TECNOLOGIE DI LIQUID MOULDING
Tecniche legate alla produzione di materiali compositi, caratterizzate dal
flusso di una matrice polimerica termoindurente (resina) attraverso un
rinforzo asciutto a base di fibre lunghe (INFUSIONE O FIBRES
WETTING).
•RESIN TRANSFER MOULDING (RTM)
•VACUUM ASSISTED RESIN TRANSFER MOULDING
(VARTM)
•VACUUM INFUSION (SCRIMP)
•LIGHT RESIN TRANSFER MOULDING (LRTM)
Vantaggi dei processi di Liquid Moulding in confronto con
le tecnologie a stampo aperto
•Produzione di parti di elevate dimensioni e monolitiche;
•Buon controllo del contenuto di fibre (percentuale in volume);
•Possibilità di usare resine caricate con additivi, quali i ritardanti di
fiamma o altri;
•Possibilità di realizzare strutture sandwich ed introdurre inserti;
•Buona finitura su tutte le superfici;
•Buon controllo degli spessori e delle tolleranze dimensionali;
•Tempi di ciclo più brevi rispetto alle tecnologie a stampo aperto;
•Ridotta emissione di VOC (Volatile Organic Compounds).
Resin Transfer Moulding (RTM)
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
- Forza motrice: Pressione di Iniezione – Generalmente bassa (≤ 8 bar);
- Processo in stampo chiuso;
- Sono utilizzate molte tipologie di fibre e configurazioni per i rinforzi;
- Possono essere utilizzati anche pre-impregnati;
VANTAGGI DELLA TECNICA RTM
- Grado d’automazione elevato ⇒ buona produttività e bassi costi;
- Quasi totale assenza di operazioni di rifinitura;
- Buona qualità superficiale;
- Frazione in volume di fibre controllabile;
- Possono essere integrati nelle parti prodotte degli inserti (anche
metallici), nervature e materiali d’anima;
- Bassi costi di impianto e di attrezzature.
ASPETTI CRITICI DELLA TECNICA RTM
- Impregnazione delle fibre;
- Evoluzione della viscosità e flusso della resina;
- Tempi di riempimento;
- Linee di saldatura
Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding (VARTM)
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
•Pressione in cavità inferiore ad 1 atmosfera;
•Forza motrice: Pressione di iniezione + vuoto all’interno delle cavità;
•Utilizzo di strumenti leggeri e flessibili: Risparmio economico;
•Migliore impacchettamento delle fibre rispetto al processo RTM.
Light Resin Transfer Moulding(LRTM)
Punto di
risucchio
Input delle
Resina
Canale iniziale di flusso
Rinforzo
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
•Forza motrice: Gradiente di pressione tra l’interno dello stampo
(Pcavity<< Patm) e le regioni esterne (Pout= Patm);
•Basse pressioni (max 1 bar);
•Uso di strumenti molto leggeri e flessibili - Controstampo in
vetroresina;
•Vuoto applicato nella zona centrale;
•L’iniezione avviene da un canale che si trova sul bordo dello stampo;
•Si ottengono laminati privi di vuoti.
VACUUM INFUSION O SCRIMP (Seeman’s Composite Resin
Infusion Molding Process)
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
•Si usano un semistampo ed un sacco da vuoto come contro-stampo;
•La resina viene aspirata per effetto del vuoto applicato;
•Nello SCRIMP sono brevettati i mezzi di distribuzione della resina
•Possono essere prodotte componenti di grandi dimensioni e con forme
anche complicate.
