Cosa sono i materiali compositi?

Nonostante alcuni siano stati inventati nella preistoria e altri siano addirittura presenti in natura, i materiali compositi rappresentano una frontiera di evoluzione per la scienza e le tecnologie dei materiali. Sono costituiti, come dice il nome, dalla combinazione di più materiali, delle quali ereditano le caratteristiche meccaniche. Chi studia i materiali compositi si propone di ottimizzare, da un lato, la composizione del materiale e, dall’altro, la struttura complessiva. Gli ultimi sviluppi sono orientati nella direzione dei materiali compositi a base di malte o di malta e resina, ma anche a matrice metallica, per le applicazioni ad alta temperatura.

Definizione ed esempi di materiali compositi

Si definisce “materiale composito” un materiale costituito da due o più fasi con proprietà fisiche differenti, le cui proprietà finali sono più elevate rispetto a quelle delle fasi che lo compongono. I singoli materiali che costituiscono i compositi sono noti come costituenti e sono essenzialmente di due tipi: matrice e rinforzo. È dall’insieme di questi che nasce il prodotto finale, con proprietà meccaniche superiori rispetto a quelle di partenza, che dipendono strettamente dalla qualità dell’adesione tra rinforzo e matrice. Il materiale composito presenta leggerezza e massa volumetrica bassa, prestandosi a diversi utilizzi:

• In aeronautica, industria navale e automobilistica per la costruzione di componenti come strutture alari, fusoliere, carrelli, barche e accessori vari;
• Nelle industrie aerospaziale e bellica per componenti strutturali di stazioni di lancio e di macchine semoventi nello spazio, oltre che per caschi e giubbotti antiproiettile;
• Nello sport per la costruzione di sci, bob, racchette da tennis, biciclette, canne da pesca, riser per il tiro con l'arco e aste per il salto in alto;
• Nell’ingegneria civile per le pavimentazioni stradali, formate da acciaio e aggregato rinforzato di cemento armato o conglomerato di asfalto.

Cos’è la matrice

La matrice di un materiale composito è una fase continua omogenea, che racchiude il rinforzo, garantendo la coesione e assicurando che le particelle o le fibre di rinforzo presentino la giusta dispersione. Nella maggioranza dei casi si utilizza una matrice polimerica (e si parla allora di compositi polimerici) perché garantisce bassa densità e leggerezza del materiale finale. Matrici comuni sono la resina epossidica, le resine poliuretaniche, le resine poliammidiche e le resine fenoliche.

Cos’è il rinforzo

Il rinforzo è una fase dispersa in varie modalità all'interno della matrice. Ha il compito di assicurare rigidezza e resistenza meccanica, assumendo su di sé la maggior parte del carico esterno. Può essere fibra di vetro o fibra di carbonio, la fiba aramidica o la fibra ceramica. A seconda del tipo di rinforzo, i materiali compositi si suddividono in compositi particellari, compositi rinforzati con fibre e compositi strutturati.

Proprietà meccaniche dei materiali compositi

Le proprietà di un materiale composito dipendono da diversi fattori, tra cui le proprietà dei costituenti, la geometria e la distribuzione delle fasi. Il volume (o il peso) della frazione di rinforzo e il rapporto di volume delle fibre sono i due parametri più importanti, seguiti dalla distribuzione del rinforzo: meno è uniforme il rinforzo, più è eterogeneo il materiale e più alta è la probabilità di rottura. La bassa massa volumica del materiale composito, così come la somma delle caratteristiche dei costituenti, implica un miglioramento delle prestazioni meccaniche e la diminuzione della probabilità di trovare dei difetti significativi in corpi di piccole dimensioni. In particolare, i materiali compositi presentano elevati standard di:

• Leggerezza;
• Rigidezza e resistenza meccanica;
• Resistenza a trazione;
• Versatilità di progettazione;
• Riduzione dei costi di fabbricazione;
• Riduzione del peso.

Materiali compositi Gavazzi in fibra di vetro

Gavazzi Tessuti Tecnici è una realtà di primo piano nella produzione di tessuti tecnici industriali, che produce laminati termoplastici in SRPP (Self-Reinforced PolyPropylene), interamente riciclabili e che rappresentano un ottimo compromesso tra leggerezza e resistenza agli urti. Questi laminati sono specificamente studiati per una possibile applicazione nella valigeria, per la balistica e il trasporto.

Con l’obiettivo di estendere sempre più la sua produzione di compositi termoplastici, l’azienda sta diversificando la sua gamma con lo sviluppo di prepreg termoplastici realizzati a base di fibra di vetro rinforzata da matrice PP, PA per l’utilizzo in vari settori di applicazione l’automotive, la marina, l’edilizia.

I vantaggi di questa tipologia di tessuti preimpregnati sono:

• Prepreg pronti per l’uso: resina termoplastica è già inserita all’interno del tessuto
• Alta resa produttiva
• Nessuna emissione di VOC (compositi organici volatili)
• Facilità di stoccaggio
• Buone prestazioni meccaniche a trazione e a flessione