raccolta abstract 2015

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RACCOLTA ABSTRACT
4° CONVEGNO NAZIONALE ASSOCOMPOSITI
Fiera Milano-Rho, 6-7 Maggio 2015
Associazione italiana compositi e affini
www.assocompositi.it
1) Sessione costruzioni
Sulla recente Linea Guida ministeriale per la qualificazione degli FRP da utilizzarsi nel
consolidamento strutturale
L. Ascione
Dipartimento di Ingegneria Civile, Università degli Studi di Salerno, Italia
Dopo una lunga gestione, finalmente il 19 febbraio 2015 la 1a Sezione del Consiglio Superiore dei
Lavori Pubblici ha approvato la tanto attesa Linea Guida dal titolo “Linea Guida per l’identificazione, la
qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati (FRP) da utilizzarsi per il
consolidamento strutturale di costruzioni esistenti”.
La bozza iniziale era stata predisposta da un apposito Gruppo di Lavoro nominato dal Presidente del
Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e composto da: Ing. Pietro Baratono (Coordinatore), Arch.
Mario Avagnina, Ing. Antonio Lucchese, Ing. Emanuele Renzi, Prof. Luigi Ascione, Prof. Gaetano
Manfredi, Prof. Giorgio Monti, Prof. Antonio Nanni, Prof. Carlo Poggi, Prof. Marco Savoia, Prof. Gianni
Royer. Alla sua redazione avevano attivamente partecipato Fornitori e Produttori di FRP afferenti ad
Assocompositi. Tale bozza era stata trasmessa dal Coordinatore al Servizio Tecnico Centrale nel
dicembre 2011.
Successivamente il testo della suddetta bozza aveva subito una profonda modificazione sia da parte
del Servizio Tecnico Centrale, sia da parte della Commissione Relatrice incaricata dell’affare in vista
dell’esame ed approvazione da parte della 1a Sezione del Consiglio Superiore.
In occasione dell’adunanza del 26 giugno 2014 la bozza così modificata sollevò vari dubbi e
perplessità, tanto che la 1a Sezione ravvisò la necessità di un ulteriore approfondimento da parte
della Commissione Relatrice coordinata dall’ing. Alfredo Principio Mortellaro del Ministero delle
Infrastrutture e dei Trasporti (MIT). Altri componenti erano: arch. Mario Avagnina (MIT), avv. Marco
Stigliano Messutti (Avvocatura dello Stato), prof. Marco Menegotto, prof. Camillo Nuti, prof. Gian
Piero Lignola. Con provvedimento del 4 novembre 2014, il Presidente del Consiglio Superiore dei
Lavori Pubblici integrava la composizione della Commissione Relatrice nominando l’autore della
presente memoria come ulteriore componente.
I lavori della Commissione così integrata sono iniziati in data 12 novembre 2014 e si sono conclusi in
data 17 febbraio 2015 pervenendo ad un testo concordato, approvato nella già richiamata adunanza
del 19 febbraio 2015, che sostanzialmente ricalca quello originario di quattro anni prima.
Scopo della memoria è quello di lumeggiare gli aspetti essenziali della Linea Guida, evidenziando le
principali criticità incontrate nel corso dell’iter procedurale e le differenze più significative introdotte
rispetto alla primitiva versione del 2011.
ASSOCOMPOSITI c/o Politecnico di Milano - P.zza da Vinci 32- 20133 Milano
tel: 348-0105920 - [email protected]
1
Round Robin Test per la caratterizzazione meccanica di materiali compositi a matrice inorganica
(FRCM) per il rinforzo di strutture in muratura
F.G. Carozzi1, G. de Felice2, S. De Santis2, C. Poggi1
1
Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito (ABC), Politecnico di
Milano, Italia
2
Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi Roma Tre, Italia
I materiali compositi fibrorinforzati a matrice cementizia (FRCM) rappresentano un sistema di
consolidamento di elementi strutturali alternativo ai compositi a matrice epossidica (FRP). Sono
costituiti da un tessuto in diversi possibili tipi di fibre (carbonio, vetro, PBO, …) impregnato con una
matrice di natura inorganica. I sistemi FRCM sono particolarmente indicati nel consolidamento di
edifici storici o in muratura perché la matrice inorganica consente di avere buona compatibilità con il
substrato e permeabilità al vapore, inoltre presentano buona durabilità agli agenti esterni e migliore
resistenza al fuoco rispetto ai sistemi con matrice epossidica.
L’applicazione sempre più diffusa di questi materiali ha evidenziato la necessità di sviluppare una
procedura per la qualificazione iniziale (ITT) delle proprietà di trazione e di adesione al substrato di
questi sistemi, che sono costituiti da componenti con proprietà meccaniche e fisiche anche molto
differenti. Tale procedura deve fornire risultati affidabili e dare un ampio numero di informazioni
sperimentali mantenendo un costo relativamente basso, in particolare per quanto riguarda la facilità
di preparazione dei campioni, del set-up di prova e di esecuzione e rielaborazione delle prove
sperimentali. Le medesime procedure potranno essere utilizzate per controllare la qualità
dell’istallazione del sistema in cantiere.
Il gruppo Rilem TC-250 CSM Composites for the Sustainable Strengthening of Masonry e
Assocompositi hanno organizzato un Round Robin Test volto alla qualificazione di sistemi FRCM, che
consisterà nell’esecuzione di prove analoghe in diversi laboratori che dispongono di adeguate
attrezzature. Sono state coinvolte 20 università ed istituti di ricerca (oltre all’Italia, con 14 sedi, sono
rappresentate Grecia, Portogallo, Slovenia, Polonia, Germania e Francia) e 11 aziende produttrici.
L’ampio numero di strutture aderenti garantirà l’analisi di un elevato numero di materiali e
l’affidabilità dei risultati ottenuti. Il programma sperimentale prevede test su 24 sistemi diversi,
comprendenti tessuti in ardesia, basalto, carbonio, vetro, PBO e acciaio e malte sia di cemento che di
calce, in alcuni casi fibrorinforzate e/o additivate con resine per migliorare le proprietà di adesione.
Il lavoro si pone l’obiettivo di studiare le proprietà di trazione di campioni costituiti da uno strato di
tessuto inserito nella matrice, e di adesione del sistema applicato su un substrato in muratura e
sottoposto a prova di distacco. Vista l’importante influenza che diversi fattori hanno sui risultati
sperimentali, sono state stabilite le caratteristiche geometriche dei campioni, le proprietà
meccaniche del substrato, i possibili set-up e le modalità di esecuzione delle prove.
Per le prove di distacco gli istituti di ricerca partecipanti al Round Robin si sono avvalsi della
collaborazione della SanMarco Terreal.
I risultati delle prove forniranno informazioni sulle modalità di rottura, i carichi massimi raggiunti, e
sulla risposta in termini di curva carico-scorrimento. L’ampio numero di dati raccolti costituirà un
database statisticamente significativo che potrà fornire indicazioni per lo sviluppo di linee guida per la
caratterizzazione dei materiali e di indicazioni progettuali.
2
Caratterizzazione meccanica di materiali compositi a matrice cementizia (FRCM)
F.G. Carozzi1, G. Mantegazza2, A. Nanni3, C. Poggi1
1
Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito (ABC), Politecnico di
Milano, Italia
2
Ruredil S.p.A., San Donato Milanese, Italia
3
Department of Civil Architectural and Environmental Engineering, University of Miami, USA
I materiali compositi a matrice cementizia (FRCM) sono un sistema di consolidamento strutturale
costituito da un tessuto in fibre immerse in una matrice di natura inorganica. Questi materiali
rappresentano una soluzione ad alcune delle problematiche presentate dai materiali a matrice
organica: hanno migliore resistenza alle alte temperature, presentano buona compatibilità con il
substrato e permeabilità al vapore, e migliore durabilità agli agenti esterni.
Principali aspetti da analizzare nella qualificazione e caratterizzazione di questi materiali sono la
resistenza a trazione, l’adesione al substrato e la durabilità.
