Composito leggero in fibra di carbonio lunga riempita con poliammide12

Informazioni PA12

Il nylon a catena lunga di carbonio è un nylon con un gruppo ammide nell'unità ripetitiva della catena principale della molecola di nylon, e la lunghezza del gruppo metilenico tra due gruppi ammide è superiore a 10. Lo chiamiamo nylon a catena lunga di carbonio e comprende il nylon 11, il nylon 12, ecc.

Il PA12 è il nylon 12, noto anche come poli(dodecalattame) e poli(laurolattame), un tipo di nylon a catena lunga di carbonio. La materia prima di base per la polimerizzazione è il butadiene, un materiale termoplastico semicristallino-cristallino. Il nylon 12 è il nylon a catena lunga di carbonio più utilizzato, possiede la maggior parte delle proprietà generali del nylon, oltre a un basso assorbimento d'acqua, elevata stabilità dimensionale, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, buona tenacità e facilità di lavorazione. Rispetto al PA11, un altro nylon a catena lunga di carbonio, il butadiene, materia prima del PA12, ha un costo pari a solo un terzo di quello dell'olio di ricino, materia prima del PA11, e può essere utilizzato in sostituzione del PA11 nella maggior parte delle applicazioni, trovando ampio impiego in diversi settori come tubi per carburante per autoveicoli, tubi per freni ad aria compressa, cavi sottomarini e stampa 3D.

Tra i nylon a catena lunga, il PA12 presenta grandi vantaggi rispetto ad altri materiali in nylon, tra cui il minimo assorbimento d'acqua, la minima densità, il basso punto di fusione, la resistenza agli urti, la resistenza all'attrito, la resistenza alle basse temperature, la resistenza ai carburanti, la buona stabilità dimensionale e il buon effetto antirumore. Il PA12 possiede contemporaneamente le proprietà del PA6, del PA66 e delle poliolefine (PE, PP), ottenendo una combinazione di leggerezza e proprietà fisico-chimiche, con prestazioni che presentano i vantaggi di leggerezza e proprietà fisico-chimiche.

PA12-LCF

Se si paragona il materiale di base al calcestruzzo, la fibra è come un'armatura in acciaio, e la miscelazione dei due è come aggiungere armatura in acciaio al calcestruzzo. Se ci fosse solo calcestruzzo, i getti si creperebbero facilmente sotto l'effetto di forze esterne, ma una volta aggiunta l'armatura ad alta resistenza e il calcestruzzo la avvolge sufficientemente, diventeranno un'unica unità. Quando l'oggetto è sottoposto a forze esterne, l'armatura può resistere alla maggior parte di esse, conferendo all'insieme un'elevata resistenza strutturale.

La fibra di carbonio possiede numerose proprietà eccellenti, tra cui elevata resistenza assiale e modulo elastico, bassa densità, elevate prestazioni specifiche, assenza di creep, resistenza alle altissime temperature in ambiente non ossidante, buona resistenza alla fatica, conduttività termica ed elettrica intermedia tra quella dei non metalli e quella dei metalli, basso coefficiente di dilatazione termica e anisotropia, buona resistenza alla corrosione, buona trasmissione dei raggi X, buona conduttività elettrica e termica, buona schermatura elettromagnetica, ecc. Rispetto alla tradizionale fibra di vetro, la fibra di carbonio ha un modulo di Young più di 3 volte superiore; è circa il doppio rispetto alla fibra di Kevlar, che è insolubile e si gonfia in solventi organici, acidi e alcali, e possiede un'eccezionale resistenza alla corrosione.

Il nylon è di per sé una plastica tecnica dalle prestazioni eccellenti, ma presenta problemi di assorbimento dell'umidità e scarsa stabilità dimensionale dei prodotti. Anche la sua resistenza e durezza sono ben lontane da quelle dei metalli. Per superare questi inconvenienti, già prima degli anni '70 si è iniziato a utilizzare fibre di carbonio o di altro tipo per rinforzarlo e migliorarne le prestazioni. I materiali in nylon rinforzato con fibra di carbonio si sono sviluppati rapidamente negli ultimi anni, poiché il nylon e la fibra di carbonio offrono prestazioni eccellenti nel campo delle plastiche tecniche. La sintesi di materiali compositi riflette la superiorità di entrambi, come ad esempio una resistenza e una rigidità nettamente superiori rispetto al nylon non rinforzato, una minore deformazione viscosa ad alta temperatura, una stabilità termica significativamente migliorata, una buona precisione dimensionale, un'eccellente resistenza all'usura e un'ottima capacità di smorzamento, rispetto al rinforzo con fibra di vetro. Pertanto, i compositi in nylon rinforzato con fibra di carbonio (CF/PA) si sono sviluppati rapidamente negli ultimi anni.

Scheda tecnica di riferimento

Il nylon 12 ha un basso assorbimento d'acqua, una buona resistenza alle basse temperature, una buona tenuta all'aria, un'eccellente resistenza agli alcali e ai grassi, una resistenza media agli alcoli, agli acidi diluiti inorganici e agli aromatici, buone proprietà meccaniche ed elettriche ed è un materiale autoestinguente.

Applicazione

Adatto per i settori automobilistico, dei componenti sportivi, dell'energia solare, dei giocattoli di alta gamma e altri ancora.

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Domande frequenti

1. In che modo il materiale composito in fibra di carbonio termoplastica raggiunge bassi costi e rispetto dell'ambiente?

I compositi in fibra di carbonio termoplastica vengono utilizzati per realizzare componenti per macchinari di alta gamma. Presentano eccellenti caratteristiche di lavorabilità, termoformabilità, plasticità negli stampi e capacità di piegatura.


2 I compositi in fibra di carbonio termoplastica sono adatti solo allo stampaggio a iniezione?

Dal punto di vista del processo, lo stampaggio a iniezione presenta un grado di automazione superiore rispetto allo stampaggio tradizionale. Inoltre, poiché la materia prima non entra in contatto con l'ambiente esterno, la qualità estetica del prodotto è garantita, senza la presenza di macchie nere, impurità, colorazioni non uniformi, ecc. Le proprietà meccaniche, la stabilità dimensionale e la precisione del prodotto risultano relativamente superiori. Attualmente, Toray, azienda leader nel settore della fibra di carbonio in Giappone, utilizza principalmente lo stampaggio a iniezione per la produzione di compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio, un metodo adatto alla produzione di componenti di forma complessa e alla produzione in serie. È importante sottolineare, tuttavia, che i compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio realizzati mediante stampaggio a iniezione devono essere rinforzati con fibre di carbonio corte o in polvere; questo processo non è applicabile ai compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio continua.

Rispetto alle attrezzature per lo stampaggio a iniezione, le attrezzature per lo stampaggio a compressione e la relativa struttura dello stampo sono relativamente semplici e meno costose da produrre. Le attrezzature per lo stampaggio possono essere utilizzate sia per resine termoindurenti che termoplastiche e, nello stampaggio di prodotti in fibra di carbonio termoplastica, vantano una vasta esperienza nella produzione di componenti in fibra di carbonio termoindurente. L'utilizzo dello stampaggio per la realizzazione di componenti compositi in fibra di carbonio termoplastica riduce al minimo lo spreco di materia prima, evitando perdite eccessive, e, se applicato alla produzione di massa, consente di ottenere prezzi più competitivi rispetto al processo di stampaggio a iniezione, in linea con le esigenze del mercato.

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