Che cos'è il composito termoplastico?

Negli ultimi anni, i compositi termoplastici rinforzati con fibra basati su resina termoplastica si sono sviluppati rapidamente e la ricerca e lo sviluppo di questo tipo di materiali compositi ad alte prestazioni sta innescando un'alta marea nel mondo. Il materiale composito termoplastico si riferisce a polimero termoplastico (come polietere (PE), poliammide (PA), polifenilene solfuro (PPS), polietere immide (PEI), polietere chetone chetone (PEKK) e polietere etere chetone (PEEK) come matrice, materiali compositi costituiti da varie fibre continue/discontinue (come fibra di carbonio, fibra di vetro, aramidone fibra, ecc.) come materiali di rinforzo.

I compositi termoplastici a base lipidica comprendono principalmente granuli rinforzati con fibra lunga (LFT), strisce preimpregnate rinforzate con fibra continua MT e compositi termoplastici rinforzati con fibra di vetro (CMT). A seconda delle diverse esigenze di utilizzo, la matrice di resina comprende PP/PAPRT/PELPCPES/PEEKPI/PA e altri tecnopolimeri termoplastici, e i tipi di dimensione includono tutte le possibili varietà di fibre come vetriolo secco di vetro e borodimension. Con lo sviluppo della tecnologia dei compositi a matrice di resina termoplastica e lo sviluppo di materiali riciclabili, il rapido sviluppo della varietà di materiali riciclati nei paesi sviluppati in Europa e negli Stati Uniti ha rappresentato oltre il 30% della quantità totale di materiali compositi a matrice arborea .

Matrice termoplastica

La matrice termoplastica è un materiale termoplastico che presenta buone proprietà meccaniche e resistenza al calore e può essere utilizzato per produrre varie forniture industriali. La matrice termoplastica è caratterizzata da elevata resistenza, elevata resistenza al calore e buona resistenza alla corrosione.

Attualmente, le resine termoplastiche applicate al settore aeronautico sono principalmente substrati in resina resistenti alle alte temperature e ad alte prestazioni, tra cui PEEK, PPS e PEI. Tra questi, il PEI amorfo ha più applicazioni nelle strutture degli aeromobili rispetto al PPS semicristallino e al PEEK ad alta temperatura di stampaggio a causa della temperatura di lavorazione e dei costi di lavorazione inferiori.

La resina termoplastica ha migliori proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione chimica, temperatura di servizio più elevata, elevata resistenza e durezza specifica, eccellente tenacità alla frattura e tolleranza ai danni, eccellente resistenza alla fatica, può modellare forme e strutture geometriche complesse, conduttività termica regolabile, riciclabilità, buona stabilità in ambienti difficili, caratteristiche ripetibili di stampaggio, saldatura e riparazione.

Il materiale composito composto da resina termoplastica e materiale di rinforzo ha durabilità, elevata tenacità, elevata resistenza agli urti e tolleranza ai danni. Il prepreg in fibra non deve più essere conservato a bassa temperatura, periodo di conservazione illimitato; Ciclo di stampaggio breve, saldabile, alta efficienza produttiva, facile riparazione; I rifiuti possono essere riciclati; La libertà di progettazione del prodotto è ampia, può essere trasformata in forme complesse, formando adattabilità e molti altri vantaggi.

Materiale di rinforzo

Le proprietà dei compositi termoplastici non dipendono solo dalle proprietà delle resine e delle fibre rinforzate, ma sono anche strettamente correlate ai metodi di rinforzo delle fibre, che hanno tre forme base: rinforzo delle fibre corte, rinforzo delle fibre lunghe e rinforzo delle fibre continue.

In generale, la lunghezza del rinforzo della fibra in fiocco è compresa tra 0,2 e 0,6 mm e poiché la maggior parte delle fibre ha un diametro inferiore a 70μm, la fibra in fiocco assomiglia più a una polvere. I materiali termoplastici rinforzati con fibre corte sono generalmente prodotti miscelando le fibre in un materiale termoplastico fuso. La lunghezza delle fibre e l’orientamento casuale nella matrice rendono relativamente facile ottenere una buona bagnatura, e i compositi a fibre corte sono i più facili da produrre con un miglioramento minimo delle proprietà meccaniche rispetto ai materiali a fibre lunghe e rinforzati con fibre continue. I compositi a fibra corta tendono a essere stampati o estrusi per formare parti finali perché le fibre corte hanno un impatto minore sulla fluidità.

