che m ec c ani ch e i nt e rl am i n ari dei t es s ut i UD è l a pres enz a di una fase terza, di un “inquinante”, rispetto fibre e matrice. Ideale sarebbe quindi l’utilizzo di un materiale che mantenga la stabilità di m ens i on al e e d ra ppe ggi abi l i t à d el t es s ut o s e cc o, m a c he i n un secondo momento, durante la fase d’impregnazione delle fibre, in qual c he m o do s i di s s ol va n el l a m at ri ce .

R i as s um en do i l m at eri al e ch e an di am o a ce rc ar e dev e pr es e nt ar e l e s e guent i c ar at t e ri s t i che:

 Buon e t ena ci t à e fl e s s i bi l i t à;  Buon a cap a ci t à ade s i va;

 Vi s cos i t à d el fus o s u ffi ci ent em ent e b as s a ;  C apa ci t à di di s s ol v e rs i nel l a m at ri c e.

Un m at eri al e at t u al m ent e pr esent e i n c om m er ci o e a vent e t al i propri et à è i l p rod ot t o phen ox y G ri l o n® che, com e s i p uò ved er e dall’immagine 4.1, si dissolve nella matrice, seppur in modo parz i al e. Il pr obl em a ri s co nt r at o i n que s t o m at eri al e è, i n pri m i s , l a s ua com m e rci al i z z az i one sol am ent e sot t o form a di fi br e d a t e s s er e i n t ram a o da cu ci r e, ri pr es ent ando dun qu e gl i s vant a ggi gi à des c ri t t i per i l we avi n g e l o s t i t chi n g. In s ec on do l uo go l e t em pe r at ur e di fus i on e di t al e pol i m ero sono m ol t o pi ù al t e di q uel l e r a ggi un gi bi l i dal l a m ac chi n a di ad es i vaz i on e. Inol t r e, una vol t a f us o, Gri l o n ri s ul t a essere pericoloso a causa dell’evaporazione dei solventi in esso cont e nut i .

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La soluzione da me individuata, soggetto della tesi, è l’utilizzo di un prep ol i m er o epo s s i di co ch e s i a al l o s t at o s ol i do a t e m per at ur a am bi ent e. Tal e m at e ri al e no n evi d enz i a an cor a l e prop ri et à t erm oi nd ur ent i p rop ri e del l e res i n e epos s i di che m a s i com p ort a com e un t erm o pl as t i co a m orfo. La form ul a di s t rut t ur a di t al e pol i m ero è m ost rat a qui di s e gu i t o (fi g. 4.2 ):

F i g . 4 . 2 F o r m u l a d e l p r e p o l i m e r o e p o s s i d i c o

Dal l a nat ur a d el pol i m er o a ppe na des cri t t o, s i po s s ono ra gi on evol m ent e de s um er e i s e gu ent i c o m port am ent i :

 Es s end o un pol i m e ro t erm o pl ast i co, t ram i t e ri s cal dam ent o ol t r e l a s ua t em pe rat u ra di fusi on e es s o ri s ul t a es s e r e ap pl i c abi l e al l e fi br e c on l a m a cchi n a di adesi vaz i one .

 Es s end o, appunt o, u n pr epol i m ero del l a s t es s a n at ur a d el l a f ut ur a m at ri c e, dovr ebb e l e ga rsi chi m i c am ent e e qui n di di s s ol v er s i i n es s a e qu al or a n on dove s se di s s ol vers i d el t ut t o, es s o pres ent er ebbe pr opr i et à m ec ca ni ch e, co m e t en a c i t à e res i s t enz a, com unqu e m i gl i o ri r i spet t o al l a p ol i am m i de ut i l i z z at a.

C i ò che non è pr ev edi bi l e e che ri chi e de l a prov a pr at i c a è l a valutazione dell’effettiva aderenza di tale polimero alle fibre e della drap pe ggi abi l i t à del t es s ut o UD.