Nel presente lavoro si presentano i risultati di un’ampia campagna sperimentale che studia materiali
costituiti da diversi tipi di tessuti rinforzo: polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO) con diverse
geometrie e grammature, carbonio (C) e un tessuto misto costituito da rovings in vetro e PBO.
Principale proprietà meccanica studiata per caratterizzare e qualificare i sistemi FRCM è la resistenza
a trazione. A causa della loro eterogeneità i materiali FRCM presentano un interessante
comportamento meccanico a trazione. Si è osservato come differenti set-up di prova e diversi sistemi
di misurazione delle deformazioni influenzino notevolmente il comportamento del sistema.
Importante aspetto che deve essere analizzato è l’adesione del sistema di rinforzo al substrato. Sono
state effettuate una serie di prove di push-pull double lap eseguite applicando il rinforzo su differenti
tipi di substrato in muratura, e con prove di pull-off del sistema applicato su substrato in laterizio e
calcestruzzo. Le prove di distacco mostrano come la modalità di rottura non sia caratterizzata da
debonding con asportazione del substrato, come si verifica per i materiali a matrice organica, ma per
scorrimento del tessuto all’interno della matrice o per rottura dei filamenti che compongono i rovings.
E’ stata studiata anche la durabilità del sistema di rinforzo, eseguendo prove di trazione e pull-off su
campioni soggetti a cicli gelo-disgelo e ad ambienti alcalino e marino per un periodo di 1000 e 3000
ore.
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Tensile behaviour and durability of
Steel Reinforced Polymer and Steel Reinforced Grout
Stefano De Santis 1,a, Paolo Casadei 2,b, Francesca Roscini 1,c, Gianmarco de Felice 1,d
1
Roma Tre University, Department of Engineering, Rome, Italy. Via Vito Volterra 62, 00146 Roma
2
a
Kerakoll S.p.A. Via dell'Artigianato 9, 41049 Sassuolo (MO)
[email protected], b [email protected], c [email protected], d
[email protected]
Composite materials have been increasingly used in the last two decades for repairing and
strengthening existing structures, since they can provide a significant improvement of the structural
capacity with minimum mass increase. Textile materials include carbon, glass, steel, basalt, PBO, and
natural fibres. Among all these possibilities, steel-based reinforcements offer particularly good
mechanical performance thanks to the high tensile strength of the textile and the effective cord-tomatrix interlocking, at relatively low costs. Nevertheless, their development still needs to be fully
completed, with respect to other well-established materials, such as carbon and glass. Wide and solid
experimental datasets are therefore necessary to provide practitioners with information on structural
performance and allow for the full introduction of steel-based composites in the standard codes that
are currently under finalization for both qualification and design.
This paper presents an experimental investigation on the tensile behaviour and durability of Steel
Reinforced Polymer (SRP) and Steel Reinforced Grout (SRG). Both the composites are conceived as
externally bonded strengthening systems for reinforced concrete and masonry structures, and
comprise unidirectional textiles made out of galvanized Ultra High Tensile Strength Steel (UHTSS)
cords. In SRP the steel textiles are bonded by means of an epoxy resin, while in SRG either a mineral
or a natural hydraulic lime mortar is used.
First, tensile tests were carried out on textile specimens to derive strength, peak strain, and tensile
modulus of elasticity. The durability against salt attack was also investigated after artificial ageing in
substitute ocean water. Moreover, having in mind confinement applications, the deterioration
induced by mechanical flexing (both by itself and in combination with salt attack) was studied.
Then, tensile tests were carried out on SRP and SRG composite specimens. In addition to maximum
attainable stress, corresponding strain and tensile modulus of elasticity, tests provided the whole
response curve under tension. The contribution of the matrix to both load bearing capacity and
stiffness at relatively low stress was identified. Moreover, the crack width and distribution were
derived and related to the layout of the textile (i.e., the cord density, ranging from 4 to 21 cords/inch)
and to the type (epoxy/inorganic) and properties (tensile strength, grain size range) of the matrix.
Test results led to the mechanical characterization of steel textiles and steel-based composites under
tension, and provided the fundamental parameters relevant to the structural applications in which
the strength of the textile can be fully exploited, such that the tensile failure of the system may be
expected (e.g., the confinement of pillars and columns, the extrados reinforcement of vaults or the
bending strengthening of r.c. beams with mechanical end anchors/pivots).
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Prove e procedure per la qualificazione ed il controllo di accettazione dei materiali compositi
fibrorinforzati FRP in accordo ai criteri di accettazione ICC ES (International Code Council) - AC 125
Alberto Balsamo, Università di Napoli “Federico II’’ - Dipartimento Di Strutture per l’Ingegneria e
l’Architettura [email protected]
Daniele Alfonso Pisapia, Università di Napoli “Federico II’’ - Dipartimento Di Strutture per l’Ingegneria
e l’Architettura [email protected]
Ivano Iovinella, Università di Napoli “Federico II’’ - Dipartimento Di Strutture per l’Ingegneria e
l’Architettura [email protected]
Giulio Morandini, Mapei S.p.A. – Milano [email protected]
Negli ultimi anni in Italia è sempre più evidente la necessità di emanare delle Linee Guida per
l’accettazione e la certificazione dei materiali compositi fibrorinforzati (FRP) per il rinforzo delle
strutture in calcestruzzo e muratura. Tale necessità appare ancora più evidente in relazione al punto
11.1 delle NTC 2008, laddove è prescritto che tutti i materiali e i prodotti da costruzione impiegati per
uso strutturale debbano essere identificabili, in possesso di specifica qualificazione all’uso previsto e
debbano altresì essere oggetto di controllo in fase di accettazione da parte del Direttore dei lavori.
Peraltro il documento normativo riguardante gli FRP, “Istruzioni CNR DT200 R1/2013” recita: «A
tutt’oggi non esistono norme Europee per la classificazione e certificazione dei compositi utilizzati per
il rinforzo strutturale».
In questo quadro normativo si inserisce la prolungata discussione circa l’approvazione di un
documento da parte del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici contenente le “Linee Guida per la
identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice
polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti”.
In questo campo altri paesi hanno prodotto documenti che possono essere di riferimento per l’Italia
ed in particolare negli Stati Uniti è presente l’ente certificatore International Code Council (di seguito
ICC-ES) che ha emanato già da alcuni anni i criteri di accettazione per la certificazione dei materiali
compositi fibrorinforzati FRP.
Nel presente articolo viene descritta la campagna di prove eseguita dal Laboratorio del Dipartimento
di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura (DiSt) dell’Università di Napoli – Federico II° in
collaborazione con l’Università di Miami - College of Engineering, finalizzata al rilascio della
certificazione ICC-AC125 per alcuni sistemi FRP commercializzati negli Stati Uniti dalla MAPEI S.p.A.
Nel corso di tale campagna una notevole quantità di test di caratterizzazione fisico-meccanica e
strutturali è stata eseguita in diverse condizioni ambientali. L’analisi dell’iter metodologico seguito,
offre vari ed interessanti spunti di riflessione per la definizione dell’analogo documento in Italia.
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2) Sessione Materiali e Tecnologie
La necessaria evoluzione dei controlli non distruttivi per i materiali compositi
Claudio Cappabianca (ex ENEA)
[email protected], Tel. +39-3333269913
L'utilizzo dei compositi, iniziato da circa 30-40 anni, in settori ad alta tecnologia, quali
aeronautica/aerospazio, militare, energia, automotivo, sportivo, ha visto un incremento esponenziale
e in costante aumento. La conoscenza e l'esperienza per i materiali metallici si può dire consolidata da
anni, la diversità nella diffusione e propagazione dei difetti nei compositi richiede ancora una
adeguata ricerca; conseguenza immediata è un necessario adeguamento delle metodologie non
distruttive sia nella fase di progettazione e realizzazione, sia nella fase di esercizio.
Vengono descritti alcuni dei metodi di controllo non distruttivo in uso sia in fase di
progettazione/sperimentazione, sia in fase di esercizio. I metodi descritti sono: radiografia e
tomografia, ultrasuoni, shearografia.
6
Resine poliesteri innovative, ad elevata adesione, per la realizzazione di compositi con fibre di
carbonio.
