Polimeri rinforzati con fibre: classificazione, tipi

I polimeri rinforzati con fibre (FRP) sono materiali compositi costituiti da fibre resistenti incorporate in una matrice polimerica.
Le fibre e la matrice hanno proprietà fisiche o chimiche diverse: le fibre conferiscono forza e rigidità al composito e generalmente sopportano la maggior parte dei carichi applicati.

La matrice agisce per legare e proteggere le fibre e provvedere al trasferimento della sollecitazione da fibra a fibra attraverso sollecitazioni di taglio.

Le fibre sono generalmente di vetro (GFRP), carbonio (CFRP), fibre aramidiche (ARFP) o basalto (BFRP) e, più recentemente, metalli o ceramiche.
Il polimero è generalmente di tipo termoindurente come le resine epossidiche, polidiciclopentadiene o poliimmidi. Tuttavia  i materiali a matrice termoplastica sono utilizzati anche per motivi di lavorazione e riciclabilità

Per la loro elevata rigidità, forza, resistenza alle condizioni meteorologiche avverse, bassa densità e facilità di lavorazione i polimeri rinforzati con fibre costituiscono alternative interessanti all’acciaio e ai metalli non ferrosi nelle applicazioni strutturali.

Recentemente sono stati realizzati FRP a base biologica, in cui la matrice polimerica o le fibre di rinforzo, o entrambe, provengono da risorse rinnovabili.

Classificazione dei polimeri rinforzati con fibre

A seconda delle fibre presenti sono classificati in:

Polimeri rinforzati con fibre di vetro GFRP

Polimeri rinforzati con fibre di vetro che conferiscono resistenza al composito. In esso le fibre possono essere disposte in modo casuale o orientate in modo opportuno. Il tipo più comune di fibra di vetro utilizzato è il vetro E costituito da borosilicato di alluminio mentre il vetro E-CR costituito da borosilicato di alluminio e calcio è comunemente utilizzato in applicazioni che richiedono una protezione particolarmente elevata contro la corrosione acida.

Questo tipo di polimeri hanno un  peso ridotto ad elevata resistenza meccanica,  sono resistenti agli agenti chimici, alla corrosione  e alle radiazioni UV. Hanno inoltre una lunga aspettativa di vita molto lunga

Sono usati nel campo automobilistico, aerospaziale, nel settore della nautica e per la produzione di circuiti stampati

Polimeri rinforzati con fibre di carbonio CFPR

Polimeri rinforzati con fibre di carbonio che conferiscono al composito proprietà eccellenti superiori a quelle dell’alluminio e dell’acciaio. Presentano resistenza alla deformazione senza effetti permanenti, resistenza alla trazione, bassa conducibilità termica, resistenza alle vibrazioni e alla corrosione e bassa dilatazione termica.

Le fibre di carbonio sono fibre che contengono almeno il 90% m/m e fino al 100% m/m di carbonio.

Sono ottenute da polimeri come il poliacrilonitrile, cellulosa e polivinilcloruro. La matrice polimerica può essere sia di tipo termoplastico che termoindurente. In presenza di fibre di carbonio disposte in modo unidirezionale questi compositi sono tipicamente utilizzati nella preparazione di cavi.

Per la loro robustezza e leggerezza sono utilizzati sia nel settore aerospaziale che nella nautica dove sono richiesti elevati rapporti resistenza/peso. Trovano inoltre utilizzo nel rafforzamento di infrastrutture come ponti ed edifici

Polimeri rinforzati con fibre aramidiche AFRP

I polimeri rinforzati con fibre aramidiche costituite da poliammidi aromatiche presentano un’elevata resistenza, un elevato modulo elastico e una densità inferiore del 40% rispetto alle fibre di vetro.

Sono sensibili alle temperature elevate, all’umidità e alle radiazioni ultraviolette e pertanto non sono generalmente utilizzate nel campo dell’ingegneria civile.

Presentando elevata resistenza e sono utilizzati in indumenti resistenti ai proiettili e al fuoco. L’elevata resistenza, l’elevato modulo elastico e l’elevata resistenza all’abrasione rendono gli AFPR particolarmente usati come rinforzo

Sono utilizzati in applicazioni aerospaziali e militari, per tessuti per armature balistiche e compositi balistici, in cordame marino, rinforzo degli scafo e come sostituti dell’amianto

Polimeri rinforzati con fibre di basalto BFRP

I polimeri rinforzati con fibre di basalto  appartengono alla categoria delle fibre minerali in quanto il basalto è una roccia effusiva di origine vulcanica.

Il basalto è chimicamente ricco di ossidi di magnesio, calcio, sodio, potassio, silicio e ferro, insieme a tracce di allumina.

Hanno migliori proprietà meccaniche e fisiche migliori rispetto alle fibre di carbonio e un costo significativamente inferiore rispetto alle prime. Rispetto alle fibre di vetro le fibre di basalto hanno migliori proprietà meccaniche, resistenza alle alte temperature e alla corrosione

I principali vantaggi di questi compositi, che hanno fibre naturali ecocompatibili come rinforzo, presentano proprietà meccaniche, fisiche e chimiche specifiche, biodegradabilità e qualità non abrasive.

Sono ampiamente utilizzati nei settori petrolchimico, edile, aerospaziale, automobilistico, navale

 

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