4.2 Epikote 1007 1003 e 1001

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i più idonei all’applicazione c he si sta studiando e si differenziano tra l oro p er p rop ri et à fi s i che e m ec ca ni ch e:

Proprietà Unità di misura Epikote

1007 1003 1001

Densità a 25°C kg/l 1,20 1,19 1,19

Tg °C 67 44 26

Melting Range °C 103-105 72-84 50-62

Hydroxyl Group Content mmol/kg 3420 2900 2400

Peso Molecolare 2870 1300 880

T a b . 4 . 3 C o n f r o n t o d i p r o p r i e t à f i s i c h e d i E p i k o t e 1 0 0 7 1 0 0 3 e 1 0 0 1 .

Dal l a l et t ur a del l a t abel l a ri port at a nel l e T DS del l e r es i ne Epi kot e, s i pos s o no t rar re l e s e gu ent i i n di caz i oni :

 Dal val o re d ei pes i m ol ecol ari si può des um e re un a m a ggi o re fl es s i bi l i t à e t en aci t à dal t i p o 1007 ri s pet t o ai 1003 e 1 001. In f at t i , at t r av ers o i l peso m ol e col ar e s i pos s ono pr ev ede re qual i s ar anno l e pr opri et à m ec cani ch e del pol i m ero: l a l un gh ez z a del l a m ol ecol a di p end e da l n um ero di vol t e ch e l ’uni t à ri p et i t i v a v i ene rei t e r at a l un go l a cat en a, qui ndi m a ggi or e s a rà i l pes o m ol ecol ar e, pi ù s ar à l un go i l pol i m er o. La l un ghez z a di una m ol ecol a pol i m e ri c a i nfl ui s ce i nol t re s ul com port am ent o del pol i m ero s ot t o s f or z o, i n part i col ar e un m at eri al e c os t i t ui t o da una m ol e col a con una c at en a pi ù l unga ri s ul t a es s e r e pi ù defo rm a bi l e. D al l a l unghez z a del l a cat ena di p end e, i nf at t i , l a prob abi l i t à ch e l a m ol ecol a fo rm i d e gl i ent an gl em ent s , ci o è de gl i a ggr ovi gl i am ent i , da cui , s ot t o s f orz o, e s s a s i di s t ri c a, defo rm a ndos i : m i no re è l a f aci l i t à con cui l a c at ena s ci o gl i e gl i ent an gl em ent s , m i n ore è l a d ef orm abi l i t à di un pol i m er o. Di cons e gue nz a, m a ggi ore è i l P M , m a ggi ore ri s ul t a l a l un gh ez z a, qui ndi l a pro babi l i t à ch e s i form i no e nt an gl em ent s e i nfi ne l a defo rm a bi l i t à.

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che l a s ua s t rut t ur a m ol ec ol a re c ont i ene. La qu ant i t à d i t al e gruppo all’interno di una molecola viene misurato dall’Hydroxil Group C ont ent che appunt o è m ol t o m a ggi or e i n E1 007 c he i n 1003 e 1001.

 S i può preved er e, i nol t r e, c he i due pol i m eri E10 01 e 1003 s ar anno m ol t o m eno vi s cosi di 1 0 07, p o i ché l a l un gh ez z a di una m ol ecol a det erm i n a anch e l a s ua vi sc os i t à: m a ggi or e è i l s u o P M , m a ggi or e s a rà l a s ua vi s cos i t à. Dal grafi co s ot t os t ant e s i può osservare l’andamento della vi scosità del fuso in funzione della temperatura di quest’ultimo, immaginando che tale andamento sia s e gui t o an che da gl i al t ri d ue pol i m e ri , s ol o co n v al ori di vi s cos i t à deci s am e nt e pi ù ba s s i .

