Tecnologia del
processo in autoclave
Università degli studi di Messina
Corso di laurea in INGEGNERIA DEI MATERIALI
• Le autoclavi aggiungono una
versatilità
versatilità al processo produttivo.
considerevole
• Possono essere utilizzate per produrre sia pezzi
singoli di grosse dimensioni (settore aeronautico)
sia pezzi più piccoli e numerosi posizionati
contemporaneamente all’interno dell’autoclave.
SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
COMPOSITI
A MATRICE POLIMERICA
Prof. A.M.Visco
• Rappresenta
la
culminazione
dei
processi
produttivi precedenti poiché la finitura superficiale
del prodotto dipende da questa fase.
Lezione T3 : Processi di realizzazione di
materiali compositi
Processo in autoclave
La polimerizzazione
La polimerizzazione avviene esponendo il materiale a
condizioni controllate di temperatura e pressione:
¾ Temperatura è responsabile della cura della resina
¾ Pressione provoca fuoriuscita della resina in eccesso
e delle bolle di gas intrappolate tra gli strati.
Per ogni materiale si ha un opportuno ciclo di cura in
funzione dell’applicazione e delle prestazioni richieste
al pezzo finito.
I parametri che determinano la qualità finale del prodotto
¾ Uniformità della polimerizzazione
¾Tempo di polimerizzazione
¾ Temperatura all’interno del composito
¾ Applicazione della pressione
¾ Flusso di resina
La polimerizzazione
I criteri sono:
-
materiale uniformemente e completamente indurito;
indurito
tempo di processo più breve possibile;
temperatura del materiale inferiore al valore massimo
tollerato dalla resina;
- ciclo di pressione che elimini la resina in eccesso e limiti
la presenza di vuoti;
- distribuzione uniforme della resina nel materiale
polimerizzato.
Parametri Polimerizzazione 1
Uniformità
Uniformità della polimerizzazione
Grandi spessori:
‰ gradienti termici
‰ non uniforme distribuzione di T lungo lo spessore
‰ gradiente di conversione (indurimenti differenziati
della resina)
‰ degradazione della resina dove T>Tg della matrice
termoindurente.
L’obiettivo:
‰ applicare dei cicli termici che realizzino delle
distribuzioni uniformi di T.
1
Parametri Polimerizzazione 2
Parametri Polimerizzazione 3
Tempo di polimerizzazione
La polimerizzazione termina quando l’indurimento della
resina avrà raggiunto, in ogni suo punto, un valore
accettabilmente elevato (deve almeno superato la
conversione di gelificazione del materiale).
Sul tempo di completamento della polimerizzazione
influiscono in particolare il gradiente termico e la
temperatura massima raggiunta durante il ciclo:
maggiori sono questi valori, più rapido sarà il
completamento della reazione.
Parametri Polimerizzazione 4
Temperatura all’
all’interno del composito
‰ Il calore è
‰ Piccoli spessori e
bassi gradienti termici:
- temperatura distribuita uniformemente
- perpendicolarmente ai vari strati del laminato
‰ Elevati spessori ed elevato gradiente termico:
- inadeguato riscaldamento del materiale
- si può superare la Tmax sopportabile dalla resina
per la lenta dissipazione di calore
Parametri Polimerizzazione 5
Flusso di resina
Applicazione della pressione
‰ quando la viscosità
viscosità della resina è bassa;
‰ tanto più elevata quanto più rapido è l’aumento di
temperatura;
‰ tanto più vicina all’istante di inizio del ciclo termico:
è dannoso posticipare l’l’inizio del ciclo di pressione,
mentre nulla assicura che un suo anticipo porti dei
vantaggi.
Sequenza operazioni
•
•
•
•
•
•
•
fornito dall’esterno
‰ La reazione chimica esotermica
‰
Fuoriesce per azione della pressione applicata
Bassa viscosità
viscosità della resina
‰ Il valore della pressione è legato:
- spessore del composito
- temperatura imposta
- gradiente termico
‰ Un Elevato numero di strati necessità di un bilanciamento
tra P e T per evitare una solidificazione prematura o la non
completa compattazione degli strati.
‰
Sistema sottovuoto
Applicazione del distaccante sullo stampo
Taglio dei tessuti
Stratificazione
Sistema sottovuoto
Polimerizzazione in autoclave
Estrazione dallo stampo
Finitura
Come Vacuum Bagging …. ma le temperature sono maggiori
Stampo in acciaio alluminio, nichel, invar o composito
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Posizionamento in autoclave
Il sacco è in materiale flessibile (poliestere, cloruro di
polivinile, gomma, vetro ricoperto di gomma o nylon).
Ha uno spessore in genere di 0.03 mm ed è adattabile a molte
forme.
Per forme meno complicate si possono utilizzare per la chiusura
delle guarnizioni di gomma:
Il campo dei valori delle pressioni durante il ciclo in autoclave sono:
Nei sandwich : 2.6-5.5 atm,
laminati pieni : 5.5-7atm
Polimerizzazione in autoclave
Tipico ciclo termico in autoclave
di un composito a matrice epossidica
‰ viscosità
‰ velocità di riscaldamento
200
‰ tempo di gelificazione
‰ contenuto di resina
‰ spessore
8
Pressione
6
Temperatura
5
150
4
100
3
2
Viscosità
50
1
Vuoto
0
0
0
La temperatura e la pressione di cura
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Pressione [kg/cm2]
250
Temperatura [°C]
‰ condizioni di flusso della resina
1
2
3
Tempo [h]
4
5
6
Estrazione dallo stampo
La temperatura lungo tutto il laminato deve essere uniforme e
non deve superare in prescritto limite (in genere la Tg della
resina);
La pressione di cura è sufficiente alta da consentire la
fuoriuscita di tutta la resina in eccesso dagli strati
impregnati prima che gelifichi (aumenti di viscosità) lungo
tutto il laminato.
Effetti causati dalla diversa dilatazione termica tra stampo e composito
Si deve raggiungere il livello di cura minimo ipotizzato:
troppo basso non garantisce un’elevata rigidezza al pezzo
finito che può perfino deformarsi all’uscita dallo stampo;
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