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Tecnologie manuali di fabbricazione dei materiali compositi

Indice

Premessa all'articolo

In questo articolo avevamo fatto una trattazione generica circa i materiali compositi dandone la definizione e spiegandone le caratteristiche principali.
Con articolo ci proponiamo di analizzare come sempre facciamo, "in via panoramica", una delle tante modalità di fabbricazione (o per meglio dire tecnologie di fabbricazione) dei materiali compositi: le tecnologie manuali.

Introduzione

Inizialmente per la realizzazione di materiali compositi si faceva uso di sole tecniche basate su operazioni manuali e quindi non su operazioni automatiche già programmate. Tali tecniche oggi sono scomparse, ma sono adoperate comunque in alcuni casi, intervenendo però su di esse con artifici volti a migliorare la loro efficienza da un lato, e a diminuire il costo della mano d'opera dall'altro.

Tecnologie a stampo aperto

Le tecnologie manuali di fabbricazione normalmente adoperano degli stampi aperti per realizzare un determinato pezzo.
Lo stampo può essere concavo o convesso ed è formato da un unico pezzo. Il prodotto è a contatto con la superficie dello stampo solo su una faccia, quindi, e solo su di essa sarà eseguita una finitura controllata dei particolari a processo terminato.


Possiamo individuare delle operazioni fondamentali comuni un po' a tutte le varie tecnologie manuali:

  • realizzare lo stampo;
  • applicare il distaccante;
  • disporre il rinforzo;
  • disporre la resina;
  • stampaggio;
  • estrazione.


Tali operazioni possono essere condotte in vari modi e adoperando i materiali e i macchinari più svariati concordemente però con le particolari caratteristiche del prodotto che si vuole realizzare.


I distaccanti per stampi sono materiali atti a consentire l'estrazione degli stampi stessi e possono essere di varie tipologie, come ad esempio:

  • le cere;
  • le resine;
  • i fogli di materiale plastico;
  • il teflon.

Proviamo a conoscerli brevemente.


Le cere sono adoperate laddove le temperature dei processi raggiungono i 50 - 60 °C; sono depositate manualmente sullo stampo e ad ogni stampata vanno nuovamente ridepositate.


Le resine, avendo bassa tensione superficiale, riescono a diffondersi in maniera completa sulle superfici; la loro "applicazione" sulle superfici può essere condotta sia manualmente che mediante spruzzatura automatica.
Uno dei vantaggi principali di tale tipo di distaccanti è che permettono di ottenere un numero elevato di stampate, sempre però se vengono applicati in maniera corretta. A tal proposito sono classificati come distaccanti permanenti o semi-permanenti.


I fogli di materiale plastico sono adoperati nei casi in cui la geometria dei prodotti da realizzare lo consente; essi vengono poi strappati dalla superficie dei particolari stessi. I fogli di materiale plastico hanno l'indubbio duplice vantaggio di poter essere applicati facilmente sulla superficie e di non alterare gli strati più esterni della resina dei pezzi da ottenere.


Il teflon è adatto anche a processi in cui si raggiungono temperature elevate e può essere deposto sia a spruzzo che per mezzo di fogli.

Deposizione manuale senza applicazione di pressione o vuoto (HLU - Hand Lay Up)

Questa modalità è parecchio diffusa nella realizzazione di imbarcazioni in vetroresina, ad esempio. Nella figura sottostante è rappresentato schematicamente la deposizione manuale (gli stampi sono in genere realizzati in vetro-resina):


Successivamente all'applicazione del distaccante (che normalmente è la cera) si applica il gel-coat: essa è una miscela particolare di resina ed altri componenti che è impiegata per dare la colorazione voluta e la finitura al prodotto. Nel depositare il gel-coat bisogna tenere conto di vari fattori come l'umidità ambientale, la miscelazione dei componenti e la perfetta polimerizzazione.
Se non si tiene conto di tutte le corrette procedure si rischia di incappare in difetti superficiali quali bolle e screpolature.


Nell'immagine che segue, tratta da http://www.elfren-rimat.com/default.asp?Szn=Gelcoat&Lng=Ita , è rappresentata una fase di spruzzatura del gel-coat:

fase di spruzzatura gelcoat

fase di spruzzatura gelcoat


Il seguente video, invece, mostra l'applicazione del gel-coat su uno stampo in vetro-resina:


Il rinforzo viene tagliato manualmente secondo dimensioni opportune e poi viene deposto sullo stampo. Dopo che la resina è stata attentamente mescolata col catalizzatore la miscela è posta sul materiale fibroso e con pennelli adatti le fibre vengono impregnate.
Dopo si effettua una rullatura per compattare gli strati ed eliminare aria e strati eccedenti.


Le immagini seguenti sono tratte da: http://www.resinboat.it/ e raffigurano un esempio di stuoia di vetro e di MAT:

stuoia di vetro

stuoia di vetro

MAT

MAT

La polimerizzazione avviene normalmente a temperatura ambiente e i tempi sono legati alla quantità di catalizzatore impiegato.
L'estrazione dello stampo può essere fatta manualmente impiegando aria compressa o di attrezzature di sollevamento apposite.
Ci sono casi, inoltre, in cui per migliorare la qualità del prodotto stampato si ricorre ad impregnatori esterni allo stampo in modo tale da non rovinare il rinforzo e da usare la quantità giusta di resina, come mostrato nella successiva figura schematica:


Nell'immagine che segue, tratta da http://www.compositesatlantic.com/index_tech.html, è ritratta una fase di tale modalità di fabbricazione:

hand lay up

hand lay up



Ecco invece alcuni video esplicativi a riguardo:


Deposizione per taglio e spruzzo (Spray Up)

In tale modalità di fabbricazione il rinforzo fibroso è deposto come fibre corte grazie ad un sistema a lama rotante azionato da aria compressa, detto pistola, che taglia le fibre che provengono dalle bobine e le proietta verso lo stampo con la giusta quantità di resina catalizzata.
E' possibile apprendere quanto detto finora osservando le due figure che seguono (la seconda immagine è tratta da http://www.coremt.com/) :


deposizione per taglio e spruzzo

deposizione per taglio e spruzzo


L'operazione di spruzzo è seguita poi da una rullatura manuale dello strato ottenuto. Questo tipo di tecnologia di fabbricazione presenta un vantaggio notevole che è quello di poter essere facilmente automatizzata e quindi si può pensare anche di contenere i costi anche se è "limitata" alla produzione di laminati isotropi.



Come sempre un video è più esplicativo di mille parole:

Tecnologie a stampo chiuso

Nelle tecnologie di fabbricazione a stampo chiuso si fa uso di uno stampo formato in genere da due parti: un maschio e una femmina; questi processi sono necessari laddove è richiesta una buona finitura superficiale su tutte le facce del prodotto.


Formatura con stampo e controstampo

Questo processo consente una finitura controllata per ambedue le superfici del prodotto. Il rinforzo fibroso è deposto insieme con la resina catalizzata sullo stampo; quando stampo e controstampo vengono accostati l'uno all'altro e serrati si originano pressioni che possono essere anche molto elevate:

La distribuzione delle pressioni però non è uniforme su tutto il laminato in quanto si avranno componenti diverse della forza di chiusura in direzioni diverse, motivo per cui non è possibile stampare forme complesse.

Bibliografia

Materiali compositi - Crivelli Visconti, Caprino, Langella.

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