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Nel l a s cel t a del gi u s t o pol i m er o da i m p i e ga re, bi s o gne rà t r ovar e un com pr om es s o ce r cand o di ot t en er e un a buon a fl es s i bi l i t à e t en aci t à m ant en endo t ut t avi a una vi scosi t à suf fi c i ent em ent e b as s a. In t al s ens o, l’utilizzo del polimero epossidico E1007 sarebbe ottimale per le sue propri et à m ec cani ch e, m a t roppo vi s cos o anch e a t em p er at u re at t o rno ai 200°C , ol t r e al l e qual i , t ut t a vi a, è s co ns i gl i abi l e s pi n ge rs i per ché s i è not at o ch e a t al i t em p er at ur e i l pol i m ero s i d et e ri or a f aci l m ent e. D’altro canto il comportamento viscoso di Epikote 1001 alle alte temperature sarebbe ottimale per l’applicazione con la macchina di ades i v az i one , m a l a f ra gi l i t à fa di q ues t o pol i m e ro un m at e ri al e i nadat t o al m ant eni m ent o d el l a dr appe g gi abi l i t à del t es s ut o.

Una buon a s ol uz i o ne al p robl em a del l ’e cc es s i v a vi s co s i t à d el fus o è l a c re az i one di un bl end con Epi kot e 1 003. La s cel t a del l e quant i t à rel at i v e dei due pol i m eri , i n m o do da ot t ene re u n ap propri at o compromesso tra bassa viscosità, così da permettere l’impiego del pol i m ero nel l a m ac chi na , e bu o na fl es s i bi l i t à, a ffi n ché l a drap pe ggi abi l i t à non ve n ga co m prom es s a, vi en e l as ci at a all’esperienza. In tal senso, bisognerà porre attenzione alla necessità che l e t em p er at ur e am bi ent al i di st oc ca ggi o d el t es s ut o, s p eci al m ent e quel l e es t i v e, s i ano i nfe ri ori al l a Tg d el b l e nd pol i m eri co , af fi n ché

l’adesivo non rammollisca e non comprometta l’utilizzo dell’UD s t es s o.

Il bl en d ot t e nut o m i scel ando 70% di E 1007 e 30% di E1 0 03 è ri s ul t at o, d al l e p ro ve ef fet t uat e (co ns i s t ent i s em pl i ce s p ruz z at ura attraverso l’apparecchiatura), avere una viscosità adatta per

l’applicazione e una temperatura di transizione vetrosa

s uffi ci ent em e nt e al t a.

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C api t ol o 5 P r ove m ec cani ch e

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5.1 Prova ILSS (Interlaminar Shear Strenght)

P er ve ri fi ca re l a re a l e di spe rsi on e del p ol i m ero e pos s i di co nel l a m at ri c e d el com pos i t o s i è ri cors o ad u n t es t di t a gl i o i n t e rl am i n ar e denom i n at a ILS S ( Int erl am i na r S he ar S t ren ght ) . La pro va ILS S s i ri fe ri s ce ad u na fr at t ur a l un go i l pi a no del l a l am i n az i o ne: i nf at t i questo test meccanico dà una precisa valutazione sulla “bontà” della m at ri c e e d el l a s u a i nt erf ac ci a con l e fi br e di ri nfo rz o. E s s a vi en e es e gui t a s u p rovi ni s hort be am con un ra pport o l un ghez z a s pes s or e ( L/ h) m ol t o pi c col o, s eco ndo l a norm a U N I E N IS O 14 130: 19 99. In t al m odo s i h a una pr ep onde ranz a del l o sf or z o di t a gl i o , i n pa rt i col a re s i gene ra uno s f orz o che t en de a t a gl i ar e l e fi b re di ri nf o rz o (no n s uffi ci ent e t ut t avi a a rom p erl e) e un o ch e t end e a del am i na re i l com pos i t o. Di co ns e gu enz a i l pro vi no s i rom pe p er t a gl i o i nt erl am i na re con un cr a cki n g l un go un pi an o ori z z ont al e fr a l e l am i ne.

