Manferlotti, Adriano (2006) Monitoraggio ed ottimizzazione dei processi di liquid molding per la produzione di materiali compositi. [Tesi di dottorato] (Inedito)

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Abstract

Nel corso degli ultimi decenni i materiali compositi hanno acquisito una rilevanza sempre maggiore in svariati settori industriali tra i quali si ricordano ad esempio quelli aeronautico, aerospaziale ed automobilistico. In particolare, nell’ambito dei materiali compositi, grande interesse è stato suscitato da quelli a matrice plastica rinforzati da fibre di carbonio. Esiste un’ampia varietà di processi per la realizzazione di strutture composite a matrice polimerica in funzione delle proprietà dei materiali di partenza e delle caratteristiche finali auspicate. Negli ultimi anni, un utilizzo sempre maggiore stanno assumendo le tecniche di produzione basate sull’infusione di preforme secche di rinforzo. In pratica, il materiale finale viene ottenuto a partire da film o fusi polimerici e rinforzi secchi in luogo dei ben più noti tessuti preimpregnati. Tali tecniche, più o meno differenti tra loro, sono comunemente chiamati processi LCM (Liquid Composite Molding). Sulla base di queste necessità il presente lavoro si propone lo sviluppo e l’utilizzo di sensori in fibra ottica per il monitoraggio on-line del flusso di resina durante la fase di infusione, in particolare, l’analisi sperimentale ha riguardato la caratterizzazione di un rinforzo in situ nell’ambito di un processo V.A.R.T.M. (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding). Precedentemente all’applicazione dei sensori ed alle misure di permeabilità della preforma, è stato necessario riuscire a mettere a punto i processi di produzione di tipo liquid molding. Con un approccio di tipo trail and error, coadiuvato da uno studio sulla letteratura al riguardo e da una caratterizzazione termica e reologica della resina utilizzata, sono, in particolare, stati messi a punto dei set-up da laboratorio per i processi di Resin Film Infusion (R.F.I.) e Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (V.A.R.T.M.). In questa direzione, il primo passo è stato quello di condurre una caratterizzazione termica e reologica della resina Hexcel RTM 6, utilizzata successivamente per la produzione di materiali compositi mediante la tecnologia di V.A.R.T.M. La seconda fase del lavoro sperimentale ha riguardato la realizzazione di strutture planari in composito a matrice epossidica rinforzate con fibre di carbonio ottenute con un processo di Resin Film Infusion (R.F.I.) mediante l’utilizzo di una pressa da laboratorio. Successivamente, la nostra attenzione è stata rivolta principalmente al processo di Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (V.A.R.T.M.), e, in tale ambito, dopo aver ottimizzato il set up sperimentale, si sono realizzate diverse strutture planari a matrice epossidica e rinforzo costituito da fibre di carbonio unidirezionali disposte secondo diversi tipi di lay-up. Dopo aver verificato la bontà del nostro set-up per la produzione di laminati mediante processo V.A.R.T.M., ha, quindi, avuto inizio la fase relativa al monitoraggio del processo di infiltrazione. La fase di infiltrazione della preforma da parte della resina costituente la matrice, nei processi LCM, è comunemente modellata mediante la legge di Darcy; in quest’ottica, note le proprietà chemeoreologiche della resina, risulta chiara la necessità di valutare la permeabilità del rinforzo. La permeabilità del rinforzo, come accennato in precedenza, è stata misurata sperimentalmente grazie all’utilizzo di sensori in fibra ottica. Riguardo a quest’attività è stato messo a punto sia un set-up hardware sia un programma in ambiente LabView® per la gestione dell’ hardware e per l’elaborazione delle misure effettuate. I tempi di infiltrazione misurati sperimentalmente sono stati confrontati con quelli previsti da un software di simulazione realizzato dall’Ing. Antonucci, mostrando una buona corrispondenza tra i risultati sperimentali e i risultati delle simulazioni.

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