GP Marketing Consulting Sas, in collaborazione con il Politecnico di Milano, Plyform Composites srl e Corebon AB, ha sviluppato uno stampo innovativo realizzato in fibra di carbonio ad alto modulo da precursore in pece (pitch), unito alla tecnologia del riscaldamento ad induzione, al fine di studiarne la possibile applicazione industriale.
Le fibre in pitch sono particolarmente interessanti per le loro proprietà sia meccaniche che termiche. Grazie ai processi di carbonizzazione e grafitizzazione, la struttura molecolare può arrivare ad essere costituita dal 99.9% di carbonio. Inoltre, grazie anche alla filatura iniziale durante la quale il precursore è tirato mentre viene riscaldato, la struttura molecolare si trova in una composizione grafitica altamente orientata, la quale permette di superare i 900 GPa di modulo elastico. Ne consegue quindi un’ottima conducibilità termica, fino a 800 W/(m*K) (rame ≈ 400 W/(m*K)).
I materiali utilizzati sono stati forniti da Sumitomo Corporation Europe - distributore europeo ufficiale della fibra da pitch DIALEAD™ Mitsubishi: i tessuti UHM 636 P per il core e lo spread-tow UHM DYF 15-150 T per lo strato superficiale, entrambi realizzati da fibra da pitch DIALEAD™ K13916. Questi sono stati confrontati con materiali da stampi da precursore in PAN, con le stesse grammature ed impregnati con lo stesso sistema di resina per stampi (LTC) sviluppata da Technologycom srl.
È stata quindi condotta un'ampia campagna sperimentale in laboratorio per valutare sia le proprietà meccaniche che quelle termiche di tutti i materiali utilizzati. I provini in PAN sono stati quindi utilizzati come riferimento per i risultati. Questi, come ci si attendeva, hanno dimostrato le maggiori qualità della fibra da pitch in entrambi gli aspetti, in particolare nel modulo elastico che ha raggiunto un incremento del 300% rispetto a quella da PAN.
Entrambi gli stampi sono stati laminati con una sequenza classica per gli stampi (LTC), 1-8-1, [0] per la superficie e [0/+45/-45/0]s per il core. La fibra da pitch ha dimostrato un’ottima drappabilità e una facile maneggevolezza, senza esibire particolari problemi. I test termici in autoclave hanno dato ottimi risultati e il riscaldamento ad induzione, utilizzato in una fase successiva del progetto, ha permesso di dimostrare in maniera evidente il miglior comportamento termico dello stampo in pitch, attraverso un confronto con quello in PAN.
L'induzione è un metodo senza contatto basato sul principio fisico dell’induzione elettromagnetica, che consiste nel riscaldamento diretto di tutti i materiali elettricamente conduttivi. Per questo motivo, l'area di riscaldamento può essere localizzata o distribuita in un modo completamente personalizzabile, con un induttore ad hoc, permettendo un completo controllo volumetrico della temperatura del componente in composito.
In questo caso studio, le bobine sono state applicate direttamente sotto la superficie dello stampo, su una struttura di supporto. Questo tipo di soluzione ha permesso di distribuire uniformemente il riscaldamento su tutta la superficie degli stampi. Dal video della termocamera è facile notare come già dopo 4 minuti lo stampo in pitch fosse integralmente alla temperatura imposta di esercizio, a differenza di quello in PAN, che non è stato invece capace di raggiungere lo stesso risultato.
In conclusione, l'intero lavoro ha dimostrato la possibilità di introdurre e realizzare a livello industriale uno stampo innovativo di questo tipo, che combina i vantaggi meccanici e termici delle fibre di carbonio da pitch con il riscaldamento ad induzione. Ne consegue la possibilità di ottenere stampi più rigidi e più efficienti, capaci di ridurre drasticamente i tempi dei cicli produttivi.
(Testi a cura di GP Marketing Consulting Sas)
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16 marzo 2020