P. Pozzi, T. Zanasi*, G. Lucchetti**
In collaborazione con Carlo Riccò&F.lli SpA (Correggio, MO)
Università di Modena e Reggio Emilia, Dipartimento di Ingegneria E. Ferrari, Via P. Vivarelli,10/1
41125 Modena, Italy.
*Corresponding author: Tel number: +390592056230 E-mail address: [email protected]
**Carlo Riccò & Fratelli S.p.A. via della Vecchia Ferrovia, 8/10 42015 Correggio (RE) Tel: +39
0522694035 - Mail: [email protected] - Internet: www.ricco.it
In questo studio, si sono analizzati compositi realizzati con tessuti in fibre di carbonio commerciali,
impregnati con resine poliestere insature, da utilizzare in varie applicazioni tecnologiche (edilizia e
meccanica). Le resine utilizzate, di tipi diversi, sono state precedentemente modificate, per migliorare
l’adesione con il tessuto. Attraverso questo trattamento si è ottenuto un aumento delle proprietà
meccaniche e termiche del composito. L’adesione ottenuta tra matrice e rinforzo è risultata
paragonabile ed in alcuni casi migliore rispetto al composito realizzato con lo stesso rinforzo e come
matrice una resina epossidica commerciale. I compositi sono stati caratterizzati tramite DSC, prove a
trazione e flessione, DMA, urto, e analisi in microscopia elettronica. I risultati mostrano come le
proprietà meccaniche e termiche risultano essere competitive con il composito di riferimento in
resina epossidica in particolare i valori di modulo del composito risultano di molto superiori a quelli
attesi, probabilmente dovuto ad una elevata adesione tra la matrice e rinforzo. Le proprietà
intrinseche dei componenti, la morfologia del sistema e la natura dell'interfaccia tra le fasi
determinano le proprietà meccanico dinamiche del composito, l'analisi dinamico-meccanica, dei
compositi fibra di carbonio/resina poliestere è stata effettuata con particolare riferimento all'effetto
della frequenza e della temperatura. L’adesione è stata analizzata tramite spettroscopia elettronica
(ESEM), mostrando una elevata adesione tra fibre e matrice poliestere sicuramente paragonabile
all’adesione osservata tra fibre e matrice epossidica.
I risultati migliori, sia per quel che riguarda le proprietà meccaniche e termiche che per l’adesione
all’interfaccia, si sono ottenuti nei campioni realizzati con la matrice modificata con particolari gruppi
esteri all’interno della macromolecola.
Queste resine poliestere insature impregnano facilmente le fibre di carbonio e induriscono sia a caldo
che a freddo con un elevato grado di polimerizzazione a pressione ambientale. La lavorazione non
richiede necessariamente l’utilizzo di autoclavi. Possono essere stampate a iniezione (RTM, VRTM,
ecc.) e in Pultrusion.
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Compositi termoplastici di tipo commingled a matrice nanocomposita
M. Monti1*, S.A. Tsampas2, S.P. Fernberg2, G. Camino1,3
1
Proplast Consortium, Strada Comunale Savonesa 9, Rivalta Scrivia (AL), Italy
2
Swerea SICOMP, PO Box 271, SE-941 26 Piteå, Sweden
3
Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia, Politecnico di Torino, Alessandria (AL), Italy
Il tema dell’efficienza energetica nel settore dei trasporti è ormai da anni di crescente interesse e il
raggiungimento di obiettivi sempre più ambiziosi è anche legato all’efficienza in termini di
prestazione/peso dei materiali utilizzati. Per questa ragione, il tema del metal replacement è
diventato negli ultimi anni di stringente attualità. In questo ambito, accanto all’introduzione dei
materiali compositi a matrice epossidica per parti strutturali o semi-strutturali, hanno ricevuto
rinnovato interesse l’utilizzo di laminati termoplastici fibro-rinforzati. Tra questi, i cosiddetti laminati
“commingled”, prodotti per compressione di un tessuto costituito dall’accoppiamento di una fibra
polimerica con la fibra di rinforzo, si sono ritagliati negli ultimi anni una certa fetta di mercato.
D’altra parte, la modifica della matrice polimerica con cariche di dimensione nanometrica ha
dimostrato di portare anche ai compositi in fibra (FRN: Fiber Reinforced Nanocomposites), notevoli
vantaggi in termini di performance e multifunzionalità. Dal punto di vista tecnologico, i compositi
“commingled” offrono l’indubbio vantaggio di poter modificare la matrice polimerica tramite le note
tecniche di dispersione di cariche in matrici termoplastiche (estrusione), e di evitare i problemi di
dispersione in presenza di fibra (es. effetto “filtro” del tessuto di rinforzo sulla carica nelle tecniche
liquid molding).
Il presente lavoro, svolto nell’ambito del progetto Fire-Resist, co-finanziato dalla Comunita Europea
(FP7), ha permesso di sviluppare un composito termoplastico rinforzato in fibra vetro a matrice PA6
caricata con nano-argilla (montmorillonite), per ottenere delle migliorate prestazioni al fuoco. Le fasi
di lavorazione sono state: realizzazione di un nanocomposito polimerico a migliorate prestazioni al
fuoco; valutazione della sua filabilità; filatura; accoppiamento fibra polimerica-fibra di rinforzo;
consolidamento in pressa a compressione. I compositi prodotti sono infine stati caratterizzati.
Come risultato, si è osservato come l’effetto della nanocarica sia legato strettamente alla presenza
della fibra di vetro, e sia quindi molto diverso nei due casi. Nel caso dei nanocompositi, essendo
l’argilla l’unico agente che induce la formazione di residuo carbonioso, il miglioramento è osservato
sia quando un flusso termico è imposto sulla superficie del campione (calorimetro a cono), sia nel
caso di combustione autoalimentata (UL94). Nel caso dei compositi il miglioramento di prestazioni si
è osservato solo nel caso della combustione autoalimentata.
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Consolidamento ed impregnazione in situ di compositi termoplastici tramite ultrasuoni
Riccardo Dell’Anna, Francesca Lionetto, Francesco Montagna, Alfonso Maffezzoli
Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento, via per Monteroni, 73100 Lecce
E-mail: [email protected]
Le grandi potenzialità dei compositi termoplastici rinforzati con fibre lunghe e unidirezionali sono
strettamente legate alla disponibilità di processi di produzione veloci ed efficienti. In questo lavoro
viene presentata una nuova tecnica di impregnazione e consolidamento simultanei di roving
termoplastici commingled che fa uso di onde ultrasonore ad alta energia.
Il sistema sperimentale sviluppato integra in un singolo processo l’impregnazione delle fibre da parte
della matrice termoplastica ed il consolidamento dei plies. Esso è costituito da un sonotrodo
montato su una macchina per filament winding[1-2]. Durante l’avvolgimento, il sonotrodo, messo a
contatto con il roving, trasferisce una sufficiente energia al materiale tale da promuovere la fusione
locale della matrice termoplastica[3-4]. Contemporaneamente viene applicata pressione per ottenere
un’adeguata impregnazione delle fibre di rinforzo.
Questa tecnica, dunque, risulta essere molto veloce, facile da automatizzare e con la possibilità di un
controllo on-line della qualità del composito.
Grazie a questo set-up sperimentale, sono stati realizzati campioni cilindrici a partire da un roving
commingled costituito da filamenti di Polipropilene e fibre di vetro. Sono state investigate le
proprietà morfologiche, meccaniche e fisiche dei compositi consolidati in funzione di differenti
parametri di processo.
Inoltre, il processo di trasferimento di calore che avviene durante il consolidamento in situ è stato
simulato, risolvendo con un’analisi ad elementi finiti (FEM) un bilancio di energia relativo alla
generazione di calore promossa dalla propagazione di onde ultrasonore ed alle caratteristiche di
fusione della matrice. Tale modellazione è stata usata per ottenere il campo di temperature ed
ottimizzare i parametri di processo.
