Più forte dell'acciaio, leggero come l'alluminio.
Più forte dell’acciaio, leggero come l’alluminio. Vediamo applicazioni in fibra di carbonio quasi ovunque: dai primi razzi aerospaziali fino ad applicazioni militari, automobilistiche, negli edifici, nello sport, in design e arte. Il materiale del 21° secolo sta entrando anche nel campo dell’energia come rinforzo per i conduttori aerei. Ma come viene prodotto?
Come viene prodotta la fibra di carbonio?
Il processo di produzione di un filo di fibra di carbonio si chiama pultrusione ed è simile ad un’estrusione ma comporta l’estrazione del pezzo da lavorare (quindi il prefisso ”pul-” viene utilizzato al posto di ”es-”).
Come l’estrusione, la pultrusione crea profili continui e diritti di sezione trasversale costante. Brevettato nel 1959 dal californiano W. Brandt Goldsworthy, il processo di pultrusione, descritto nella figura seguente, richiede una cesta che contenga diverse bobine di canottaggio in fibra di carbonio. La vasca è il luogo in cui le fibre incontrano la resina liquida, e dove si trova lo stampo caldo in cui il profilo prende forma diventando rigido, nel frattempo si verifica un processo di reazione chimica che conferisce le proprietà termiche al filo composito poltruso. Gli estrattori idraulici forniscono un movimento continuo del prodotto (ricorda il prefisso “pul-” nel nome “pultrusione”).
La combinazione di resistenza alla trazione e temperatura dello stampo donano al prodotto le proprietà meccaniche e termiche necessarie: resistenza alla trazione superiore a 2600 MPa e temperatura di transizione vetrosa superiore a 180° C!
Sei curioso di conoscere la relazione che collega temperatura e velocità della linea? Ecco qui!
Dove:
- T = temperatura del materiale
- k = conduttività termica del materiale
- c = capacità termica del materiale
- u = velocità della linea di pultrusione
- HU = massimo calore di reazione
- mm = frazione di massa della matrice
- α = gradi di cura
- ρ = densità del materiale
Le variabili indipendenti x e y descrivono le direzioni longitudinali e trasversali, rispettivamente. Il rapposto di cura α è una funzione della temperatura e del grado di cura, quindi è una funzione della posizione, soddisfacendo così la condizione di stato stazionario.
[“Pultrusion Process Characterization” – Documento NASA NAS8-37193]
