Materiali di rinforzo

Fibra tessile è il termine collettivo per le fibre sottili filate dal vetro fuso con una sezione trasversale approssimativamente rotonda. Il vetro tessile è realizzato in vetro E di alta qualità e, per applicazioni speciali, anche in vetro R e vetro C. I valori relativamente elevati di resistenza e modulo elastico sono la conseguenza dei forti legami tra silicio e ossigeno in una rete spaziale. Grazie alla loro struttura amorfa, le fibre di vetro sono isotrope, a differenza delle fibre di carbonio o aramidiche.

Dopo la produzione, alla fibra di vetro appena formata viene applicato un appretto. Questo lega i filamenti, protegge la superficie e fornisce un agente legante per la matrice.

Le fibre di carbonio o C sono costituite per oltre il 90% da carbonio puro e hanno un diametro di 5-10 micrometri.
Come materie prime si utilizzano solitamente PAN (fibre di poliacrilonitrile), pece o cellulosa.

Proprietà speciali

• Alta resistenza fino a circa 2.500°C
• Molto anisotropo
• espansione termica negativa in direzione della fibra
• termicamente ed elettricamente conduttivo
• Buona compatibilità con il corpo
• sensibile alla flessione e alla pressione
• Molto resistente alla corrosione
• molto costoso

Dopo la produzione, le fibre C vengono trattate in superficie. In questo processo, la superficie viene ossidata per produrre il maggior numero possibile di ossidi superficiali che possono formare legami chimici con il sistema della matrice. La superficie delle fibre riceve la finitura fibrosa subito dopo il pretrattamento. Si tratta di una sostanza inizialmente destinata a prevenire l’accumulo di acqua sulla superficie attiva e che contiene i gruppi funzionali per il legame con il sistema della matrice.

Le fibre aramidiche (Kevlar) sono polimeri organici lineari ad alta resistenza e rigidità. Come la fibra C, la fibra aramidica ha un coefficiente di espansione termica negativo a causa dell’elevato orientamento molecolare (effetto entropia).

Proprietà speciali

• la fibra di rinforzo più leggera
• Molto sensibile alla pressione
• fortemente anisotropo
• forte assorbimento dell’umidità
• Sensibilità ai raggi UV
• scarsa adesione alla matrice
• lavorazione scadente
• molto costoso

La superficie della fibra aramidica è chimicamente inerte e molto liscia. Pertanto, l’adesione chimica o meccanica alla matrice è ampiamente esclusa. Il rivestimento applicato ha solo una funzione protettiva.

Fibra di cellulosa

La fibra di cellulosa appartiene al gruppo delle fibre organiche di rinforzo. Di solito è costituita da pasta di solfito di legno di faggio o da pura cellulosa di cotone.

Agli albori della tecnologia dei compositi in fibra, questa fibra veniva utilizzata per rinforzare le resine fenoliche. Ancora oggi si trova nei prodotti in carta dura fenolica.

Pan-fibra

La fibra di poliacrilonitrile appartiene al gruppo delle fibre organiche sintetiche di rinforzo.
La fibra PAN è una fibra ad alta resistenza con sezione trasversale a forma di rene. Viene utilizzato principalmente come materiale sostitutivo nei prodotti in cemento-amianto e nelle guarnizioni dei freni.

Fibra di polietilene

La fibra di polietilene appartiene al gruppo delle fibre organiche sintetiche di rinforzo.

La fibra di PE è costituita da PE UHMW altamente stirato. Il suo punto di fusione è di circa 150°C e tende a strisciare. Tuttavia, ha un’elevata capacità di assorbimento dell’energia d’impatto ed è preferibile utilizzarla come materiale ibrido (in combinazione con altre fibre di rinforzo).

Fibra ceramica

La fibra ceramica appartiene al gruppo delle fibre sintetiche inorganiche di rinforzo.
La fibra ceramica viene utilizzata per rinforzare i materiali metallici.

Fibra di legno

La fibra di legno appartiene al gruppo delle fibre di rinforzo naturalmente organiche.

Le farine di legno utilizzate per rinforzare i composti di stampaggio a base di formaldeide fenolica e melammina sono solitamente fibre di legno finemente tritate provenienti da abete rosso o faggio.

Fibre di polietere (PET)

Le fibre di poliestere appartengono al gruppo delle fibre sintetiche organiche di rinforzo.
Sono utilizzati principalmente per i tessuti. La resistenza alla trazione è circa uguale a quella delle fibre di poliammide, ma supera la resistenza all’impatto della maggior parte delle fibre sintetiche. Se lavorati in combinazione con fibre di vetro, migliorano la resistenza all’impatto dei materiali compositi.

Fibra di amianto

La fibra di amianto appartiene al gruppo delle fibre naturali inorganiche di rinforzo.

L’amianto è la più antica fibra inorganica e deriva da depositi minerali naturali (silicati idrati di Mg e Na). Oggi non sono più utilizzati e vengono sostituiti per motivi ben noti.

Fibra metallica

Le fibre metalliche appartengono al gruppo delle fibre sintetiche inorganiche di rinforzo.
Le fibre metalliche possono essere realizzate in acciaio, ottone, bronzo, rame, alluminio, argento, oro e platino.
Le fibre metalliche sono utilizzate per rinforzare i materiali metallici.

Fibra di sisal

La fibra di sisal appartiene al gruppo delle fibre di rinforzo naturalmente organiche.

Tuttavia, nonostante il prezzo più basso, non è riuscita ad affermarsi rispetto alla fibra ottica.

Solo quando si è cercato di sostituire l’amianto nella produzione delle pastiglie dei freni, la sisal è tornata a far parlare di sé.

Fibra di poliammide

La fibra di poliammide appartiene al gruppo delle fibre organiche sintetiche di rinforzo.

Le fibre di poliammide tecnicamente più importanti sono quelle basate su PA 66 e PA 6. Nel composito, esse migliorano principalmente l’elasticità e la resistenza alla tracciabilità.

Fibra di boro

La fibra di boro appartiene al gruppo delle fibre sintetiche inorganiche di rinforzo.

La fibra di boro viene prodotta con il processo di ceratura. Il tungsteno funge da substrato. Un sottile filo di tungsteno viene riscaldato elettricamente e il boro si separa dalla fase gassosa.

Le fibre di boro sono utilizzate per rinforzare i materiali metallici.

Baffo

Whisker appartiene al gruppo dei materiali di rinforzo inorganici sintetici.
I baffi sono fibre inorganiche monocristalline prodotte sinteticamente. Se questa fibra può essere orientata con una fusione, si ottiene un materiale composito con un’enorme resistenza.