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Compositi nautici strutturali in fibra di basalto
Francesca Signorini ([email protected]), Francesco Rossi ([email protected])
Consorzio Polo Tecnologico Magona, via Magona snc, Cecina (LI), tel.0586 632142,
[email protected]
Alla base del lavoro di ricerca c’è stata l’idea di sfruttare le potenzialità tecniche ed economiche
offerte dalle fibre di basalto a favore della cantieristica nautica. La fibra di basalto è in grado di
sostituire completamente le tradizionali fibre di vetro fornendo prodotti assolutamente nuovi sul
mercato internazionale senza necessariamente stravolgere le normali procedure di costruzione
dell’imbarcazione: queste infatti risultano essere analoghe a quelle impiegate nella costruzione di
scafi con fibra di vetro, senza nessuna necessità di nuovi investimenti in attrezzature e impianti.
In particolare, le fibre di basalto presentano alcune caratteristiche che le rendono attraenti per
questo tipo di applicazioni: tra queste, ad esempio, la resistenza meccanica superiore alla fibra di
vetro comune, minori problemi nella manipolazione del prodotto da parte degli operatori, la sua
ecocompatibilità in quanto prodotta con una roccia molto diffusa in natura e il suo costo.
Lo studio si è concentrato sulla verifica delle caratteristiche di resistenza a trazione di compositi
realizzati con resina isoftalica rinforzata con fibre di basalto, variando sia il tipo di stratifica che la
tipologia e la grammatura del tessuto.
Sono state effettuate prove meccaniche secondo quanto richiesto per le certificazioni dei nuovi
materiali dal Registro Italiano Navale (RINA) su provini appositamente realizzati: i test eseguiti sono
stati: resistenza a trazione (UNI EN ISO 527-4), a flessione (UNI EN ISO 14125), al taglio (ASTM D 732)
e al taglio interlaminare (ASTM D 3846), secondo le procedure prescritte dai regolamenti RINA per la
certificazione dei nuovi materiali strutturale in natanti o navi.
Queste caratterizzazioni hanno permesso successivamente di indicare le stratifiche che
potenzialmente erano in grado di essere approvate per l’utilizzo e, tra queste, di scegliere quella
migliore per il peso e le proprietà meccaniche.
Il progetto si è concluso con la realizzazione di un prototipo di imbarcazione di circa 10 metri
interamente realizzato in fibra di basalto; l’imbarcazione, dopo aver positivamente superato i test in
mare, è stata omologata dal RINA e il laminato innovativo in fibra di basalto ha ottenuto la
certificazione rendendo così queste fibre utilizzabili anche in futuro come materiale strutturale nel
mondo nautica.
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Compositi nel settore medicale
D.Zanolini
Lamiflex S.p.A., Via Ernesto de Angeli 51, Ponte Nossa (BG)
Tel. 035 700011, [email protected]
Lamiflex studia e realizza da anni componenti in carbonio per impieghi nel settore delle ispezioni a
raggi X.
Tali componenti oltre ad elevate caratteristiche meccaniche devono presentare geometrie
particolari(riduzione degli artefatti), trasparenza ed assorbimento alle dosi radianti. Case history:
lettino radiologico.
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Composites Skills Development: la formazione come leva competitiva per le aziende
Andrea Communara, Fabrizio Malizia
Composites Skills Development, Piazza dell'Emporio, 16 - 00153 Roma
[email protected] [email protected]
Quanta Formazione e Quanta Italia hanno dato vita al primo contratto di rete nel settore dei materiali
compositi “Composites Skills Development”, coinvolgendo come partner primarie aziende di
produzione.
La rete ha come obiettivi principali:
• lo studio e la socializzazione delle conoscenze sull'evoluzione delle tecnologie dei materiali, con
particolare riferimento alla fibra di carbonio e ai materiali compositi e le loro applicazioni;
• lo studio e la circolazione di conoscenze sui fabbisogni di professionalità dipendenti dai fenomeni
innovativi in questione;
• sviluppo di programmi formativi per lavoratori occupati, inoccupati e disoccupati, interessati alla
crescita delle loro competenze.
Il primo frutto maturato dalla rete è Quanta Composites Learning & Training, una scuola di
formazione professionale nata grazie al coinvolgimento di partner altamente qualificati nel settore
dei materiali compositi.
La scuola eroga percorsi di formazione professionale avanzata ad alta specializzazione, rivolti a privati
ed aziende, potendo inoltre avvalersi del know-how di Quanta Formazione per la gestione dei fondi
regionali, nazionali, europei e le diverse opportunità offerte dai circa 20 Fondi paritetici
interprofessionali.
Quanta Composites Learning & Training realizza percorsi formativi ad elevata specializzazione ed
estremamente caratterizzabili in funzione delle esigenze specifiche e dei fabbisogni reali espressi dal
mercato. Tutti i corsi prevedono un'approfondita fase di analisi dei fabbisogni formativi e dei processi
di lavorazione che si utilizzano nelle aziende committenti.
12
3) Sessione Trasporti
Metodologie innovative di progettazione a fatica per il miglioramento dell'affidabilità strutturale di
parti in composito nel settore dei trasporti
M.Quaresimin, P.A. Carraro
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali
Università di Padova
Stradella S.Nicola 3 - 36100 VICENZA
TEL. +39-0444-998723 FAX +39-0444-998888
web: http://www.gest.unipd.it/
e-mail: [email protected]
Structural parts made of composite materials are in general subjected to in-service cyclic loads which
can bring the part to the degradation of its strength and stiffness and eventually failure. In fact it is
widely documented in the literature that the fatigue life of composite multidirectional laminates is
characterised by the initiation and propagation of multiple cracks in the off-axis plies. Their
accumulation leads to the degradation of the laminate stiffness, much before the final failure. Mainly
in a stiffness-based design against fatigue it is fundamental to predict damage initiation and
accumulation
in
composite
laminates
under
generic
loading
conditions.
With this aim, an extensive experimental investigation was carried out by the authors on composite
materials in the form of tubular specimens under bi-axial loads and flat laminates under off-axis
loading to characterise the fatigue crack initiation and propagation phenomena. On the basis of the
damage mechanisms observed at the micro-scale a damage-based criterion was developed to predict
the
initiation
of
off-axis
cracks
under
multiaxial
fatigue
loading.
Then an analytical model was developed to correlate the stiffness of a generic laminate to the density
of off-axis cracks, also accounting for the interaction between cracks in different layers.
Eventually a procedure, based on the crack initiation criterion, on a Paris-like law for crack
propagation and on the developed stiffness model was defined to predict the crack density evolution
and consequent stiffness degradation in multidirectional laminates under fatigue loading.
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Le metodologie di simulazione dei materiali compositi, dalla valutazione degli ammissibili sui
provini virtuali alle verifiche di danneggiamento dei componenti
Alberto Faraboschi, MSC.Software Srl
www.mscsoftware.com
L’uso dei compositi nell’industria è cresciuto significativamente negli ultimi 10 anni grazie all’ottimo
rapporto tra resistenza e densità che questi materiali offrono. Sfortunatamente, il vantaggio del
minor peso viene controbilanciato da alcuni svantaggi: i materiali compositi sono ancora poco
conosciuti e richiedono di essere validati e testati.
Le tecnologie di simulazione supportano il processo di progettazione dei materiali compositi in tutte
le fasi: dalla creazione del materiale alla determinazione degli ammissibili del materiale, fino al test
strutturale del componente.
Nella fase di design preliminare, è possibile passare velocemente dal CAD alla creazione del modello
per l’analisi FEM. Per definire il materiale composito occorre tenere in considerazione i processi di
laminazione e draping. Successivamente è possibile passare all’analisi degli stress e dei carichi a cui è
soggetto il componente, studiando eventuali effetti di debonding.
Una volta costruito il componente e rilevati i difetti con prove non distruttive, è possibile studiare
approfonditamente il modo in cui la microstruttura del materiale influenza le prestazioni del prodotto
finale, riducendo la necessità di impegnativi test fisici.
Le analisi non-lineari consentono infine di comprendere gli effetti del processo di produzione sulle
prestazioni del prodotto. Affiancare le misurazioni fisiche alla simulazione consente di comprendere
meglio il comportamento dei compositi e di creare nuove competenze a disposizione del mondo
industriale, a sostegno dell’innovazione.
