.:: I MATERIALI COMPOSITI NELLA
COSTRUZIONE AUTOMOBILISTICA ::.


.:: Struttura a sandwich: - 1. Pelle - 2. Adesivo - 3. "Core" a nido d'ape ::.

L'automobile moderna deve offrire affidabilità, durata, basso consumo di carburante, ridotti costi di esercizio e naturalmente un rapporto tra costo e prestazioni che sia competitivo con la concorrenza.
Per tutti questi motivi l'industria è sempre alla ricerca di nuovi materiali e tecniche per ottenere i risultati voluti.
in particolare il consumo di carburante dipende dalla resistenza aerodinamica, dalla resistenza al rotolamento di tutta la catena cinematica dal motore alle ruote, dal rendimento del motore, e dal peso.
In particolre quest'ultimo può essere ridotto con il calcolo acurato delle strutture (come si fa oggi con i sistemi CAE), ma anche grazie all'impiego di materiali nuovi.
Quali ad esempio i pannelli formati da fibre sintetiche legate da resine termoindurenti, oppure i cosidetti "sandwich", che sono compositi di materiali diversi (lamierino sottilissimo di alluminio, carta, acciaio inox, carta aramidica impregnata di resina fenolica) e di spessore dato, sulle cui facce vengono incollate "pelli" che possono essere metalliche oppure nuovamente fibre e resina.
Il sandwich composto da pelli metalliche si presenta con iteressanti caratteristiche di resistenza unitamente ad un costo inferiore rispetto ai compositi non metallici; ma si hanno minori vantaggi in fatto di peso, mentre si ripropongono i problemi di protezione contro la corrosione, tipici delle strutture metalliche classiche. Vengono esaminati quindi solo i compositi con pelli non metalliche.
Le fibre attualmente usate sono quelle di vetro, di carbonio e di Kevlar, ma è in corso una notevole attività di ricerca su altri materiali, per esempio il boro.

.:: VETRO ::.

Le fibre di vetro sono quelle utilizzate da più lungo tempo; hanno un basso costoed interessanti caratteristiche specifiche; il loro comportamento è essenzialmente elastico fino a rottura, e sono disponibili in due tipi principali:
il tipo E, che ha caratteristiche variabil isecondo le condizioni ambientali e gli eventuali pretrattamenti termici e il tipo R che maniene invariato il carico di rottura fino a 400 gradi.
Queste fibre possono essere disposte secondo varie configurazioni:

  • Roving : fasci di fibre parallele /stands) unite fra loro.
  • Yarn : stands avvolti tra loro.
  • Mat : si ottiene tagliando il roving in fibre corte e poi disponendolein modo casuale a formare un feltro.
  • Tessuto : si produce organizzando roving e/o stands secondo un trama e un ordito.


  • .:: KEVLAR ::.

    Dal 1972 è disponibile una fibra organica prodotta dalla DuPont e commercializzata con il nome di Kevlar. Ne esistono di due tipi, indicati dai numeri 29 e 49. Di questi il secondo possiede le più alte caratteristiche specifiche. Il Kevlar ha una maggiore costanza dei valori di rresistenza al variare del rapporto tra lunghezza e diametro (rispetto al vetro ed al carbonio) ma una resistenza a compressione molto minore di quella a trazione. Le fibre di Kevlar sono offerte sotto forma di roving, ma soprattutto di tessuto.

    .:: CARBONIO ::.

    Presenta caratteristiche diverse a seconda del processo di fabbricazione e si possono ottenere fibre ad alto modulo di elasticità oppure ad alta resistenza, comunque sempre con un comportamento elastico lineare fino alla rottura.
    Le fibre possono essere disposte secondo le stesse configurazioni viste per quelle di vetro.

    .:: MATRICI ::.

    Le matrici usate per i compositi sono di tre tipi :

  • Resine termoindurenti
  • Resine termoplastiche
  • Resine espanse


  • Termoindurenti sono quelle resine che raggiungono uno stato di indurimento stabile se gli viene formnita una certa quantità di calore, non si liquefano al crescere della temperatura, carbonizzano ad una data temperatura critica.
    Le più comuni resine termoindurenti sono le poliesteri, le epossidiche e le vinilesteri.
    Le resine termoplastiche rammoliscono sotto l'azione del calore ed induriscono raffreddandosi; possono essere lavorate sottoponendole a cicli termici senza deformazioni permanenti.
    I tipi più usati sono le poliammidi, polipropileniche ed acetaliche.
    Le resine espanse sono molto porose per l'azione dell'aria, vapore o gas agenti durante la fase di polimerizzazione; quasi tutte le resine citate possono diventare espanse con una opportuna lavorazione, producendo materiali con densità pari al 3-5% di quella originale; al diminuire della densità diminuiscono le proprietà meccaniche.


    .:: Modello matematico della scocca in materiali compositi dell'ECV ::.

    Il telaio-scocca è stato realizzato con Fibre di Carbonio e Kevlar impregnate di resine epossidiche, utilizzate per formare pannelli sandwich con un nucleo a nido d'ape oppure di schiuma rigida. I vari materiali sono stati impiegati in base alle particolari esigenze di resistenza delle varie zone e delle caratteristiche dei materiali stessi: dell'analisi delle sollecitazioni nei vari punti della struttura, effettuata al computer con il metodo degl ielementi finiti, sono stati individuati i punti di maggior carico della struttura stessa.

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