Come scegliere la resina per realizzare materiali compositi in fibra di carbonio

I materiali compositi sono composti da fibre di rinforzo e un materiale plastico. Il ruolo della resina nei materiali compositi è molto importante. La scelta della resina determina una serie di parametri di processo caratteristici, alcune proprietà meccaniche e funzionalità (proprietà termiche, infiammabilità, resistenza ambientale, ecc.), le prestazioni della resina sono anche un fattore chiave nella comprensione delle proprietà meccaniche dei materiali compositi. Quando la resina viene selezionata, una serie di processi e proprietà dei materiali compositi sono determinati naturalmente.

Attualmente, l'applicazione e le prestazioni della maggior parte delle fibre di carbonio richiedono la selezione della resina come vettore. Le prestazioni della resina influenzano notevolmente le prestazioni complessive del materiale composito. Diversi ambienti applicativi e requisiti devono mescolare resine con componenti diversi. La resina selezionata può avere un impatto significativo sul progetto finito. La scelta della resina di stampaggio può variare a seconda della compatibilità del tessuto, delle condizioni di servizio e delle proprietà desiderate della parte finita. Quando si realizzano compositi in fibra di carbonio, ci sono generalmente tre tipi di resine termoindurenti da considerare: epossidica, estere vinilico e poliestere. Ecco un'ampia panoramica di tutti e tre, incluse le loro caratteristiche e per cosa dovrebbero essere utilizzati.

resina epossidica

Per le parti composite che richiedono la massima resistenza, i produttori utilizzeranno resine epossidiche. Oltre a migliorare le proprietà di resistenza, le epossidiche sono generalmente preferite rispetto ai poliesteri e agli esteri vinilici per la stabilità dimensionale e un maggiore legame con altri materiali.

Vantaggio:

Resina epossidica, proprietà ad alta resistenza, adatta per applicazioni di infusione sottovuoto, facile da maneggiare, media viscosità

Mancanza:

Non può essere utilizzato su tappetino a filo tagliato, non è stabilizzato ai raggi UV, deve essere accoppiato con un top coat quando esposto a luce UV

resina poliestere

Le resine poliestere sono le resine più utilizzate nell'industria dei compositi. Le resine poliestere sono meno costose, hanno una certa resistenza alla corrosione e sono più tolleranti delle epossidiche. La maggior parte di tutte le parti in fibra di vetro sono costruite utilizzando resine poliestere perché sono facili da lavorare, curate rapidamente e sono resistenti alle temperature estreme e catalizzatori. Fiber Glast viene fornito con due diversi tipi di resine poliestere, ognuna con i propri benefici e usi.

Facile maneggevolezza, rapido wet-out, alto indice tixotropico (il prodotto non funziona su superfici verticali)

Mancanza:

Proprietà fisiche inferiori rispetto alle resine più costose

Resina vinilestere

Le resine vinilestere sono considerate una miscela di poliestere ed epossidico - il che significa che le loro caratteristiche di manipolazione, prestazioni e prezzo spesso cadono tra le altre due. In particolare, delle tre resine estere viniliche forniranno la più alta resistenza alla corrosione, resistenza alla temperatura e allungamento (durezza). Pertanto, sono generalmente utilizzati quando sono richieste elevata durata, stabilità termica e resistenza alla corrosione.

Vantaggio:

Resina vinilestere

-molto stabile, -resistente alla corrosione, resistente al calore

Mancanza:

- Breve shelf life (3 mesi)

Pertanto, è importante capire le differenze tra le resine e come influenzano le proprietà del composito. Ma tutti i materiali compositi hanno vantaggi comuni: maggiore resistenza, rigidità, peso più leggero e migliore resistenza ambientale. Ognuna di queste caratteristiche può essere resa più evidente attraverso l'uso di resine complementari. Per selezionare la resina più adatta, è necessario innanzitutto determinare quali dovrebbero essere le proprietà principali richieste per il composito.

1. Supplementi alle caratteristiche esistenti

Il modo più economico per realizzare compositi leggeri è quello di utilizzare resine poliestere insaturi. La resina ha proprietà meccaniche, elettriche e chimiche relativamente buone e può essere utilizzata in una gamma di applicazioni generali come i profili di trasporto, strutturali e di costruzione.

Tuttavia, se è richiesta maggiore rigidità o resistenza, allora l'epossidico è probabilmente il migliore. Il legame tra la resina epossidica e le fibre è forte, il che significa che carichi di taglio più elevati possono essere trasferiti tra le fibre, dando al materiale composito valori di resistenza più elevati. In combinazione con il più elevato contenuto di fibre consentito dalle resine epossidiche, i compositi possono essere realizzati con un'eccellente resistenza e rigidità, che possono essere ulteriormente modificati per applicazioni ad alta temperatura se necessario.

In alternativa, se il composito deve essere resistente agli ambienti difficili oltre alla rigidità, le resine estere viniliche possono essere una scelta migliore. La struttura molecolare degli esteri vinilici fornisce resistenza chimica, quindi se i compositi devono essere utilizzati in ambienti marini o in applicazioni industriali dove sono presenti acidi o basi, l'uso di esteri vinilici migliorerà le prestazioni del composito.

Quando si producono profili compositi che devono essere assemblati con viti, il materiale composito deve essere forte contro crepe e rotture. Questo può essere ottenuto attraverso la progettazione strutturale, ma scegliere la resina giusta può semplificare la struttura, ridurre i costi e rendere il composito adatto a una gamma più ampia di applicazioni. Ad esempio, i poliuretani sono estremamente resistenti rispetto ai poliesteri insaturi, rendendoli ideali per tali applicazioni.

2. Aggiungere nuove funzionalità

Selezionando una resina che integra le caratteristiche più preziose del composito migliorerà le prestazioni e la longevità del composito. Tuttavia, prendere il tempo per scegliere la resina vi farà molto di più che migliorare le proprietà esistenti.

Le resine possono anche aggiungere proprietà completamente nuove ai prodotti compositi. Gli additivi in resina possono essere aggiunti alle resine per ottenere una serie di benefici: dai semplici miglioramenti nella finitura superficiale o nel colore, ai miglioramenti più complessi come la resistenza ai raggi UV, le proprietà antimicrobiche o antivirali.

Ad esempio, poiché le resine si decompongono naturalmente quando esposte alla luce del sole, l'aggiunta di assorbenti UV per proteggere dalle radiazioni UV può dare ai compositi migliori prestazioni in ambienti luminosi che spesso portano a fragilità e disintegrazione del materiale.

Allo stesso modo, gli additivi antimicrobici possono essere mescolati nella resina per prevenire contaminazioni batteriche o fungine. Questo è utile per qualsiasi prodotto composito che coinvolge la manipolazione umana, come macchinari, trasporti pubblici e attrezzature mediche.

3. Altre influenze esterne

Vale la pena notare che in alcuni casi, l'aggiunta di additivi resinici può cambiare le proprietà del composito. Ad esempio, in alcuni casi estremi, per funzionare efficacemente sono necessarie grandi quantità di additivi ignifughi. A questo punto, il numero di fibre nel composito deve essere ridotto, con una corrispondente riduzione di resistenza e rigidità.

La selezione della resina è una parte importante del design composito complessivo e non deve essere trascurata. La soluzione migliore può essere creata stabilendo le caratteristiche più desiderabili dei materiali compositi, abbinandoli con resine adatte a migliorare queste caratteristiche, e tenendo conto dell'equilibrio tra fibre e resine.