La presentazione prende come esempio la sviluppo di un componente aeronautico in materiale
composito considerando le fasi di progettazione preliminare e quelle di verifica del componente reale,
partendo dall’analisi di difettosità del prodotto.
14
ELISA- extreme light insulator system application
metodo ed apparato per lo stampaggio di componenti per veicoli
Gariboldi Gianpietro, [email protected]
Cioni Gianni, [email protected]
Antonioli Andrea, [email protected]
Marcello Agrati, [email protected]
GLOBAL SYSTEM INTERNATIONAL S.P.A., Piazza IV Novembre, 4 20124 Milano
ELISA: Sistema di costampaggio di assorbitori acustici e termici su un manufatto realizzato in LWRT Light Weight Reinforced Thermoplastics.
Esempio applicazione ELISA: (20) pannello LWRT –
(assorbitore costampato) [Domanda di brevetto
BS2014A000120]
L‘applicazione viene definita light in quanto non necessita di una modifica strutturale dello stampo,
rispetto ad una soluzione senza assorbitore, e permette al contempo la massima flessibilità di
progettazione e realizzazione. Le eventuali modifiche alla geometria dell‘assorbitore in corso di
progetto non necessitano di grossi investimenti in modifiche alle attrezzature. Inoltre si facilita la fase
di sviluppo e test del particolare:
con lo stesso stampo si possono realizzare diverse versioni di un singolo stampato combinando diversi
tipi di assorbitori acustici e termici in base alle esigenze del progettista e del cliente.
VANTAGGI
COSTAMPAGGIO: Vengono eliminate tutte le operazioni manuali di montaggio successive come la
saldatura o l’incollaggio. Notevole risparmio di manodopera.
Si rende superfluo l’utilizzo di ulteriori componenti come colla e inserti di fissaggio. Risparmio in
componentistica. Si rendono superflue attrezzature dedicate come posaggi di incollaggio o
attrezzature di saldatura e incollaggio. Riduzione degli investimenti. Ciclo lean. Riduzione WIP e costi
di magazzino.
FLESSIBILITÀ DI REALIZZAZIONE: Con lo stesso stampo possono essere realizzati diversi particolari
posizionando diversi tipi di assorbitori o modificando la loro posizione. Non è necessario modificare lo
stampo ma solo le cornici di applicazione. Riduzione investimenti e flessibilità realizzativa.
Nella fase di sviluppo prodotto possono essere testate diverse soluzioni. Flessibilità di progettazione e
sviluppo prodotto. Anche nella fase prototipale possono essere utilizzate le attrezzature di serie.
Riduzione investimenti in prototipi
15
Alleggerimento dei materiali plastici e ulteriori benefici con 3M Glass Bubbles
Mauro Principe
S&MM Advanced Material Division & Strategic Account Development Manager
3M Italia Srl
Via Norberto Bobbio 21
20096 Pioltello (Mi)
[email protected]
3M, con le proprie 3M™ Glass Bubbles, si pone a supporto dei più importanti ed emergenti
Megatrend tra cui : L' alleggerimento e il Risparmio Energetico.
Studi e applicazioni dimostrano l'efficacia dei prodotti 3M™ Glass Bubbles, che si propongono, anche
per il proprio “Green Concept", come aiuto concreto ai clienti per raggiungere l'obiettivo di :
• Alleggerire i materiali, soprattutto nell'ambito delle Materie Plastiche
• Concorrere al raggiungimento di un “Risparmio Energetico” soprattutto in ambito Automotive
• Contribuire alla diminuzione delle emissioni
• Ridurre il VOC.
• Migliorare il comfort.
Le 3M ™ Glass Bubbles sono microsfere di vetro cave, perfettamente integre e sferiche a bassa
densità ( da 0,12 gr/lt a 0,60 gr/lt). La base chimica è quella di un Boro Silicato.
La
famiglia dei prodotti 3M Glass Bubbles si sta ampliando e anche specializzando per segmenti di
mercato dove fino a poco tempo eravamo solo marginalmente presenti, come ad esempio il settore
Termoplastico.
Nel settore dei Trasporti, l’alleggerimento conferisce ai materiali prodotti con queste caratteristiche,
un valore aggiunto ben percepito dai maggiori operatori del settore che, in funzione anche del variare
delle normative Europee sulle emissioni, si stanno adoperando per produrre veicoli sempre più
efficienti e performanti nel rispetto delle richieste del legislatore.
In questo ambito 3M si propone come partner per lo sviluppo di soluzioni per l’alleggerimento dei
materiali e per l’implementazione del risparmio energetico.
16
Progettazione Sovrastruttura: la collaborazione Azimut I Benetti, MDS-Engineering/SIKA,
La produzione di grandi manufatti in Resina Epossidica e Fibra di Carbonio
MDS-Engineering [email protected]
Dal 2008 MDS-Engineering collabora con Sika nel progetto compositi
Sika Italia S.p.A, Via Luigi Einaudi 6 - 20068 Peschiera Borromeo
Mail di riferimento: [email protected]
Costruire grandi navi in composito, >35mt, è diventato ormai una sfida per il design più innovativo,
ma allo stesso tempo anche per la ricerca del comfort massimo, sia in termini di abitabilità che di
percezione della sicurezza e della solidità in tutte le condizioni di navigazione.
La sintesi di questa nuova filosofia progettuale è alla base dei nuovi modelli della Benetti, nello
specifico il BM116', realizzato con il contributo di MDS-Engineering per la progettazione strutturale. Il
team ha lavorato a stretto contatto con il reparto di progettazione di Azimut/Benetti ed usufruito
dell'esperienza e delle risorse di Sika nella caratterizzazione e nell’utilizzo dei sistemi epossidici.
Da qui nascono i requisiti di progetto del cantiere per coniugare la ricerca del comfort effettivo, cioè
quello percepito dai passeggeri, e la solidità strutturale. Inoltre gli elementi strutturali dovranno
essere quanto meno invasivi per non sottrarre spazio all’allestimento interno e quanto più possibile
integrati nel progetto globale della nave, dei sistemi e degli arredi.
Tutto questo richiede una maggiore attenzione nella fase progettuale al fine di evitare che i costi di
produzione aumentino in maniera vertiginosa. E' quindi fondamentale sfruttare al massimo le
potenzialità del composito, sia dal punto di vista della scelta dei materiali che dell'orientazione delle
fibre di rinforzo.
Ad oggi I migliori risultati per imbarcazioni di grande dimensioni e con costi di gestione contenuti si
ottengono con compositi a base di resina epossidica e rinforzo in fibra di carbonio.
Grazie alla collaborazione con Sika, produttore di resine epossidiche, nelle fasi di progettazione è
stato possibile realizzare campioni di laminato per verificare e aggiornare i valori utilizzati per il
calcolo. L'esperienza in laboratorio ha fornito anche dati sul comportamento del composito sotto
carichi estremi e nel comportamento a rottura. In questo modo si è lavorato sulla base di dati
sperimentali e con margini di errore molto ridotti.
Per ottimizzare al massimo il composito è quindi necessario realizzare un modello di calcolo molto
preciso e indagare puntualmente la risposta della struttura ai carichi di progetto, anch’essi modellati
nel modo più accurato possibile. Da questi dati si procede poi alla definizione delle laminazioni
ponendo particolare attenzione all’orientazione dei tessuti, in modo da posizionare materiale, e
quindi la rigidezza solo dove è necessario, evitando sprechi e contenendo pesi.
Il risultato è un manufatto estremamente mirato, ottimizzato per l’allestimento, resistente e leggero.
Inoltre avendo realizzato un progetto completo e dettagliato è possibile pianificare la produzione,
tempi e costi, ed esercitare un controllo elevato sull’intero processo. Il modello permette inoltre di
avere una previsione globale non solo delle prestazioni, ma anche delle quantità dei materiali
utilizzati, delle caratteristiche di massa, peso e baricentro, nonché delle caratteristiche inerziali.
La proposta di Sika/MDS-Engineering fornisce un valore aggiunto a dei manufatti che fino ad oggi
erano solo contenitori e che ora al pari dei telai delle nuove supercar conferiscono un nuovo standard
per i superyachts.
