PROVE DI INVECCHIAMENTO SU BIOCOMPOSITI EPOSSIDICI AD ELEVATE PERFORMANCE RINFORZATI CON FIBRE DI AGAVE

The reduction of the environmental impact in the modern production of polymer matrix composite materials has attracted a significant research activity aimed to the development of new "green" composite materials characterized by an appreciable saving in terms of costs and specific weight. Among these materials, an important role is played by the so-called biocomposites, made by an ecofriendly matrix reinforced with natural fibers. In this work, the effects of the main environmental agents on the mechanical properties of high-performance biocomposites consisting of a green epoxy matrix reinforced by agave fibres, are analysed through a systematic experimental testing campaign. Three types of biocomposite laminates (unidirectional, cross-ply and quasi-isotropic with a Vf = 50%) that represent common laminates for structural applications, have been manufactured by hand lay-up and successive compression moulding. In order to highlight the different effects of ageing on matrix and reinforcement, samples consisting of simple epoxy matrix alone have been analysed too. All materials considered have been subjected to an accelerated ageing process with controlled temperature, humidity and UV radiation conditions, in order to reproduce the usual operating conditions associated with periodic exposure to sunlight (temperature and UV cycles) and humidity related to external environmental conditions (with possible presence of rain and dew). Detailed consideration has been given to the effects of degradation on static and dynamic mechanical properties. The analysis of the experimental results was also aimed to the developing of reliable models that can be used to predict the evolution of the mechanical properties of these interesting materials, over time.

La riduzione dell'impatto ambientale nella moderna produzione di materiali compositi a matrice polimerica ha attratto una significativa attività di ricerca finalizzata alla messa a punto di nuovi materiali compositi “green” caratterizzati altresì da una apprezzabile riduzione dei costi e del peso specifico. Tra questi materiali giocano un ruolo importante i cosiddetti biocompositi, materiali costituiti da matrici a basso impatto ambientale o rinnovabili, rinforzate con fibre naturali. Nel presente lavoro, attraverso una sistematica campagna di prove sperimentali sono analizzati gli effetti dei principali agenti ambientali sulle proprietà meccaniche di biocompositi ad elevate prestazioni costituiti da una matrice epossidica green rinforzata con fibre di agave sisalana. Tramite laminazione manuale sono state realizzate tre tipologie di laminati biocompositi, con diverso lay-up (unidirezionale, cross-ply e quasi-isotropo, con percentuale in volume di fibre pari al 50%), che rappresentano in pratica i laminati di uso comune per applicazioni strutturali. Al fine di evidenziare i diversi effetti dell’invecchiamento su matrice e rinforzo, sono stati analizzati altresì provini costituiti dalla sola matrice epossidica. Tutti i materiali considerati sono stati sottoposti a un processo di invecchiamento accelerato, con condizioni controllate di temperatura, umidità e radiazioni UV, al fine di riprodurre le condizioni di esercizio associati, come avviene di solito, all’esposizione periodica alla luce solare (cicli di temperatura e UV), e all’umidità connessa a condizioni ambientali esterne (con possibile presenza di pioggia e rugiada). Sono state considerati in dettaglio gli effetti di degrado sulle caratteristiche meccaniche statiche e dinamiche. L’analisi dei risultati sperimentali è stata altresì finalizzata alla messa a punto di affidabili modelli che possano essere utilizzati per la previsione della evoluzione nel tempo delle proprietà meccaniche di tali interessanti materiali.