I polimeri sono uno dei materiali più comunemente usati e conosciuti del 21° secolo. Tuttavia, i polimeri puri non sono sufficienti per l’uso in industrie che richiedono grande robustezza ed eccellente resistenza al calore. Di conseguenza, i compositi termoplastici sono i materiali preferiti e la creazione di questi nuovi materiali richiederà il superamento di ostacoli quali l'elevato consumo energetico, i costi elevati dei materiali, l'affidabilità e la riciclabilità.

La fibra di carbonio (CF) ha attirato l'attenzione dei ricercatori per le sue eccellenti caratteristiche come leggerezza, resistenza alle alte temperature, bassa densità, alto modulo e buona resistenza chimica. Il CF è anche un materiale unico con un elevato rapporto resistenza/peso, bassa tossicità, riciclabile, non corrosivo e buona resistenza all'usura. In generale, la CF ha proprietà elettriche, fisiche, meccaniche e termiche significative.

Il materiale composito termoplastico si riferisce al polimero termoplastico(come polietilene (PE), poliammide (PA), polifenilene solfuro (PPS), polieterimmide (PEI) e polietere etere chetone (PEEK) come matrice, con una varietà di fibre continue/discontinue (come fibra di carbonio, fibra di vetro , ecc.) come rinforzo del materiale composito.

I compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio (CFRTP) hanno eccellenti proprietà termiche, meccaniche ed elettriche, che li rendono ampiamente utilizzati nell'edilizia e nelle costruzioni, nel settore marittimo, automobilistico, negli articoli sportivi e nelle applicazioni aeronautiche.

La fibra di carbonio è un materiale promettente per rinforzare la matrice polimerica. Esistono diversi tipi di materiali CF a seconda dei loro precursori/materie prime, proprietà e temperature di lavorazione nella fase di trattamento termico. La CF può anche essere classificata in base alle fibre discontinue e continue (l'orientamento delle fibre all'interno della matrice) o alla loro lunghezza. Di conseguenza, molti produttori producono diversi tipi di CF.

Ad esempio, i compositi basati su fibre discontinue vengono utilizzati in applicazioni ad alto volume in cui è richiesto che le proprietà siano quasi isotrope. I compositi continui a base di fibre, d'altra parte, sono ampiamente utilizzati in applicazioni a basso volume in cui sono richieste proprietà meccaniche più elevate in una o entrambe le direzioni, come travi di supporto, piastre di impatto e contenimento.

I compositi in fibra di carbonio a base di resina termoplastica presentano cristallizzazione e transizione vetrosa durante la lavorazione, mentre i compositi in fibra di carbonio a base di resina termoindurente presentano reazioni di reticolazione e indurimento. Dal punto di vista della difficoltà del processo, il composito termoplastico in fibra di carbonio è più difficile da infiltrare rispetto al composito in fibra di carbonio termoindurente nel processo di preparazione, ma allo stesso tempo anche i vantaggi sono evidenti: ha un ciclo di stampaggio breve, un buon impatto resistenza, saldabile, può realizzare stampaggio secondario e elevata libertà di progettazione strutturale.

Varie parti realizzate in materiali compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio presentano i vantaggi di bassa densità, elevata resistenza, tenacità relativamente elevata, riciclaggio e riutilizzo e hanno un'ampia gamma di prospettive di applicazione in campo aerospaziale, militare, macchinari di fascia alta, medico e altri campi .

Cinque principali compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio

1. PPS rinforzato con fibra di carbonio
Il PPS è una resina termoplastica semicristallina con eccellenti proprietà meccaniche, resistenza all'erosione chimica, ritardante di fiamma e così via. Anche il metodo di rinforzo della fibra di carbonio ha un effetto molto evidente sulle prestazioni del PPS. Nell'intervallo inferiore al 50%, maggiore è il rapporto volumetrico della fibra di carbonio nel materiale composito termoplastico, maggiori saranno le proprietà meccaniche del materiale composito.

(PA+LCF)

4. Materiale composito in polietere etere chetone (PEEK) rinforzato con fibra di carbonio
Il composito PEEK rinforzato con fibra di carbonio è un tipo di materiale composito con speciale polietere etere chetone (PEEK) in plastica tecnica come matrice di resina in fase continua e fibra di carbonio (CF) come rinforzo in fase dispersa. Attualmente, i compositi termoplastici continui rinforzati con fibra di carbonio sono utilizzati principalmente nei campi aerospaziale, satellitare, militare e in altri campi.

5. Materiale composito CF/PEI
Il PEI è un tipo di polimero amorfo ad alte prestazioni con eccellenti proprietà meccaniche, isolamento elettrico, resistenza alle radiazioni, resistenza alle alte e basse temperature e resistenza all'usura. I compositi CF/PEI con diversi orientamenti CF hanno proprietà di attrito, modulo di trazione, tenacità e deformazione diversi. Attraverso il processo di modifica, l'interfaccia tra la matrice CF e PEI può essere migliorata, in modo che il numero di fibre estratte quando il materiale si rompe sia notevolmente ridotto e la resistenza alla trazione, la resistenza allo snervamento, il modulo elastico e il coefficiente elastico di CF/PEI compositi sono migliorati.



Allo stato attuale, i compositi termoplastici mostrano una notevole maturità e innovazione nello stato tecnico. Questi materiali sono stati ampiamente utilizzati in diversi settori grazie alle loro proprietà uniche come leggerezza, elevata resistenza, riciclabilità e flessibilità di lavorazione. I paesi stranieri hanno iniziato a usarlo su larga scala. I fornitori di materiali rappresentati da TenCate, Victrex, ecc., i fornitori di apparecchiature per l'automazione rappresentati da Automated Dynamics e le unità di ricerca manifatturiera rappresentate da KVE, TPRC, FOKKER, ecc. Le imprese di applicazioni aeronautiche rappresentate da Airbus e Boeing si sono sviluppate sistematicamente e le loro tecnologie sono diventate sempre più perfetto. Allo stesso tempo, la tendenza attuale mostra che i compositi termoplastici si stanno sviluppando nella direzione di prestazioni migliori, costi inferiori e maggiore protezione ambientale. Soprattutto nel settore aerospaziale, automobilistico, edile ed elettronico, questi materiali svolgono un ruolo sempre più importante.