Tecnologie a Stampo Chiuso

Presentazione sul tema: "Tecnologie a Stampo Chiuso"— Transcript della presentazione:

1 Tecnologie a Stampo Chiuso
PULTRUSIONE

2 SCHEMATIZZAZIONE 2 metodi di lavorazione: wet method & dry method (preimpregnati)

3 PULTRUSIONE

4 VANTAGGI SVANTAGGI elevata resistenza a trazione
alta percentuale di rinforzo buon isolamento elettrico bassi costi dovuti alla produzione in continuo geometria del manufatto può essere anche complessa, ma solo a sezione costante

5 APPLICAZIONI ELETTRICO 32% ALTRO 17% EDILE TRASPORTI 10% PETROLCHIMICO
TEMPO LIBERO 7%

6 FASI del PROCESSO ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO
IMPREGNAZIONE NELLA RESINA PREFORMATURA FORMATURA POLIMERIZZAZIONE TRAZIONE TAGLIO

7 ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO
FASI del PROCESSO ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO I pezzi pultrusi presentano elevata resistenza, ottenibile però solo con un corretto posizionamento del rinforzo all’interno del laminato composito. Le fibre utilizzate in pultrusione possono presentarsi sotto diversi formati commerciali: Roving Mat Roving + Mat

8 ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO
FASI del PROCESSO ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO ROVING Il rinforzo è raccolto in bobine. Vicino a ciascuna bobina di alimentazione viene posizionata la successiva e i capi del roving dei due rotoli sono intrecciati per garantire la continuità. Per tener separati i filamenti vengono fatti passare attraverso guide ad anello. MAT Il mat viene usato sotto forma di nastri di varia larghezza avvolti in rotoli di circa 100 metri di lunghezza. L’estremità di un rotolo di mat può essere cucita a mano al lembo iniziale del successivo.

9 ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO
FASI del PROCESSO ALIMENTAZIONE DEL RINFORZO ROVING + MAT In alcuni casi i due tipi di rinforzi esaminati vengono posizionati in sandwich: si racchiude il roving diretto secondo l’asse di pultrusione tra due strati di mat. Si hanno discrete proprietà anche in direzione trasversale.

10 IMPREGNAZIONE NELLA RESINA
FASI del PROCESSO IMPREGNAZIONE NELLA RESINA Le fibre asciutte vengono trascinate all’interno di un bagno di resina. Le vaschette d’impregnazione hanno lunghezza compresa tra 1 e 2 metri larghezza variabile. Al loro interno, sono posizionati dei rulli che guidano il rinforzo secondo un percorso a zig-zag, in direzione della profondità. In alcuni casi, si fa passare il filo attraverso due rulli che lo schiacciano leggermente, facilitando la penetrazione della matrice tra le fibre.

11 IMPREGNAZIONE NELLA RESINA
FASI del PROCESSO IMPREGNAZIONE NELLA RESINA La viscosità della resina deve essere opportunamente controllata. Valori troppo elevati porterebbero ad una scarsa impregnazione delle fibre, ad una velocità minore nella linea. Valori troppo bassi della viscosità comporterebbero un’eccessiva impregnazione. La viscosità della resina può essere abbassata aumentando la temperatura del bagno. Tale riscaldamento può provocare però problemi nel caso di presenza, all’interno della resina, di agenti catalizzatori a bassa temperatura.

12 FASI del PROCESSO PREFORMATURA Il materiale non assume la forma di progetto in un’unica operazione, ma passando per forme intermedie. La formatura graduale permette: migliore allineamento delle fibre; recupero della resina in eccesso; cambiamento graduale della geometria, dato che a valle dell’impregnazione le fibre sono sotto forma di nastro .

13 FASI del PROCESSO FORMATURA
Si tratta dell’operazione principale del processo di pultrusione in quanto il materiale viene costretto a passare attraverso una trafila e ad assumerne la forma. Lo stampo risulta l’elemento più costoso del sistema, quindi richiede un’accurata fase di progetto.

14 MATERIALI STAMPI Caratteristiche fondamentali:
ottime caratteristiche meccaniche ad alte temperature; elevata resistenza agli agenti chimici (della resina e dei detergenti); buona lavorabilità per ottenere rugosità superficiale spinta (0.2m Ra), per ricavare spigoli vivi in corrispondenza delle linee di giunzione; elevata durezza superficiale Il materiale più utilizzato è l’acciaio cromato. Cromatura (ogni / m di pultruso). In molti casi, si preferisce un acciaio alto legato in quanto il cromo viene attaccato dalle resine epossidiche.