17
4) Sessione Sostenibilità e Impatto ambientale
RECYCLING OF TEXTILE COMPOSITES BASED ON AN ECODESIGN METHODOLOGY
Achim Schröter1 , Ulrike Rübsam1, Tobias Schlüter1, Corrado Grassi2,Yves Simon Gloy1, Gunnar Seide1,
Thomas Gries1
1
Insitut für Textiltechnik, RWTH Aachen (Germany)
2
3T GmbH, Aachen (Germany)
The project “EcoMeTex - Ecodesign methodology for recyclable textile coverings used in the
European construction and transport industry“ deals with the development of a theoretical method
for the production of recyclable textile floor covering and simultaneously with the practical transfer
and development of a recyclable carpet design. This article treats the practical realization of the
recyclable carpet design. During the process of development two main approaches are utilized. The
first one is the production of a woven carpet solely made of PA6 and the second is a tufted carpet
with an additional separation layer. For both approaches the raw material was the already chemically
recycled PA6-yarn ‘Econyl’ by the company Aquafil S.P.A, Arco-Trento, Italy.
Introduction
The goal of the project “EcoMeTex - Ecodesign methodology for recyclable textile coverings used in
the European construction and transport industry“ is to develop a method for the production of
recyclable textile floor covering. Based on the result a transfer to the transport sector (truck
tarpaulins) will be conducted. The high relevance of these sectors is clearly visible in the statistics for
the use of technical textiles in Western Europe. Namely the consumption of technical textiles in the
transport sector is about 21.2 % and in the building sector about 15.3 %.
The method to be developed in this project should guarantee the analysis of the complete life-cycle
of a product. This enables the identification of the most important influence parameters and reveals
possible improvement potentials. A so-called ‘Life-Cycle-Assesment’ (LCA) is to understand the
environmental impact of a product along all its life cycle stages and to improveme strategies for the
design of an ecologically product.
Another goal of this method is to solve the contradiction of textile covering materials: On the one
hand the covering material should be tightly connected during the application; on the other hand the
layers should be easy to separate for the recycling process. Not only the optimization of the currently
used materials and their production- as well as distribution-processes but also the development of
new products and processing concepts is part of the method: It covers the development of innovative
modified materials and also new approaches to production processes, recovery and re-use phases.
Feasibility and practical application of the method should be verified by using carpets in this project.
The project can be split into two parts. The first one is the theoretical part which deals with the
development of the method and the second one deals with the technical aspects for the realization of
18
a recyclable carpet. This article mainly discusses the realization of the technical aspects of the
EcoMeTex project. The most important aspect in this context is the material of the carpet. Especially
the structure of recyclable carpet designs plays a fundamental role. At the same time, other
potentials for the development of carpets concerning the ecobalance should be depicted.
Technical realization of a recyclable carpet design
The goal is the development of a new carpet design which is recyclable and at the same time allows
the usage of already recycled material. In the context of the project an examination of the complete
process beginning with the production up to the application of carpets is intended. This includes the
spinning of the fibres and the production of the carpet by weaving or tufting as well as the
subsequent usage of the products. For a qualitative evaluation of the developed structures, existing
products of the partners Anker-Teppichboden Gebr. Schoeller GmbH & Co. KG, Düren and Interface
Europe Ltd, Scherpenzeel, Netherlands are deployed as benchmarking. Two different possibilities of
design are examined, namely woven and tufted products. This examination covers the usage of
almost pure PA6 in a mono-material carpet and also the usage of a separation layer so an existing
‚carpet back’ solution can be used.
As a raw material for the experiments, the chemically recycled PA6-yarn ‘Econyl’ by the company
Aquafil S.P.A, Arco-Trento, Italy, was utilized. This material has properties comparable to a virginmaterial. For the production of Econyl, used PA6 is depolymerised to caprolactam and subsequently
polymerized to new PA6. Through depolymerisation and the specific repolymerisation it is possible to
govern the properties of the new material very well and also to eliminate impurities. The usage of
Econyl for a new carpet design can therefore reduce PA6 polymer waste. Additionally, the energy
consumption of this method compared to the production of PA6 from crude oil is dramatically
reduced.
However, the depolymerisation puts high requirements concerning the quality of the primary
material so that an economic and ecologic process is guaranteed. The following aspects are
particularly important:
• The more pure the primary material the more effective the process
• Some polymers like PET strongly disturb the depolymerisation
These requirements have a great influence on the design of the new carpet. Therefore the
approaches for the development of an innovative carpet design are either producing the complete
carpet from PA6 (mono-material) or constricting this approach to parts of the carpet and making
them detachable, for example by an additional separation layer. In the following sections both
approaches will be considered more closely.
Mono-material woven carpets
The development of a mono-material carpet is limited to the weaving technology for considerations
concerning the production. The important advantage of the weaving technology is that fewer
components are necessary for the production of a carpet compared to the tufting process.
19
Currently no woven carpets made from pure PA6 are available. The reason is the poor shrinking
behaviour of PA6 during the inevitable finishing thermal treatment of the carpet. This effect causes
an undesirable formation of waves in the carpets. For the solution of this problem, the company
Aquafil S.P.A, Arco-Trento, Italy developed different PA6-yarns which exhibit less or no shrinkage.
With this material woven structures which are made of 100 % PA6 can be formed. In the following
coating of the woven structures only latex-free materials are used which do not disturb the
depolymerisation. The main focus for coating materials is on PP-based hotmelts.
With the application of the novel yarns and the use of the PP-based hotmelts a carpet design which
consists of 85-90 % PA6 was developed which hence can be sensibly conveyed to a recycling process.
Tufted carpets with an additional separation layer
As a benchmark in the sector of tufted carpets, carpet tiles of the company Interface Europe Ltd,
Scherpenzeel, Netherlands were defined. These tiles have very high requirements concerning
dimensional stability and weight which is the reason why a solution with a separable carpet back is
pursued, a so called ‘separation layer’-carpet.
The idea of this approach is that during the recycling process the upper part consisting of the pile
thread and the tufting medium and the lower part, the carpet backing, can be separated. The upper
part which consists of PA6 can subsequently be depolymerised in the recycling process. After the
separation, the carpet backing can be refined and reused as a filling material.
In the following section the innovations of this ‚separation-layer’-carpet design will be considered
shortly.
Pile thread:
The pile thread consists of Econyl and is thus based on already recycled material.
Primary Backing:
Conventional primary backings are woven or nonwoven fabrics based on polyester or polypropylene.
In order to realize a high PA-content in the upper part of the carpet, a polyamide based material is to
be developed.
Coating and separation layer:
Just as for the development of the woven mono-material carpet, the design of the coating of the
tufted carpet has to be adjusted to the requirements of the depolymerisation. The concept used in
this case is, in contrast to the one used for the woven fabric, the utilization of dispersions. This
enables the usage of a separation layer in the carpet structure. Another possible approach for the
realization of a separation layer is the utilization of additives. Fig. 1 shows schematic illustration of a
carpet with separation layer.
20
Pile yarn
Primary backing
Precoat
Sepration Layer
Secondary
Backing
Figure 1: Schematic illustration of a carpet with separation layer
The research leading to these results has received funding from the European Union's Seventh
Framework Programme (FP7/2007-2013) [NMP.2011.3.1-1] under grant agreement n° 280751
21
CRESIM – un processo industriale per il riutilizzo di fibre di Carbonio riciclate.
Il Gruppo Cannon (www.cannon.com) è attualmente impegnato in un progetto di ricerca e
sviluppo finanziato dalla Unione Europea nell’ambito del Programma LIFE+, uno
strumento finanziario della Comunità Europea che supporta il miglioramento e la difesa
dell’ambiente attraverso progetti gestiti da imprese private e/o enti locali, che li gestiscono
sotto il controllo scrupoloso di esperti della Comunità.