F i g . 5 . 1 C r a c k i n g i n t e r l a mi n a r e a s e g u i t o d e l l a p r o v a I L S S

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Fi g.5 .2 Sc he ma d e ll ’at t r ezzat ur a d i p r o v a

Il ra pport o l u n gh ez z a s pes so re ra ccom andat o dal l a norm a ha val or e pa ri a 10: l e di m ensi oni dei pro vi ni cons i gl i at e dal l a norm a , mostrate nell’ immagine 5.3, e adeguate alla macchina di prova sono:

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5.2 Preparazione prov ini

I pro vi ni s ono s t at i ri c avat i d a un a l am i na pr ep ar at a at t r av e rs o i l metodo d’infusione (tramite una resina standard per tale tipo di l avor az i one: H ex i on R IM 2 35 pi ù i ndu re nt e R IM 233 ), al qu al e vi en e fat t o s e gui re una f as e di pos t -c uri n g a ci rc a 80°C .

F i g . 5 . 1 P r e p a r a z i o n e l a m i n a t o p e r i n f u s i o n e F i g . 5 . 2 L a m i n a t o p r i ma p o s t - c u r i n g

Si è deciso di produrre due laminati, uno con l’adesivo pol i am m i di c o, uno con qu el l o epos s i di co, e di i m pr e gn arl i ent ram bi con l a m e des i m a r es i na: ot t ene ndo co s ì pari t à di p res t az i oni del l a matrice e mantenendo anche lo stesso rapporto d’impregnazione (pari ci r ca al 26, 5% d el p es o), s i pos s ono con front ar e i d at i .

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I provi ni s ono s t at i ri c avat i d ai l am i n at i con un a f re s a el et t r oni ca R ol and M DX 540 e i cam pi oni ot t enut i ad un pri m o s gu ar do ri s ul t ano es s e re om o geni e b en i m pre gnat i d al l a res i na d el l a m at ri c e, com e s i può os s erv ar e n el l e f i gu re sot t ost a nt i :

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5.3 Attrezzatura di prova

I t es t s ono s t at i e ff et t uat i co n Di n am om et ro el et t rom e cc ani co M TS Al l i an ce R F 30 0.

F i g . 5 . 4 e 5 . 5 M T S A l l i a n c e R F 3 0 0 e p a r t i c o l a r e d u r a n t e u n a p r o v a

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5.4 Risultati

I p rovi ni ri c av at i d a ent ram bi i l am i nat i s i s on o t ut t i del am i nat i i n m odo co rr et t o, ci oè pr es ent an do o un cr acki n g i nt e rl am i n ar e, com e i n fi gu ra 5.6 e 5.7 , o un t a gl i o m ul t i pl o i n co rri s p ond enz a d el l e fa cc e cort e:

F i g . 5 . 6 e 5 . 7 C r a c k i n g i n t e r l a m i n a r i d u r a n t e l a p r o v a e a 5 0 i n g r a n d i m e n t i

I ri s ul t at i ot t enut i s o no ri a ss unt i n el l e t a bel l e e gra fi ci s e gu e nt i :

T ab . 5 .9 Shear Str e n g ht p er D yna no te x co n l ’ad esi vo ep o s sid ico Specimen # Width mm Thickness mm Peak Load N

Short Beam Strength MPa 1 10,0 2,0 757 28,4 2 10,0 2,0 975 36,6 3 10,0 2,0 783 29,4 4 10,0 2,2 995 33,9 5 10,0 1,8 824 34,3 6 10,0 1,9 910 35,9 7 10,0 2,0 858 32,2 8 10,0 2,0 780 29,3 9 10,0 2,0 840 31,5

 Valore medio / mean 10,0 2,0 900 34,1

Deviazione standard 0,1 72 2,0

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T ab . 5 .1 0 Shear Str e n g h t p er D yna no t ex co n l ’a d esi vo p o lia m mid ico

