Nota: Con il seguente testo intendiamo fornire notizie basilari sui materiali compositi e su alcune soluzioni adottate per la loro lavorazione a persone prive di una cultura specifica dell’argomento. La trattazione che ne deriva risulta pertanto necessariamente sintetica e semplificata.

Il composito avanzato è senza dubbio uno dei prodotti più rivoluzionari scoperti nel secolo appena passato.

»» Generalità

La parte visibile di una struttura in composito è lo strato esterno di resina, nel nostro caso epossidica, un materiale plastico notevolmente più robusto della maggior parte delle plastiche che siamo abituati a conoscere.

Quello che però differenzia il prodotto in composito da quasi tutto ciò che è possibile incontrare quotidianamente, è costituito dalle fibre presenti al suo interno, che non sono altro che filamenti di carbonio cristallino. Il carbonio infatti può avere una struttura molecolare amorfa, priva cioè di particolari proprietà meccaniche, come il carbone, ma può assumere strutture molecolari cristalline, come il diamante o come le fibre sopra citate.

Le fibre di carbonio possiedono proprietà meccaniche straordinarie: una resistenza a trazione doppia o tripla rispetto ai migliori acciai, una rigidezza uguale e un peso specifico che è inferiore a un quarto di quello dell'acciaio. Possono venire prodotte solo in filamenti sottilissimi che vengono poi tessuti in stuoie di vari spessori e diverse trame. Per poter essere utilizzati, i tessuti devono venire bloccati in una forma solida, e qui entra in gioco la resina epossidica, un tipo di plastica particolarmente adatto a impregnare i tessuti di carbonio e che possiede essa stessa delle ottime proprietà meccaniche.

Stampo in fibra di carbonio per ruota timoneria diametro mm 1840

»» Come si ottiene una struttura in composito

La cosa difficile è assicurare un’impregnazione uniforme ai tessuti, evitando zone con molta resina che aggiungerebbe peso inutile al manufatto, o zone con poca resina che consentirebbero alle fibre di muoversi l'una rispetto all'altra pregiudicando la struttura; a questo scopo è importante per prima cosa utilizzare tessuti pre-impregnati di qualità industriale, in cui la quantità di resina è predeterminata e applicata in modo uniforme.

La stratificazione dei tessuti di carbonio deve poi seguire un piano di laminazione, definito in fase progettuale in base alle caratteristiche strutturali che dovrà possedere il prodotto finale.

E’ di fondamentale importanza eliminare le bolle d'aria che si formano durante le fasi iniziali della lavorazione, cosa niente affatto facile se consideriamo dei grandi strati di tessuto impregnati di un materiale adesivo e sovrapposti l'uno sull'altro.

Autoclave 

»» Compositi di qualità industriale

Il sistema migliore per assicurare l'assenza di bolle d'aria nella struttura è la cura in autoclave. Un’autoclave è un grosso forno sotto pressione. La pressione interna può raggiungere le 10 atmosfere (i pneumatici di una automobile non arrivano a 2!) e la temperatura tipica di utilizzo è di 120° C, necessari per polimerizzare la resina, ovvero per rendere solido e tenace l'impasto utilizzato per impregnare i tessuti. Esistono anche resine che raggiungono una polimerizzazione sufficiente a temperature inferiori, ma per i prodotti migliori è necessario arrivare a 120° C.

La struttura in composito viene quindi posta, insieme allo stampo, all'interno di un sacco di plastica dove è stato fatto il vuoto, per togliere le bolle d'aria più grandi. Il manufatto insieme al sacco a vuoto viene infine inserito nell'autoclave a oltre 4 atmosfere, in modo da comprimere totalmente gli strati di tessuto uno sull'altro, assicurando l'ottimale uniformità strutturale e la totale assenza di aria all'interno.

»» Dov'è la differenza

Molti prodotti di facile reperibilità e di costo relativamente basso vengono realizzati con tecniche meno sofisticate e costose, spesso venendo impregnati a mano e non curati in autoclave, ed ovviano con uno spessore e un peso eccessivi alle scarse proprietà meccaniche intrinseche. In questi casi, i prodotti finali vengono spesso stuccati allo scopo di assicurare una superficie liscia e uniforme anche in presenza di imperfezioni, scalini e sovrapposizioni imprecise fra gli strati di tessuto. Oggetti più complessi vengono ottenuti incollando parti più semplici laminate separatamente, con ulteriore aggiunta di peso, disuniformità superficiali e riducendo l'integrità strutturale. Questa pratica consente l'utilizzo di stampi più piccoli e facili da realizzare, con conseguenti vantaggi di tipo commerciale per chi ne fa uso. Una verniciatura finale consente di coprire le tracce di stucco e gli eventuali incollaggi.

In EXIT ENGINEERING facciamo invece ricorso a incollaggi secondari solo ove strettamente necessario e richiesto da esigenze progettuali, o, in alcuni casi, quando i vantaggi strutturali superano le controindicazioni.

Tutti i manufatti sono infatti realizzati in un unico pezzo, senza successivi incollaggi e, pur forniti anche verniciati su richiesta del cliente, possiedono all’uscita dell’autoclave una qualità di laminazione impeccabile, anche dal punto di vista estetico. Per ottenere questi risultati facciamo uso di stampi scomponibili, più difficili da progettare e realizzare a regola d'arte, e ci serviamo di laminatori di grande esperienza.

Il risultato è una linea di prodotti molto leggeri, molto resistenti e con caratteristiche uniformi su tutta la produzione.