La lunghezza delle fibre dei materiali compositi rinforzati con fibre lunghe è generalmente di circa 20 mm, che viene solitamente preparata mediante resina bagnante continua delle fibre e tagliando ad una certa lunghezza. Il processo comunemente utilizzato è lo stampaggio per pultrusione, che viene prodotto trafilando uno stoppino continuo misto a fibra e resina termoplastica attraverso una speciale matrice di stampaggio. Allo stato attuale, le proprietà strutturali dei materiali compositi termoplastici PEEK rinforzati con fibre lunghe attraverso la stampa FDM possono raggiungere più di 200 MPa, il modulo può raggiungere più di 20 GPa e le prestazioni saranno migliori attraverso lo stampaggio a iniezione.

Le fibre nei compositi rinforzati con fibra continua sono "continue", con una lunghezza che varia da pochi metri a diverse migliaia di metri, e i compositi a fibra continua generalmente forniscono laminati, preimpregnati o tessuti intrecciati, ecc., impregnando le fibre continue con il desiderato matrice termoplastica.

(LFT-G® Composti termoplastici rinforzati con fibre lunghe)

Quali sono le caratteristiche dei compositi fibrorinforzati

I compositi rinforzati con fibra sono compositi formati da materiali in fibra rinforzata, come fibra di vetro, fibra di carbonio, fibra aramidica, ecc., e materiali a matrice attraverso processi di avvolgimento, stampaggio o stampaggio a pultrusione. In base ai diversi materiali di rinforzo, i comuni compositi rinforzati con fibra sono suddivisi in composito rinforzato con fibra di vetro (GFRP), composito rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) e composito rinforzato con fibra aramidica (AFRP).

Perché i compositi rinforzati con fibre hanno le seguenti caratteristiche:
(1) La resistenza specifica è elevata e il modulo specifico è ampio
(2) Le proprietà dei materiali sono progettabili
(3) Buona resistenza alla corrosione e durata
(4) Il coefficiente di dilatazione termica è simile a quello del calcestruzzo

Queste caratteristiche rendono i materiali FRP in grado di soddisfare le esigenze delle strutture moderne di grandi dimensioni, grattacieli, carichi pesanti, leggeri, ad alta resistenza e di lavorare in condizioni difficili, ma anche di soddisfare i requisiti dello sviluppo dell'industrializzazione delle costruzioni edili moderne, quindi è sempre più ampiamente utilizzato in una varietà di edifici civili, ponti, autostrade, oceani, strutture idrauliche e strutture sotterranee e altri campi.

I compositi termoplastici hanno grandi prospettive di sviluppo

Secondo il rapporto, il mercato globale dei compositi termoplastici dovrebbe raggiungere i 66,2 miliardi di dollari entro il 2030, con un tasso di crescita annuo composto del 7,8% durante il periodo di previsione. Questo aumento può essere attribuito alla crescente domanda di prodotti nei settori aerospaziale e automobilistico e alla crescita esponenziale nel settore delle costruzioni. I compositi termoplastici sono utilizzati nella costruzione di edifici residenziali, infrastrutture e impianti di approvvigionamento idrico. Proprietà come resistenza eccellente, tenacità e capacità di essere riciclati e rimodellati rendono i compositi termoplastici ideali per la produzione in applicazioni edili.

I compositi termoplastici verranno utilizzati anche nella produzione di serbatoi di stoccaggio, strutture leggere, infissi, pali delle utenze, ringhiere, tubi, pannelli e porte. L’industria automobilistica è uno dei settori di applicazione chiave. I produttori si stanno concentrando sul miglioramento dell’efficienza del carburante e, per farlo, stanno sostituendo il metallo e l’acciaio con compositi termoplastici leggeri. La fibra di carbonio, ad esempio, pesa un quinto dell’acciaio, quindi aiuta a ridurre il peso complessivo del veicolo. Secondo la Commissione Europea, l'obiettivo del tetto massimo per le emissioni di carbonio delle automobili sarà aumentato da 130 grammi per chilometro a 95 grammi per chilometro entro il 2024, il che dovrebbe aumentare la domanda di compositi termoplastici nell'industria manifatturiera automobilistica.