F i g . 5 . 1 1 e 5 . 1 2 G r a f i c i s f o r z o - d e f o r m a z i o n e p e r D y n a n o t e x c o n p o l i m e r o e p o s s i d i c o e c o n p o l i a m m i d e. Specimen # Width mm Thickness mm Peak Load N Short Beam Strength MPa 1 10,0 2,4 594 18,6 2 10,0 2,4 671 21,0 3 10,0 2,3 531 17,3 4 10,0 2,4 637 19,9 5 10,0 2,3 557 18,2 6 10,0 2,4 642 20,0 7 10,0 2,0 511 19,2 8 10,0 2,0 522 19,6 9 10,0 2,7 687 19,1 10 10,0 2,3 575 18,8 11 10,0 2,2 602 20,5

 Valore medio / mean 10,0 2,3 593 19,3

Deviazione standard 0,2 61 1,1

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C api t ol o 6 C oncl us i oni

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6.1 Commenti ai risultati delle prove meccaniche

C om e s i può os s e rv a re d al l e t ab el l e d el c api t ol o qui nt o, i ri s u l t at i ot t enut i s on o di m ol t o i nfe ri o ri a qu el l i di chi ar at i i n p re ced enz a (c api t ol o t erz o ), t ut t avi a pos so no ess er e cons i d er at i val i di an al i z z ando due fat t o ri :

 L’infusione, essendo una tecnica manuale, è soggetta a maggiori di ffi col t à e qui n di a m aggi ori i m pe r fez i oni ri s p et t o ad al t re t ecni che , c om e p uò ess e re l a p rei m p re gn az i one.

 La r es i na epos s i di ca ut i l i z z at a non dà l u ogo a el evat e pr es t a z i oni ri s pet t o a qu el l a u s at a pe r p rodu rr e i provi ni , d a cui s i s ono ricavati i dati citati all’inizio di questa tesi.

Nonos t ant e qu es t i r i sul t at i , ci ò ch e s i vuol fa r ri s al t a re è l a di vers i t à d ei c om por t am ent i d ei l am i nat i prodot t i con i due ad es i vi :

F i g . 6 . 1 C o n f r o n t o c u r v e s t r e s s - s t r a i n d e i d u e l a mi n a t i

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pl as t i c am ent e: dop o un brus co c al o del cari co dovut o ad uno “slittamento interlaminare”, si registra un plateau in cui, nonostante lo s forz o s i a cos t ant e, s i h anno de gl i al l un gam ent i e s uc c es s i v am ent e u n al t ro c al o d el l o s fo rz o dovut o ad un a l t ro ce di m ent o i nt er l am i na re. Ques t o c om port am e nt o è dovut o al l a pr es enz a d el l a pol i am m i de che , es s en do p er s u a n at ura m ol t o el ast i ca , perm et t e gr andi al l un gam ent i pri m a d el l a rot t u ra d efi ni t i v a.

Di cont ro, ci ò ch e s i re gi s t ra nel l am i n a t o prodot t o co n l ’ ad es i vo epos s i di co, è i l co m port am ent o di un m at eri al e pi ù res i s t ent e e pi ù fra gi l e al l o s t es s o t em po (com p ort am ent o t i pi co d ei co m pos i t i i n gene ral e e d el pol i m ero s t ess o i n p art i col a re ): dopo ave r r a ggi unt o i l m as s i m o del l o s fo rz o m ol t o pi ù r api dam ent e, i l m at e ri al e ha un uni c o cedi m ent o i nt erl am i nar e, do po i l qu al e è com pl et am ent e com prom es s o. A veri fi c a del l e i p ot esi fat t e ci r ca l a di s s ol venz a d el pol i m ero epos s i di co n el l a m a t ri ce , si è vol ut o a pri r e un pr ovi no p e r ci a s cun l am i nat o l un go i l pi ano dov e è avv enut o i l crac ki n g pi ù vi s t os o, per poi con fro nt a rl i :

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F i g . 6 . 3 e 6 . 4 C o n f r o n t o a 1 0 0 i n g r a n d i m e n t i

