La fibra di carbonio e i materiali compositi

I tubi in fibra di carbonio sono oggetti solo all’apparenza, semplici, in realtà hanno caratteristiche speciali che li rendono versatili e idonei a molteplici utilizzi. Per costruirli, si utilizzano fibre di carbonio immerse in una matrice polimerica: si tratta di un materiale composito, che ha proprietà diverse a seconda delle caratteristiche richieste dal progettista.

Fibra di carbonio: la materia prima

La fibra di carbonio è un materiale ad elevata resistenza meccanica, alta rigidità (alto modulo elastico), bassa densità, stabilità a variazioni di temperatura e all’effetto di agenti chimici, (fonte: Wikipedia, la fibra di carbonio).  Nasce per pirolisi termica di fibre polimeriche in un grande forno in ambiente controllato. Qui le fibre polimeriche in diversi materiali (poliacrilonitrile PAN o PITCH), detti precursori, vengono simultaneamente stirate e riscaldate fino a 2000° circa, in atmosfera di gas inerte per formare la fibra di carbonio tramite la grafitizzazione.

La scelta dei precursori (PAN – PITCH) e del trattamento termico consente di ottenere diverse tipologie di materiali con differenti proprietà finali delle fibre:

  • fibre di carbonio con modulo elastico “standard” (200-250 GPa), ad alta resistenza meccanica,
  • fibre di carbonio ad elevato modulo elastico (fino a 900 GPa), con minore resistenza meccanica.

Nella manifattura dei tubi in carbonio, la scelta opportuna delle tipologie di fibre, le quantità e gli angoli di deposizione, consente di modulare finemente le caratteristiche meccaniche del prodotto finito, per rispondere alle esigenze dei clienti.

 

I compositi: materiali semilavorati

Per poter costruire un pezzo meccanico sfruttando opportunamente le eccellenti proprietà strutturali delle fibre di carbonio, è necessario che queste vengano opportunamente “legate” e “bloccate in posizione” all’interno di un pezzo meccanico. Per fare ciò, le fibre vengono impregnate con resine epossidiche. Queste ultime, una volta solidificate, agiscono da legante delle fibre, permettendo alle fibre stesse di distribuire opportunamente lo sforzo all’interno pezzo. La fibra di carbonio costituisce in tal modo la parte di rinforzo strutturale di un materiale composito, mentre la resina agisce da matrice del materiale stesso. Il materiale composito così creato avrà caratteristiche meccaniche finali, proporzionali ai volumi di resine e fibre impiegate e alle direzioni angolari delle fibre.

Le tecnologie per realizzare tubi in carbonio

Per produrre un tubo in carbonio esistono oggi diverse tecnologie e più precisamente: Pull winding, Filament winding e Sheet-wrapping. Certamente il procedimento di Sheet-wrapping il procedimento usato da Reglass, dà i migliori risultati dal punto di vista meccanico, ed è utilizzato per realizzare elementi cilindrici e i tubi in carbonio.

Sheet-wrapping

Il procedimento prevede l’avvolgimento dei fogli di pre-impregnato (pre-preg) a base di fibra di carbonio, su stampi cilindrici in metallo. Secondo le specifiche del progetto, si sovrappongono quindi i diversi strati di prepreg, che possono differire per tipologia di fibra e spessore. In tal modo il tubo finito avrà le caratteristiche finali richieste da ciascuna applicazione.

La tecnologia Sheet-wrapping consente ai progettisti la massima libertà nella scelta della tipologia di fibre, della quantità ed angolo delle fibre, degli spessori (si realizzano tubi con spessori che vanno da 0,5 fino a decine di millimetri, in carbonio strutturale), ottenendo comunque sempre, la massima compattezza, precisione e qualità possibile del composito.

Tubi in carbonio Reglass

Tubi in fibra di carbonio - particolariI tubi e rulli Reglass in composito di carbonio grazie all’impiego di questa tecnologia possono raggiungere una rigidità due volte superiore all’acciaio, una resistenza quattro volte superiore e un peso quattro volte inferiore.

Il composito a base di fibra di carbonio è il materiale più adatto alla sostituzione di parti metalliche convenzionali in quanto dotato di proprietà meccaniche proprie dei materiali metallici, affiancate alla leggerezza tipica dei materiali polimerici. Se a queste caratteristiche si affiancano l’eccezionale resistenza alla corrosione e la buona resistenza a molti agenti chimici, i vantaggi ottenibili sono considerevoli per un gran numero di applicazioni.

Eccoli declinati per i più diversi impieghi: meccanica di precisione, robotica, packaging, rulli motorizzati, rulli folli, rulli da stampa e per il converting, alberi espansibili, alberi di trasmissione, dispositivi antisismici, canne da pesca.

Molti altri sono gli utilizzi e le produzioni specializzate. Reglass realizza infatti anche produzioni ad hoc, in base a specifiche necessità dei suoi clienti, predisponendo il progetto, studiando nei suoi laboratori, la ricetta più corretta per produrre il semilavorato, e predisponendo l’avvolgimento più appropriato. Realizza così un prodotto con le caratteristiche e le funzionalità di elevata performance idonee allo scopo produttivo, sportivo o di altra natura, da raggiungere.