15 FASI del PROCESSO FORMATURA STAMPO (TRAFILA)
La trafila è lunga da 300 fino a 1500 mm (costo proporzionale alla lunghezza). La lunghezza dipende: sezione del pezzo (aumenta all’aumentare della sezione); velocità del processo (aumenta all’aumentare della cadenza di produzione); tipo di resina. La trafila deve essere disposta perfettamente parallela al proprio asse ed allineata con i sistemi pre e post formatura. L’ingresso e l’uscita siano intercambiabili (zona d’ingresso più soggetta ad usura). L’ingresso deve inoltre prevedere una rastrematura di circa 7-10° (eliminazione della resina in eccesso).

16 FASI del PROCESSO FORMATURA STAMPO Nella progettazione della trafila è importante tener conto dell’espansione del materiale in fase di polimerizzazione, e del successivo ritiro; solo in questo modo si potranno evitare pericolose sollecitazioni di taglio. Ad esempio, per resina epossidica rinforzata in carbonio, le dimensioni dello stampo vengono maggiorate di circa il 2%.

17 FASI del PROCESSO POLIMERIZZAZIONE Da essa dipendono:
la qualità del prodotto la cadenza di produzione. Ha luogo all’interno della filiera grazie al riscaldamento per conduzione da parte dello stampo stesso. Lo stampo può essere riscaldato in vari modi: piastre esterne, resistenze elettriche interne (più costoso), sistemi radianti o a circolazione di olio caldo. In tutti i casi è importante che la temperatura, solitamente compresa tra i 150 e i 170°C, sia controllata in tutti i punti del manufatto e per ogni turno di lavoro, in modo che la tolleranza massima sia di 1°C.

18 FASI del PROCESSO POLIMERIZZAZIONE Per accelerare la fase di polimerizzazione spesso viene effettuato un preriscaldamento a valle dell’impregnazione mediante un sistema a microonde che riscalda il materiale dall’interno verso l’esterno, successivamente il riscaldamento, di tipo elettrico, che agisce dall’esterno, completa l’indurimento. o Pultrusione a piu’ zone di riscaldamento (normalmente 3)

19 FASI del PROCESSO La velocità di trascinamento: 1.5 e 100 m/h
TRAZIONE Originariamente veniva svolta da catene o cavi, oggi , invece, si utilizzano: caterpillar (metodo costoso e poso versatile, in quanto la superficie di contatto deve avere la stessa forma del manufatto); morsetti montati su sistemi con moto alternativo (più versatile, in quanto i morsetti, che afferrano lateralmente il pezzo, possono avere lo stesso profilo anche per geometrie molto diverse). La velocità di trascinamento: 1.5 e 100 m/h La forza di trazione: 10 e 1000 MN

20 FASI del PROCESSO TRAZIONE
La forza di trazione deve essere tale da bilanciare l’effetto combinato di tre fattori: la forza d’attrito delle fibre che strisciano sulle pareti dello stampo; la forza di taglio viscoso tra un sottilissimo strato di resina e le pareti dello stampo; la resistenza all’ingresso dello stampo dovuto al flusso inverso della resina. La forza di trazione cresce con: l’aumento della percentuale volumetrica di fibra con la viscosità della resina con la velocità di avanzamento. Il controllo della forza di trazione e la progettazione del sistema di tiraggio risulta fondamentale per garantire il corretto allineamento delle fibre e per evitare i tipici difetti dei materiali pultrusi.

21 FASI del PROCESSO TAGLIO
Viene svolto da una sega con lame in carburo di silicio o diamante. Il moto è automatico con direzione ortogonale alla direzione di movimentazione del pezzo (velocità relativa nulla). Finita la corsa la sega viene riportata nella posizione iniziale.

22 MATERIALI MATRICE RINFORZO STAMPO

23 MATERIALI MATRICE Le resine devono essere a bassa viscosità, di solito termoindurenti: poliesteri insaturi (le piu’ utilizzate poiche’ meno costose); epossidiche siliconiche. Spesso alla resina vengono aggiunti dei pigmenti in modo da ottenere un pezzo già colorato e/o per una maggiore resistenza ai raggi ultravioletti.

24 MATERIALI MATRICE Le epossidiche, invece, vengono preferite alle poliesteri quando è richiesto il rinforzo in carbonio, per due motivi: con le poliesteri otterrei proprietà meccaniche scadenti (bassa resistenza a fatica e al taglio); la volatilità dello stirene è troppo elevata problema del ritiro 2 metodi di lavorazione: wet method & dry method (preimpregnati)

25 MATERIALI RINFORZO Roving Mat Tessuti.
Il roving è sicuramente quello più economico, seguito dal mat; i tessuti, invece, sono i più costosi. Il rinforzo piu’ utilizzato è il vetro, ma in alcuni casi c’è stato anche l’uso di fibre di carburo ed aramidiche (i costi sono alquanto elevati). In genere, un componente pultruso contiene al massimo il 70% in peso di fibra.