Cannon ha iniziato nel 2012 il progetto CRESIM (Carbon Recycling by Epoxy Special
Impregnation www.life-cresim.com), che ha per obiettivo finale lo sviluppo di un processo per
la produzione di CFPR di elevata qualità partendo da FdC riciclate. Il progetto si prefigge di
risolvere il problema del riutilizzo degli scarti di FdC dimostrando la possibilità di un loro
recupero fino al 100% : un problema ambientale molto dispendioso potrebbe convertirsi in una
opportunità per rendere queste lavorazioni più compatibili con l’ambiente – facendo
risparmiare molto denaro a tutti.
Afros SpA, la società del Gruppo Cannon specializzata nella produzione di macchine dosatrici
per formulazione di resine multicomponenti (Poliuretani, Epossidiche, DCPD, Siliconi ecc.) sta
attualmente cooperando con le aziende dei settori interessati (produttori di FdC vergine,
trasformatori, stampatori di articoli in Materiali Compositi, rigeneratori di FdC) per lo sviluppo
congiunto di nuove applicazioni e metodi produttivi per le FdC riciclate.
22
Tecnologie e materiali per il remanufacturing di prodotti postconsumo e scarti industriali in
vetroresina
(una tecnologia Italian patent n° 0001412809 del 18/12/2014)
G. Bonaiti, Rivierasca S.p.A.
Via Strasburgo, 7 - 24040 Bottanuco (BG)
tel. 035 907474 - e-mail: [email protected]
Glebanite è:
una tecnologia
un impianto pilota
un materiale
un concept
L’impasto ottenuto con triturato da scarto e materie prime vergini viene opportunamente addensato
(microsfere cave, milled fibers, bentoniti, MgO, …) in modo da conferire all’impasto stesso un
comportamento viscoelastico. Questa proprietà dell’impasto permette di processarlo con le più
comuni macchine per la lavorazione delle argille. L’impasto ottenuto con triturato da scarto e materie
prime vergini viene opportunamente addensato (microsfere cave, milled fibers, bentoniti, MgO, …) in
modo da conferire all’impasto stesso un comportamento viscoelastico.
Questa proprietà dell’impasto permette di processarlo con le più comuni macchine per la lavorazione
delle argille. Un impianto pilota consente di processare fino a 900 kg/h di impasto.
La lavorazione in queste macchine è a freddo, consentendo anche una
riduzione del consumo energetico
Il progetto può:
•
•
•
Fornire ai centri di raccolta rifiuti il know how per poter
processare ON SITE gli scarti di GRP anche con tecnologia
alternativa quale il 3D RECYCLED COMPOSITE PRINTING,
attualmente allo studio in collaborazione con +LAB, Politecnico
di Milano.
Le aziende potenzialmente interessate sono in gran numero vista l’estrema frammentazione
del mercato dei compositi a livello europeo.
Particolare interesse viene espresso dai cantieri navali che, con l’entrata in vigore della
direttiva 2008/98/CE, stanno cercando soluzioni al problema del recupero degli scafi a fine
vita (ad esempio con l’iniziativa francese Kroc’Boat)
Rivierasca SpA sta modificando un proprio impianto di laminazione in continuo per poter
processare Glebanite senza ricorrere alla tecnologia brevettata. Questa soluzione ha già
permesso di ottenere, per le proprie lastre da copertura, la certificazione RECYCLED
COMPOSITE da parte di CSI S.p.A.
•
•
•
Alcuni esempi di potenziali manufatti in Glebanite:
lastre per coperture industriali
grondaie
infissi
23
•
•
•
•
•
canaline di scolo
profilati: assi, pali tavole, pannelli, travi, listelli per costruzioni in esterno
barriere foniche
tubi
rivestimenti per esterni/interni
Domani:
• Integrazione e automazione dell’impianto pilota (oltre il Technology Readiness Level 7)
• ampliamento a una più ampia casistica di materiali compositi post consumo
• integrazione a valle con tecnologia di finitura e di fabbricazione digitale, con particolare
riferimento all’additive manufacturing
• valutazione del guadagno ambientale lungo tutto il ciclo di vita, secondo approcci di Life Cycle
Assessment (LCA)
24
Reducing environmental impact of air jet weaving by exploiting a novel method based on energy
efficiency as a central property in the design phase of production processes of composite materials.
Grassi, Corrado, 3T GmbH, Aachen, [email protected]
Schröter, Achim, Institut für Textiltechnik, RWTH Aachen, [email protected]
Dr.-Ing. Yves-Simon Gloy, Institut für Textiltechnik, RWTH Aachen, [email protected]
Univ.-Prof. Thomas Gries, Institut für Textiltechnik, RWTH Aachen, [email protected]
Introduction
Air jet weaving is the most productive but also the most energy consuming method in order to
produce composite materials. Increasing energy costs and environmental impact are a challenge for
the manufacturers of machines aimed to produce composite materials. Technological developments
are always concerned about low energy costs, low environmental impact, high productivity and
constant product quality. The high degree of energy consumption of the method can be ascribed to
the high need of compressed air.
Discussion
This abstract deals with the use of a novel method which suggests energy savings potentials
throughout the lifetime of production processes of composite materials within the field of machine
manufacturing industry by starting directly from the design phase. Energy efficiency is taken as
central property in the design process and it represents a new requirement/property to be defined in
the phase of design problem/task definition. In contradiction with established methodologies, the
approach includes an initial analysis of existing technical systems and the individuation and
classification of their prior and relevant energy consumers (sub-systems and processes). The
identified major consumers are afterwards systematically addressed to reduce their energy
consumption: several options and solutions – the system characteristics – are determined and
considered, starting with the complete elimination of the energy usage and ending with the option of
recovering energy. A following step of analysis consists of the verification of the system design,
predicting and evaluating the system behavior using several tools such as FEM analysis, CFD
simulation models and experimental analyses. The design process provides one or more solutions if
the accounted properties are met by the defined characteristics. A systematic approach for the
development of energy efficiency machine tools, proposed by Neugebauer (Ref. 1), provides general
concepts that can be applied to other type of industrial machinery and could be taken as reference in
the possible definition of methodologies for the energy efficiency design of specific machines. This
approach is based on the property-driven design methodology by Weber (Ref. 2), that defines the
design process as a process which has to reach given properties (i.e. requirements) by defining
characteristics to ensure this properties (e.g. geometries or materials). Since nowadays products
become more and more multi-disciplinary by the constantly increasing integration of added
functionality and product intelligence and since energy is a global design attribute which is influenced
by all disciplines, the development of energy analysis methodologies, both numerical and
experimental, requires an integrated research strategy. In the effort of reducing the ecological
footprint of air jet weaving production process, effective and efficient analysis techniques and
adequate measurement technologies are required to produce world leading products with a high
energy-efficiency, without compromising functionality, safety and performance. This demand is not
only driven by social awareness, but also by economic reasons, such as rising energy price. Combined
with the increasing trend towards virtual design and prototyping, to reduce total cost of ownership
and development times, the prerequisite for designing ‘green’ products creates an urgent industrial
need for robust and volatile simulation and experimental validation methodologies in the analysis of
the weft insertion process of air jet weaving technology. Therefore, differently from conventional
approaches unable to identify energy potentials at early stage, this novel method combines energy
25
efficiency, considered as a central requirement already in the design phase, with the state of the art
finite element analysis and computational fluid dynamic techniques and CAE modeling which in the
end led to a remarkable improvement of the environmental and holistic performance of machine
itself. While designing their products, manufacturers will have to respect predefined measures, which
aim to reduce the environmental impact of products throughout the whole product lifecycle (such as
production, use and disposal). It must be noted that in general, energetic efficiency depends on how
a machine is made (“design”) and how it is used (“management”). These two aspects cannot be fully
separated and a designer must take into account how the machine will be used and what will be the
associated total cost of ownership and environmental impact. Therefore in next air jet weaving
machine generations, by means of applying this energy efficiency approach already during the design
phase, the ecological footprint is reduced without losing performance. This means that
manufacturers will have to start taking energy efficiency features into account during the design cycle.
In other words, the design process should move from a purely performance and capacity driven
approach to an approach that includes energy efficiency as a key parameter. By combining the
approach focused on energy efficiency with next-generation of FEM, CFD, CAE tools, the solution of
the majority of problems will be shifted from the production and pre-production phases to the
detailed design phase at the very least, representing a strong impact up for economic issues and
entrepreneurial decisions. Such a new design paradigm is expected to lead to substantial energy
savings during the products’ lifecycles and to reduce total costs of ownership of the air jet weaving
machines.
