Materiali compositi, tecnologie e tecniche costruttive

The definition of composite material is a material usually not present in nature that derrives from the combination of at least two chemically different materials with each other, resulting in an interface separation. Composite materials are used in structures, such as those used on certain aircraft, for their rigidity and lightness, as well as for fatigue, corrosion and impact. Composite materials are distinguished from metals because they are the result of the combination of materials that differ in composition or form. Reinforced concrete is an excellent example of a composite structure allowing concrete and Steel to retain their identity. The Steel bars under load voltage, whilst the cement supports those in compression. The advanced composites are made of high strength fibers embedded in a epoxy matrix. Structures of graphite- epoxy allow a weight saving of 20% compared to aluminum. The reduction in weight is the most obvious benefit to support this choice. Other advantages over traditional materials is that they have high corrosion resistance, and resistance to cyclic loads. The major disadvantage is instead linked to high costs. The hybrid composite mate¬rials are usually obtained by combining glass fibers, kevlar or carbon fiber epoxy resin matrix, to obtain specific characteristics such as resistance to breakage or impact. The fiberglass is by far the most widely used fiber reinforcement, the words GRP (Glass Reinforced Plastic) and FRP (Fiber Reinforced Plastic) are often used to describe products made from composites. The thermosetting resin matrices most commonly used include polyester, epoxy, vinyl ester and phenolic. The choice of types of resins used for adjusting characteristics relating to operating temperature, resistance to chemicals and atmospheric agents, properties, electrical conductivity and resistance to fire. Most of the objects produced with traditional materials can also be produced by using composite materials. While the use of composites is almost an obvious choice for certain applications, the selection of materials to be used is generally a function of life required to finished product, thè total number of parts to be manufactured, thè complexity of form, of savings in assembly costs, and, finally, the experience in thè use of composites. In many cases the best results are obtained by the combined use of composite materials and traditional materials. In recent years the production processes have evolved constantly. Although the application at hand is stili a common technique, new techniques, such as, for example, vacuum infusion are constantly evolving in high technology sectors such as aerospace applications of composite materials.

La definizione di materiale composito è quella di un materiale solitamente non presente in natura che nasce dalla combinazione di almeno due materiali tra loro chimicamente differenti e che presentano un'interfaccia di separazione. I materiali compositi sono utilizzati in strutture, come ad esempio quelle impiegate nel settore aeronautico, per la loro rigidità e leggerezza, nonché per la resistenza alla fatica, alla corrosione e all'impatto. I materiali compositi si distinguono dai metalli perché sono il risultato della combinazione di materiali che differiscono per composizione o forma. Il cemento armato è un eccellente esempio di una struttura composita che consente al calcestruzzo e all'acciaio di conservare la propria identità. Le barre d’acciaio sopportano i carichi di tensione mentre il cemen¬to sopporta quelli di compressione. I compositi avanzati sono costitui¬ti da una fibra ad alta resistenza inserita in una matrice epossidica. Strutture di grafìte-epoxy permettono un risparmio di peso del 20% rispetto all’alluminio. La riduzione dei pesi è il vantaggio più evidente a supporto di tale scelta. Atri vantaggi rispetto ai materiali tradizionali sono l’alta resisten¬za alla corrosione e la resistenza ai carichi di tipo ciclico. Lo svantaggio maggiore è invece legato ai costi elevati. I materiali compositi ibridi sono, solitamente, ottenuti combinando tra loro fibre di vetro, kevlar o carbonio su matrice di resina epossidica, per ottenere specifiche caratte¬ristiche quali la resistenza alla rottura o agli impatti. La fibra di vetro è di gran lunga la fibra di rinforzo più usata; i termi¬ni GRP (Glass Reinforced Plastic) e FRP (Fiber Reinforced Plastic) sono spesso usati per descrivere prodotti fatti con compositi. Le matrici di resina termoindurente più comunemente usate includono poliestere, epoxy, vinilestere e fenolica. La scelta dei tipi di resine impiegate per¬mette di variare le caratteristiche relative alle temperature di esercizio, alla resistenza agli agenti chimici, all’aggressione degli agenti atmosfe¬rici, alle proprietà di conducibilità elettrica e alla resistenza al fuoco. La maggior parte degli oggetti prodotti con materiali tradizionali può essere realizzata anche usando materiali compositi, mentre per certi tipi di applicazioni l’uso dei compositi è quasi una scelta obbliga¬ta. La selezione del materiale da impiegare è in genere funzione della durata utile richiesta al prodotto finito, del numero totale dei pezzi da produrre, della complessità della forma, del risparmio nei costi di assemblaggio, e, infine, dell’esperienza nell’uso dei compositi. In molti casi i risultati migliori si ottengono dall’uso combinato di mate¬riali compositi e di materiali tradizionali. Negli ultimi anni i processi produttivi hanno conosciuto una evolu¬zione costante. Benché l’applicazione a mano rimane ancora una tec¬nica diffusa, nuove tecniche, quale ad esempio l’infusione sotto vuoto, si fanno strada in settori ad alta tecnologia come nelle applicazioni dei materiali compositi per l’industria aerospaziale.