I compositi in fibra di carbonio possono essere stampati a iniezione?

I compositi in fibra di carbonio sono costituiti da due parti: la fase di rinforzo e la fase della matrice. La fase della matrice svolge il ruolo di trasferire le sollecitazioni. È generalmente costituita da metallo, ceramica, resina polimerica, ecc. Nella maggior parte dei casi, i compositi in fibra di carbonio utilizzano principalmente resina epossidica termoindurente come matrice. La fase di rinforzo può presentarsi sotto forma di fibra continua, fibra lunga (<30mm), fibra corta (<6mm), baffo (a livello micro-nanometrico), ecc. La sua funzione principale è sostenere il carico. Nella maggior parte dei casi viene utilizzata la fibra continua. La fibra continua si presenta sotto forma di fibra integra. Tra tutti i compositi in fibra di carbonio, quelli che utilizzano resina epossidica rinforzata con fibra continua presentano le proprietà meccaniche più elevate. Ad esempio, la resistenza a trazione unidirezionale di un composito in fibra di carbonio T300 di grado standard è di circa 1700MPa ed è ampiamente utilizzato nelle parti strutturali portanti dell'industria militare, aerospaziale e in altri settori.

Attualmente, i compositi in fibra di carbonio presenti sul mercato sono realizzati principalmente con prepreg in fibra di carbonio. Il prepreg consiste innanzitutto nel disporre le fibre di carbonio nella stessa direzione e successivamente nel trasformarle in fogli mediante impregnazione con resina. Per fibra lunga o fibra corta si intende il processo di taglio della fibra continua di carbonio in filamenti corti di una determinata lunghezza, seguito dalla miscelazione della fibra corta con resina o materiale plastico termoplastico (CFRTP) secondo una determinata proporzione e dalla formazione di un legame efficace tra la fibra e la resina della matrice mediante alcuni metodi di processo, così da sintetizzare materiali compositi termoplastici in fibra di carbonio.

A seconda delle diverse forme della fibra di carbonio e delle proprietà del materiale della matrice, anche le prestazioni dei materiali compositi in fibra di carbonio variano notevolmente. Il processo produttivo è determinato dalla morfologia della fibra e dal tipo di resina. È possibile scegliere diversi metodi, come laminazione manuale, avvolgimento, autoclave con sacco a vuoto, stampaggio a iniezione reattiva, stampaggio per trasferimento di resina e stampaggio a iniezione di pellet CFRTP, per sintetizzare prodotti compositi in fibra di carbonio.

I materiali compositi in resina epossidica rinforzata con fibra continua di carbonio vengono prodotti principalmente mediante stampaggio, laminazione manuale, avvolgimento e autoclave con sacco a vuoto. Ad esempio, il processo operativo generale della laminazione manuale consiste innanzitutto nell'applicare la carta distaccante sullo stampo, stendere il gel coat, tagliare il materiale di rinforzo nella forma richiesta dal progetto, disporlo ordinatamente e quindi applicare la resina preparata; si utilizzano rulli manuali per eliminare le bolle e infine si procede alla polimerizzazione e allo stampaggio. Il metodo di laminazione manuale è un metodo di lavorazione manuale sviluppato sulla base della tecnologia di stampaggio della vetroresina.

Metodo di avvolgimento Il metodo di avvolgimento è ampiamente utilizzato nella produzione di recipienti a pressione tubolari di alta qualità e di vari gusci. Utilizza principalmente macchine per avvolgimento CNC per lavorare fibre continue di carbonio sul mandrino. Il metodo di avvolgimento può essere suddiviso in due categorie: avvolgimento a umido e avvolgimento a secco. Nell'avvolgimento a umido, la fibra viene prima impregnata con una soluzione di resina preparata presso il sito di produzione e poi avvolta. Nell'avvolgimento a secco, per l'avvolgimento si utilizza un filato prepreg allo stadio B. Generalmente, il modello di avvolgimento viene progettato in base ai requisiti prestazionali del prodotto. Lo stampaggio per avvolgimento è un metodo di stampaggio ampiamente utilizzato, adatto però esclusivamente ai materiali compositi con resina termoindurente come matrice.

Lo stampaggio a iniezione di pellet CFRTP appartiene generalmente al settore della modifica delle materie plastiche, che consiste nel disperdere polvere di fibra di carbonio in materiali plastici termoplastici, come PP, PC, PA, PEEK, ecc. La percentuale di polvere di fibra di carbonio è di circa il 5%-30% e può migliorare le proprietà meccaniche delle materie plastiche. Grazie al processo semplice, alla produzione conveniente, al costo contenuto e alla resistenza che generalmente non supera i 150MPa, a seconda della plastica, è stato ampiamente utilizzato in vari strumenti industriali e involucri elettrici.

Pertanto, la fibra di carbonio presenta forme e processi produttivi diversi, e anche le sue proprietà meccaniche finali differiscono notevolmente. La resistenza dei materiali compositi in fibra continua di carbonio prodotti mediante stampaggio a compressione è circa dieci volte superiore a quella ottenuta con lo stampaggio a iniezione.
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