Caratteristiche fondamentali dei mezzi di distribuzione di resina
- Elevata permeabilità, soprattutto quando si applica il vuoto;
- Mezzi “traspiranti” che diffondono sia il vuoto sia la resina e agiscono
da membrana flessibile compattando il rinforzo per azione del vuoto;
Mezzi esterni
Mezzi interni
MATERIALI UTILIZZATI
Resine Termoindurenti
1) Poliestere Insature
Caratteristiche generali: - Vasto campo di applicazione
- Modeste proprietà meccaniche e termiche
Proprietà
UPR rigide
UPR resilienti
UPR flessibili
Resistenza a flessione (MPa)
115
110
-
Modulo a flessione (GPa)
4.76
2.76
-
Resistenza a trazione (MPa)
72.4
48.3
9.38
Deformazione a rottura (%)
1.8
8
65
Resistenza a compressione (MPa)
155
212
-
Resistenza a impatto Izod (N*m/m)
21.4
26.7
80.1
Assorbimento umidità 24h (%)
0.21
0.23
0.4
HDT (°C)
90
60
-
Densità (g/cm3) (liquido ÷ solido)
1.13 ÷ 1.22
1.14 ÷ 1.22
1.11 ÷ 1.05
CTE (cm/cm*°C)
6.3*10-5
-
-
2) Epossidiche
Caratteristiche generali: - Alta performance meccanica e termica
Proprietà
EPON 828/MPDA
DEN 438/MDA
ERLA 2772/MPDA
Composizione
100/14.6
100/28
100/14
Resistenza a trazione (MPa)
69 ÷ 90
66
88
Modulo a Trazione (GPa)
3.17
3.10
3.24
Allungamento a rottura (%)
2.50 ÷ 6.50
3.10
3.20
Resistenza a compressione (MPa)
128
-
137
Modulo a compressione (GPa)
2.83
-
3.00
Deformazione a compressione (%)
-
-
11.0
Resistenza a flessione (MPa)
141
134
-
Modulo a flessione (GPa)
3.24
2.97
-
Allungamento a flessione (%)
-
6.4
-
3) Altre resine meno utilizzate
3.1) Vinilestere: Come le poliestere, ma con superiori proprietà
meccaniche e maggiore deformabilità (Resine
vinilestere a base epossidica).
3.2) Fenoliche: Usate insieme alle fibre di vetro offrono una
straordinaria resistenza alla fiamma;
Alta temperatura di lavoro;
3.3) Bismaleimidiche: Utilizzate per compositi ad alta
performance, soprattutto termica;
Impiego a temperature superiori a 180°C.
Caratteristica comune a tutte le resine da infusione
•Bassa viscosità < 0.8 Pa*s
Rinforzi
1) Fibra di Carbonio
Caratteristiche meccaniche: Modulo: 200 GPa ÷ 1035 GPa
Densità: 1.5 g/cm3 ÷ 2.1 g/cm3
Resistenza: 3.5 GPa ÷ 5.6 GPa
Vantaggi: Alto modulo e bassa densità;
CTE pressochè trascurabile;
Alta resistenza a fatica.
Svantaggi: Fragilità e conducibilità elettrica;
Alti costi.
2) Fibre aramidiche - Kevlar
Caratteristiche meccaniche: Modulo: 112 GPa ÷ 150 GPa
Densità: 1.4 g/cm3
Resistenza: 3.6 GPa
Vantaggi: Alto modulo, alta resistenza (impatto) e bassa densità;
Alta resistenza meccanica e stabilità termica;
Svantaggi: Assorbimento acqua;
Alti costi;
Sensibilità agli UV.
3) Fibra di vetro: E-Glass ⇒ Basso costo e modeste proprietà meccaniche;
S-Glass ⇒ Buone proprietà meccaniche;
C-Glass ⇒ Buona resistenza chimica;
Caratteristiche meccaniche: Modulo: 72 GPa ÷ 87 GPa
Densità: 2.5 g/cm3
Resistenza: 3.4 GPa ÷ 4.3 GPa
Vantaggi: Buona resistenza e bassa conducibilità;
Bassi costi;
Svantaggi: Basso modulo;
Alta densità.
4) Altre fibre
4.1) Inorganiche: Boro ⇒ Costose, alta temperatura di lavoro;
⇒ Alto Modulo: 400 GPa.
Allumina ⇒ Costose e pesanti;
⇒ Alto Modulo: 379 GPa.
4.2) Organiche: Polietilene a catena estesa ⇒ Bassa temperatura
di
utilizzo;
⇒ Alta resistenza;
⇒ Scarsa compatibilità
con le matrici.
Polipropilene ⇒ Usate solo pere il rinforzo del
PP.
Nylon ⇒ Assorbimento d’acqua;
⇒ Basso modulo e resistenza paragonabile