Results and Outlook
In air-jet weaving, the largest share of energy consumption can be allocated to the pneumatic
components. The relay nozzles as well as their valves cause the major share of energetic inefficiencies
within the pneumatic system. In this context, a novel relay nozzle concept is the most promising
measure to significantly improve energy efficiency of air-jet weaving. A novel nozzle concept has been
introduced which provides similar driving force on the yarn at a reduced level of pressure. Different
nozzle prototypes have been characterised on a weaving machine. Moreover, the interaction of the
flow field across the shed and the profiled reed is investigated. New geometries of profiled reed
which enable a minor waste of compressed air between the reed dents are proposed. The three
dimensional CFD analysis of the flow behaviour in the reed channel is fundamental to investigate and
to achieve a more accurate and energy efficient weft insertion process. The combination of the
preferred relay nozzle type and profiled reed is leading to an energy saving of 45% in comparison with
current industry configurations.
Acknowledgement: The European Commission is gratefully acknowledged for its support of the Marie
Curie program through ITN EMVeM project, Grant Agreement N° 315967. The project VIP0477 is in
the form of assistance "Validierung des innovationpotenzials wissenschaftlicher Forschung - VIP"
supported by the Federal Ministry for Education and Research.
References:
1. Neugebauer, R. Approach for the development of energy-efficiency machine tools. Conference on
Supervising and Diagnostics of Machining Systems. Wroclaw, Karpacz : s.n., 2010.
2. Weber, C. Locking at “DFX” and “Product Maturity” from the Prospective of a new Approach to
Modeling Product and Product Development Processes. The Future of Product Development. 2007.
Vol. 3, pp. 85-104. DOI: 10.1007/978-3-540-69820-3_11.
3. Shintani, R. ; Okajima, A. “Air flow through a weft passage of profile reed in air jet looms” , Journal
of Textile Engineering, Band 48 (2002) Heft 2, Seite 56-63 (8 Seiten, 14 Bilder, 6 Quellen), 2002.
26
Una nuova filiera per il riciclo di fibre di carbonio
Luigia Longo*, Antonella Tarzia, Alessandra Passaro
CETMA - Centro di Progettazione, Design & Tecnologie dei Materiali, s.s. 7 Appia Km 706+030 - c/o
Cittadella della Ricerca, 72100 Brindisi – ITALY
*[email protected]
La continua crescita nell’uso dei materiali compositi pone in maniera sempre più cogente la necessità
di prevedere per essi processi di riciclo tecnicamente ed economicamente sostenibili. Benché
l’interesse della ricerca scientifica sembra essere equamente diviso tra compositi a matrice
termoplastica e compositi a matrice termoindurente, le uniche esperienze di riciclo di compositi a
livello industriale riguardano quelli a matrice termoindurente. Tra le possibili alternative per il riciclo
di tali materiali (riciclo meccanico, riciclo chimico mediante pirolisi, processo a letto fluido ed
incenerimento controllato), l’unica che ha raggiunto una fase di industrializzazione e di
commercializzazione è rappresentata dal recupero delle fibre di carbonio mediante pirolisi, soluzione
incoraggiata dalle buone caratteristiche delle fibre recuperate e dal minor costo rispetto alle fibre
vergini. A ciò si aggiungono, come elementi trainanti, le previsioni di crescita nell’uso di fibre di
carbonio nei settori aeronautico ed automobilistico e quindi un aumento della disponibilità di fibra da
riciclare. Tuttavia, l’industrializzazione e l’immissione in commercio delle fibre di carbonio recuperate
sono resi particolarmente ardui da diversi fattori, quali le difficoltà tipiche legate allo sviluppo di
nuove filiere produttive con origine da materiali riciclati, le problematiche tecnologiche dovute alla
natura composita del materiale da riciclare, la complessità tipica del mondo dei materiali compositi e
la scarsa consapevolezza da parte dei potenziali attori della nuova filiera delle diverse caratteristiche
delle fibre da riciclo dalla fibre vergini. A questo si aggiunge uno scenario a valle del riciclo della fibra
frastagliato ed in rapida evoluzione. Una comunicazione efficace tra gli attori coinvolti è pertanto
fondamentale per una vincente penetrazione nel mercato, attraverso il pieno sfruttamento tecnico
ed economico delle potenzialità offerte dalle fibre di carbonio da riciclo.
27
Integral reinforced woven fabrics: Approach for efficiently reducing waste in preforming processes
Christopher Lenz, Thomas Gries
Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, 52074 Aachen, Germany
The application of near-net-shape and locally reinforced or so called “tailored” materials is a very
promising approach to decrease the production costs in fiber reinforced plastics processes by
reducing occurring waste and the number of production steps. A new type of tailored material are
locally reinforced woven fabrics which can be produced in a single step process with the open reed
weaving technology by Lindauer Dornier GmbH, Lindau. Despite the high potential of these fabrics
there are no technical applications so far which is generally due to the lack of knowledge regarding
four aspects: weave design, structural mechanics, preform process chain design and conceptual
lightweight construction.
Within this paper, studies on different local reinforcement types are presented: the reinforcement of
integrated inserts, reinforcement against notching and against hole bearing. For each load case
different weave patterns are designed and samples are produced. After mechanical tests the results
are analyzed and rules for designing reinforcement patterns are derived. The highest influence by the
reinforcements was measured in the hole bearing tests where improvements of up to 191 % were
measured. These studies are further used to set up a design guideline for locally reinforced woven
fabrics. This guideline supports the user choosing suitable reinforcement patterns and to identify
possible combinations of various reinforcements within a part. Eventually, the future steps to
improve the guideline are presented. This includes the development of a FEM model for a quicker
reinforcement design and an economical evaluation.
28
La cogenerazione come un’opportunità di efficientamento di interesse tecnico-economico
COCCHI Stefano
CEFLA s.c., via Selice Provinciale 23/a, 40026 Imola(BO)
[email protected]
I costi energetici del panorama nazionale italiano incidono sempre più spesso in maniera gravosa sul
bilancio di un processo industriale, rendendolo poco competitivo se confrontato con realtà nazionali
differenti. Questa caratteristica deriva dalle componenti variabili presenti sull’acquisto dell’energia
elettrica denominati “oneri generali di sistema”. L’efficientamento energetico risulta essere quindi
un’opportunità interessante per aumentare gli utili della gestione caratteristica, grazie
l’abbassamento dei costi diretti di produzione.
Nell’ambito dell’industria di produzione e trasformazione dei materiali compositi e polimerici, la
cogenerazione industriale si presenta come una delle tecnologie di maggior potenziale interesse in
quanto il regime di produzione pressochè continuo e la possibilità di progettare il sistema integrando
molteplici recuperi termici, porta ad un abbattimento dei costi energetici sino al 30% con un rientro
dell’investimento compatibile al settore industriale.
La cogenerazione è la tecnologia che permette la produzione combinata di energia elettrica ed
energia termica attraverso tecnologie basate sull’utilizzo di motori endotermici o turbine a gas. Il
possibile recupero dell’energia termica co-prodotta e trasformata in fluidi vettori (ad esempio olio
diatermico e vapore) permette di progettare l’impianto per la massimizzazione del rendimento
globale. Altre opportunità derivano dall’ulteriore trasformazione dell’energia termica in energia
frigorifera attraverso l’utilizzo di assorbitori frigoriferi (bromuro di litio, ammoniaca, etc…).
Oltre alla cogenerazione, i recuperi termici dei fumi caldi emessi in atmosfera sono di altrettanto
interesse, viste anche le nuove tecnologie che permettono di trasformare tale recupero in energia
termica, frigorifera o addirittura meccanica/elettrica.
Alcuni casi studio esemplificativi con la relativa analisi tecnico/economica di fattibilità saranno
presentati, con anche cenni sull’indice PES e il possibile accesso ai Titoli di Efficienza Energetica
derivanti da tali interventi.
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raccolta abstract 2015

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