Filament winding Filament winding

Filament winding
Università degli studi di Messina
Corso di laurea in INGEGNERIA DEI MATERIALI
SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
COMPOSITI
A MATRICE POLIMERICA
Prof. A.M.Visco
Lezione T5 : Processi di realizzazione di
materiali compositi – Filament Winding (FW)
Filament winding
¾ Avvolgimento
di
filamenti
continui
di
materiale di rinforzo impregnati di resina, su
un corpo, generalmente rotante, detto
mandrino,
mandrino la cui forma determina la geometria
del composito da realizzare.
¾Il processo è
per ottenere
resina.
poi completato in forno,
forno
l’indurimento totale della
Zona d’
d’mpregnazione:
mpregnazione i trefoli di fibra passano dentro la vasca
di impregnazione guidati da opportuni rulli di orientamento.
Le guide o le barre di separazione posizionate tra i rulli di
orientazione e la vasca d‘impregnazione controllano la tensione
delle fibre.
Ulteriori rulli, squeeze rollers,
rollers eliminano la resina in eccesso e
garantiscono il buon bagnamento di resina della fibra lungo la sua
intera lunghezza.
I vari trefoli sono raccolti assieme al fine di realizzare un
unico trefolo che verrà posizionato sul mandrino.
La velocità del mandrino e della traversa mobile sono variabili al fine
di poter variare, e quindi controllare, l’angolo di avvolgimento.
fattori che caratterizzano la tecnica del FW
Vavv = 90 e 110 m/min
Velocità inferiori: avvolgimento più preciso
‰
‰
‰
‰
‰
il tipo di avvolgimento
il tipo di impregnazione
il mandrino
la macchina
il processo di polimerizzazione
1
Avvolgimenti
In genere le fibre sono deposte sul
mandrino, che ruota intorno al suo asse
con velocità angolare ω(t), da un braccio,
dotato di occhiello di deposizione, che si
muove con velocità v(t) su un asse
parallelo a quello del mandrino.
(a) circonferenziali, con angoli di circa 90°;
(b) elicoidali, con angoli compresi tra 20° e 85°;
(c) polari, con angoli compresi tra 0° e 20°.
Braccio con occhiello di deposizione
Il rapporto ω/v fissa in ogni istante
l’angolo di avvolgimento::
⎛ωR ⎞
⎟
⎝ V ⎠
α = arctg ⎜
Impregnazione fibra resina
Wet winding
Impregnazione fibra resina
Dry winding
‰
‰
Nell’avvolgimento bagnato la
resina liquida è contenuta in una
vaschetta entro la quale sono
immersi i filamenti, subito
prima di essere avvolti sul
mandrino.
Economico, perché non ha
bisogno di precedenti costose
lavorazioni
Mandrino
Rimovibili
‰
Terminata la lavorazione, sono estratti dal composito oppure
sciolti.
La possibilità di estrarre il mandrino è limitata a particolari forme
geometriche.
Fissi
‰
Rimane all’interno della struttura divenendo parte integrante di
essa.
L’avvolgimento a secco è più complesso e costoso.
I filamenti sono preimpregnati di resina già sottoposta a
parziale polimerizzazione.
Elevata velocità di produzione
Tutti i tipi di resina
Mandrino
Problematiche
‰
L’avvolgimento è realizzato sottoponendo le fibre ad una
assegnata tensione che a sua volta provoca un carico di
compressione sul mandrino;
Per compositi di elevate dimensioni (decine di metri) il peso del
mandrino non è trascurabile;
Il mandrino deve inoltre essere capace di sopportare le alte
temperature imposte nel forno;;
Quando il laminato non ha più il supporto del mandrino rimosso,
per motivi d’equilibrio, si ha una ridistribuzione delle forze al
suo interno, con l’insorgere di sforzi residui.
residui
2
Tensionamento dei filamenti
Scopo principale del tensionamento è quello di controllare il contenuto
di resina ed allineare in maniera opportuna i filamenti sul mandrino.
Tensionamento dei filamenti
Il grado di tensionamento delle fibre durante l’operazione di
avvolgimento è un parametro importante per la riuscita del manufatto.
Un metodo di tensionamento è allora quello di applicare un freno
meccanico al rocchetto portante la bobina. La forza frenante deve
essere variata poiché, man mano che la bobina svolge, il suo
momento d’inerzia diminuisce.
La tensione della fibra deve diminuire proporzionalmente con la parete
che si ispessisce.
Le fibre passano attraverso una serie di rulli frenanti.
frenanti
Alcuni pettini prevengono l’attorcigliamento.
Attenzione !!!!:
‰ piegamento
‰ logoramento
‰ perdita di resistenza
‰ riduzione delle proprietà meccaniche
Macchine
Ad asse orizzontale: avvolgimenti circonf. ed elicoidali
Ad asse verticale: avvolgimenti polari
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