C om e s i può os s erv ar e, i s ol chi p res ent i n el l am i n a t o cont e nent e l ’ ades i v o pol i am m i di co s ono dovut i pro pri o al l a pres enz a del pol i m e ro s t esso, c he, non ade ren do al l e fi b r e né al l a matrice e non legando chimicamente con quest’ultima, crea un’interfaccia, probabile sede della prima cricca, la quale prop a gan dos i ca us e rà i n s e gui t o l a ro t t ura del pro vi no: cos ì s i s pi e ga no i b as s i v al o ri di t a gl i o i nt e rl am i nar e ri s cont rat i .

Lo s t es s o no n a c cad e i nv ec e s ul l a s upe r fi ci e d el c ra cki n g d el provino proveniente dal laminato prodotto con l’adesivo epos s i di co, che s i pres ent a pe rf et t am e nt e l i s ci o: i l pol i m ero h a ade ri t o al l a m at ri ce e s i a du rant e l ’i m pr e gn az i one , gr az i e all’esotermicità della reazione della resina epossidica, sia durante i l pos t -cu ri n g, s i è di s ci ol t o i n ess a re a gen do co n l ’i nd urent e. Ques t o s i t r adu ce i n un aum e nt o d el l e pr es t az i oni d el l a m i nat o, dato che non è più presente un’interfaccia debole dove potrebbero originarsi le cricche, e quindi si potuto testare l’effettiva resi s t enz a al t a gl i o i nt erl am i na re del l a m at ri c e.

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6.2 Considerazioni economiche

Ol t re a un ef fet t i vo vant a ggi o i n t e rm i ni di pr es t az i on i , i l pol i m ero e pos s i di c o Epi kot e ra ppr e s ent a a nch e u n vant a ggi o econ om i co pe r du e r a gi oni :

 Il v al o re di m e rc a t o di Epi kot e è i nfe ri or e a qu el l o del l a pol i am m i de M a crom el t 6790. Prodotto Costo € /kg Macromelt 6790 22 Epikote 1001/1003/1007 5 T a b 6 . 5 C o n f r o n t o p r e z z i d i m e r c a t o d e i d i v e r s i E p i k o t e e d i M a c r o m e l t .

 A pa ri t à di ri s ul t at i i n t e rm i ni di app l i cabi l i t à, poi ch é M ac rom el t 6790 ha un a vi s co s i t à s uffi ci ent e p er e s s er e ut i l i z z at a dal l a m ac chi na di ades i vaz i on e a t e m per at ur e s up eri o ri ri s pet t o a qu el l e n ec es s a r i e a Epikote, utilizzando quest’ultimo si ha anche un risparmio energetico e qui ndi e conom i co.

6.3 Sviluppi Futuri

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 Le polveri, in quanto tali, sono dannose per la salute dell’uomo, qui ndi i l l oro ut i l i zz o rende ne c ess a ri una s eri e di di s pos i t i vi di s i cur ez z a.

 Le pol ve ri s ono di f fi ci l m e nt e cont rol l a bi l i , pe rci ò è n e ces s ari o di s t ri bui rl e om o gen eam ent e s u t ut t a l a pre form a e i n qu a nt i t à superiori a quanto richiesto (mentre l’ideale sarebbe avere il bi nder s ol am ent e do ve s erv e e nel l a m i n ore quant i t à pos s i bi l e). L’utilizzo del polimero epossidico spruzzato sulle fibre nella fas e di pre form a può es s er e una val i d a al t er nat i va al bi nd er: i n f at t i , es s o può es s er e a ppl i c at o ove ri chi es t o e n el l e qu ant i t à ri c hi es t e e, n on es s en do s ot t o fo rm a di pol v eri , non ra ppres ent a un pe ri co l o pe r l a s al ut e de gl i ope rat o r i .

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UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PADOVA FACOLTÁ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DEI MATERIALI