Valutazione del comportamento meccanico di laminati compositi rinforzati con fibre naturali
Autore
Alessandro Pietro Caruso - Università degli Studi di Napoli - Federico II - [2002-03]
Documenti
Abstract
Lo sviluppo raggiunto nella direzione della chimica applicata ed in dettaglio nella ricerca dei materiali e delle tecnologie di produzione in ambito industriale ha reso possibile lo sfruttamento di risorse che, in passato, non potevano esser considerate quale potenziale a cui attingere per la realizzazione di nuovi materiali di interesse tecnologico ed ingegneristico. L’utilizzo di materiali compositi nell’ambito di applicazioni strutturali, offre notevoli vantaggi rispetto ai materiali convenzionali come gli acciai e le leghe metalliche leggere, infatti essi consentono, tramite una adeguata distribuzione del rinforzo, di ottimizzare le proprietà del componente rispetto alla distribuzione spaziale degli sforzi. Questa eventualità permette di ottenere elevate caratteristiche di leggerezza, resistenza, rigidità e quindi di ottenere strutture di peso sensibilmente inferiore alle omologhe in metallo.
In questo ambito un recente interesse è stato rivolto ai compositi rinforzati con fibre naturali.
Un possibile campo di impiego dei fibro-compositi naturali è sicuramente quello dell’acustica dove tali materiali possono ed hanno trovato una naturale destinazione nella realizzazione di pannelli fonoassorbenti per camere acustiche e diffusori musicali per i quali la necessità di attenuare le vibrazioni prodotte dai trasduttori musicali e garantire certi valori di risonanza è divenuta una priorità. A tal proposito le fibre naturali utilizzate, quelle di sisal, hanno conferito più resistenza alla matrice di resina ed allo stesso tempo hanno reso il prodotto finale più flessibile ed elastico. Si segnala già l’impiego di fibra vegetale in tale direzione da parte di una nota ditta di prodotti di elettronica che ha gemellato l’utilizzo di tali compositi a quelli prodotti in fibra artificiale già utilizzati ampiamente in questo settore a conferma che l’integrazione fra le due tipologie di materiali compositi, tradizionali e non, è possibile.
Impieghi industriali in campo automobilistico, riguardano l’allestimento d’interni con riferimento alla realizzazione di particolari dell’abitacolo quali pannelli riempitivi laterali, per i quali la leggerezza è una dote molto apprezzata e non sono richieste significative prestazioni strutturali. Inoltre i laminati con rinforzo vegetale sono leggeri e come nel caso di quelli testati per questo lavoro di tesi, possono esser considerati a basso grado di tossicità Dall’adozione delle fibre naturali conseguono vantaggi rilevanti quali poter maneggiare sostanze a bassissimo grado di tossicità e inquinamento ambientale al contrario delle più diffuse fibre artificiali. Inoltre un completo schema di layout industriale dedicato alla produzione di compositi con rinforzo naturale ha un costo decisamente minore di quello per i compositi tradizionali e la messa in opera non necessita di personale particolarmente qualificato.
Questo lavoro di tesi si è occupato della caratterizzazione dei materiali compositi rinforzati con fibre naturali, perciò si è proceduto secondo l’idea di realizzare prototipi di laminati con differenti proprietà fisiche come la percentuale volumetrica di rinforzo, quella di resina, il tipo di fibra e la sua distribuzione nel volume di materiale generato. Sono state effettuate tre serie di prove rivolte alla caratterizzazione dei laminati e a tal fine sono state eseguite prove di trazione, flessione. Tuttavia, a causa della loro stessa natura, i materiali compositi oggetto della trattazione possono presentare una rottura di tipo fragile, il che li rende particolarmente sensibili a fattori quali urti da impatto a bassa velocità. Con riferimento ai meccanismi di assorbimento di energia, importantissimi al fine di progettare elementi che possono essere soggetti ad urti, diventa importante lo studio dei meccanismi di frattura della matrice e rottura delle fibre. Le prove dinamiche a caduta di peso possono consentire di stabilire l’attitudine di alcuni laminati più di altri ad assorbire energia da impatto prima di collassare ed esser perforate dall’impattatore.
Per questo motivo saranno presentati i risultati di una serie di prove da impatto eseguite mediante macchina a caduta di peso.
In questo ambito un recente interesse è stato rivolto ai compositi rinforzati con fibre naturali.
Un possibile campo di impiego dei fibro-compositi naturali è sicuramente quello dell’acustica dove tali materiali possono ed hanno trovato una naturale destinazione nella realizzazione di pannelli fonoassorbenti per camere acustiche e diffusori musicali per i quali la necessità di attenuare le vibrazioni prodotte dai trasduttori musicali e garantire certi valori di risonanza è divenuta una priorità. A tal proposito le fibre naturali utilizzate, quelle di sisal, hanno conferito più resistenza alla matrice di resina ed allo stesso tempo hanno reso il prodotto finale più flessibile ed elastico. Si segnala già l’impiego di fibra vegetale in tale direzione da parte di una nota ditta di prodotti di elettronica che ha gemellato l’utilizzo di tali compositi a quelli prodotti in fibra artificiale già utilizzati ampiamente in questo settore a conferma che l’integrazione fra le due tipologie di materiali compositi, tradizionali e non, è possibile.
Impieghi industriali in campo automobilistico, riguardano l’allestimento d’interni con riferimento alla realizzazione di particolari dell’abitacolo quali pannelli riempitivi laterali, per i quali la leggerezza è una dote molto apprezzata e non sono richieste significative prestazioni strutturali. Inoltre i laminati con rinforzo vegetale sono leggeri e come nel caso di quelli testati per questo lavoro di tesi, possono esser considerati a basso grado di tossicità Dall’adozione delle fibre naturali conseguono vantaggi rilevanti quali poter maneggiare sostanze a bassissimo grado di tossicità e inquinamento ambientale al contrario delle più diffuse fibre artificiali. Inoltre un completo schema di layout industriale dedicato alla produzione di compositi con rinforzo naturale ha un costo decisamente minore di quello per i compositi tradizionali e la messa in opera non necessita di personale particolarmente qualificato.
Questo lavoro di tesi si è occupato della caratterizzazione dei materiali compositi rinforzati con fibre naturali, perciò si è proceduto secondo l’idea di realizzare prototipi di laminati con differenti proprietà fisiche come la percentuale volumetrica di rinforzo, quella di resina, il tipo di fibra e la sua distribuzione nel volume di materiale generato. Sono state effettuate tre serie di prove rivolte alla caratterizzazione dei laminati e a tal fine sono state eseguite prove di trazione, flessione. Tuttavia, a causa della loro stessa natura, i materiali compositi oggetto della trattazione possono presentare una rottura di tipo fragile, il che li rende particolarmente sensibili a fattori quali urti da impatto a bassa velocità. Con riferimento ai meccanismi di assorbimento di energia, importantissimi al fine di progettare elementi che possono essere soggetti ad urti, diventa importante lo studio dei meccanismi di frattura della matrice e rottura delle fibre. Le prove dinamiche a caduta di peso possono consentire di stabilire l’attitudine di alcuni laminati più di altri ad assorbire energia da impatto prima di collassare ed esser perforate dall’impattatore.
Per questo motivo saranno presentati i risultati di una serie di prove da impatto eseguite mediante macchina a caduta di peso.
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