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materiali compositi (simboli e formule (ρc = densità del composito, Vf =…
materiali compositi
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rinforzi
fibre
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fibra di carbonio
Elevata resistenza specifica
Elevato modulo specifico
Basso coefficiente di espansione termica
Elevata conducibilità termica
Elevata resistenza a fatica
Basso allungamento a rottura
Bassa resistenza all’impatto
Elevata conducibilità elettrica
Elevato costo
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fibra di vetro
Le fibre di vetro rappresentano il tipo di rinforzo più diffuso nei materiali compositi, soprattutto per l’elevata resistenza specifica rapportata al costo contenuto
resistenza alla corrosione, eccellenti proprietà ottiche ed elettriche e buon isolamento termico ed acustico
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fibre aramidiche
Elevata resistenza e modulo a trazione
Elevata tenacità
Elevata resistenza all’impatto
Elevata resistenza alla combustione
Buona stabilità a temperature relativamente elevate (circa 150°C)
Elevata resistenza al creep
Elevata resistenza a fatica
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Terminologia
Composito
materiale composito è un materiale costituito da più materiali semplici differenti. Ogni materiale corrisponde ad una differente fase, per cui un materiale composito è caratterizzato da una struttura non omogenea; i materiali che compongono un materiale composito sono separati da un'interfaccia netta di spessore nullo e ciascuno di essi è dotato di proprietà fisico-chimiche differenti a livello macroscopico e strutturale
Matrice
La matrice è costituita da una fase continua omogenea, che ha il compito di
racchiudere il rinforzo, garantendo la coesione del materiale composito
garantire che le particelle o le fibre di rinforzo presentino la giusta dispersione all'interno del composito e non si abbia segregazione
A seconda della natura della matrice, i materiali compositi si suddividono in
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funzioni principali
la matrice tiene insieme le fibre e trasferisce il carico alle fibre. Fornisce inoltre la forma
finale al componente
la matrice isola le fibre in modo che possano agire individualmente.
Ciò arresta o rallenta la propagazione di una cricca
la matrice fornisce una adeguata protezione alle fibre contro attacchi di natura chimica o danneggiamenti meccanici
Fase dispersa (rinforzo)
A seconda del tipo di rinforzo, i materiali compositi si suddividono in
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compositi particellari
Le proprietà chimico-fisiche dei materiali compositi particellari dipendono dalla geometria del sistema particellare, ovvero
concentrazione, distribuzione e orientamento delle particelle all'interno della fase matrice
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Il rinforzo è rappresentato da una fase dispersa, che viene appunto dispersa in varie modalità all'interno della matrice e ha il compito di assicurare rigidezza e resistenza meccanica, assumendo su di sé la maggior parte del carico esterno.
funzioni principali
sopportare il carico applicato
(In un composito strutturale, dal 70 al 90% del carico è sopportato dalla fibre)
fornire rigidezza, resistenza, stabilità termica
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compositi sandwich
questi compositi sono formati da due pannelli uno posto alla base e l'altro sopra separati da uno strato più o meno alto di materiali con proprietà più o meno modeste
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matrice polimerica
termoindurente
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vantaggi
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necessità di pressioni e temperature inferiori a quelle dei termoplastici, con conseguente risparmio energetico
elevata bagnabilità delle fibre, con conseguente riduzione di porosità
migliore processabilità di compositi a matrice termoindurente rispetto a quella dei termoplastici perché la resina (che forma i polimeri termo indurenti) si trova inizialmente allo stato liquido
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Nessuno dei materiali omogenei tradizionali possiede la combinazione ideale di proprietà per le applicazioni strutturali
Questa considerazione ha portato allo sviluppo di materiali che “combinano” due o più materiali omogenei e che consentono di utilizzare le migliori proprietà di ciascun costituente in modo sinergico
