Materiali compositi e impatto ambientale

Materiali compositi e impatto ambientale
A. Ratti – Politecnico di Milano, Dipartimento INDACO
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Argomenti trattati
Ø  Stato dell’arte nell’utilizzo di risorse rinnovabili per applicazione
nel settore dei compositi.
Ø  Quadro delle iniziative nella sperimentazione di biocompositi per
un trasferimento a scala produttiva.
Ø  Esempi di ricadute sull’industria nautica.
Eventi recenti
nel campo dei bio-compositi
ü  “Second International Conference on Innovative Natural Fibre Composites for
Industrial Applications”, Roma, aprile 2009;
ü  “European Conference on Composite Materials” – ECCM14
Budapest, giugno 2010 (Venezia 24-28 giugno 2012);
ü  UE – Progetto “WOODY” (2009-2012), 7 milioni di euro per sviluppare nuovi
materiali compositi polimerici da risorse rinnovabili;
ü  Jec Composites, Parigi, marzo 2011
ü  1° Convegno Internazionale Assocompositi, Milano, 25-26 maggio 2011
Fibre di vetro VS Fibre naturali
Le fibre naturali sono mediamente più economiche rispetto alle fibre di vetro;
Le fibre naturali presentano un peso specifico inferiore rispetto alle fibre di vetro;
In valore assoluto le fibre naturali presentano proprietà meccaniche inferiori
rispetto alle fibre di vetro.
Fonte: G.Cicala, 2011
Comparazione del fabbisogno energetico
Cumula&ve Energy Demand [MJ/t] 1,E+06 82000 1,E+05 1,E+04 140710 31700 2752 4170 2488 1,E+03 1,E+02 1,E+01 1,E+00 Flax Hemp Sisal Glass PP Epoxy Fonte: G.Cicala, 2011
Applicazioni nell’industria dei trasporti
Considerazioni su proprietà
e prestazioni delle fibre naturali
•  Le fibre ritorte possono raddoppiare le caratteristiche delle fibre naturali;
•  Le proprietà delle fibre secche non sono sempre indicative del
comportamento una volta impregnate (effetto porosità);
•  Altrettanto significativo sulle prestazioni risulta essere l’effetto del sizing
al quale sono sottoposte le fibre;
•  Ulteriori opportunità possono derivare dall’interazione con i materiali
d’anima e dal controllo di alcuni fattori di processo (densità del materiale
d’anima, livello di impregnazione);
•  I biocompositi testati hanno mostrato interessanti proprietà e
caratteristiche per lavorazioni in stampo chiuso.
Applicazioni di bio-compositi
nel settore nautico
Zeydon 60’ (2008)
BMW - Group
DesignWorks USA
Materiali per allestimenti:
pannelli in sfogliato
di bambù
Magellano 50’
Azimut (2010)
• 
• 
• 
• 
Sportelli
Carter
Portelloni
Cielini
VOTRE REGARD 6.50
Thibault Reinhart (2010)
Materiali di rinforzo:
- 70% tessuti di lino
- 30% tessuti di carbonio
Verifiche sperimentali condotte
presso il Politecnico di Milano
nell’ambito dei bio-compositi
Sperimentazione di fibre naturali
per applicazioni strutturali
G. Janszen, L. Battirossi, L. Di Landro, Politecnico di Milano – Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale
D. Tagliapietra, Schickler Tagliapietra Yacht Engineering
Ragno struJurale per l’aJacco chiglia: 3 madieri con sezione a omega Materiali: unidirezionale di bambù impregnato con resina epossidica Definizione dei carichi e dimensionamento
Simulazione numerica e analisi sforzi-deformazioni
Modello numerico per la verifica del dimensionamento
Analisi sforzi-deformazioni
Test di incollaggio lino-bambù e prove di delaminazione
Realizzazione stampi e componenti
Verifiche sperimentali comparative
nell’ambito dei bio-compositi
Verifiche sperimentali comparative
Espanso di pvc
Balsa
Espanso da olio di ricino
Tessuti biassiali di vetro +/- 45°
Tessuti di cotone
Resine utilizzate: Epossidica, Vinilestere, DCPDM, UPR
Pannelli in sughero (densità 140-200 kg/mc)
Tessuti di lino (300-400 gr/mq)
Studio della cinetica di infusione e caratterizzazione meccanica
Realizzazione provini per infusione con net superficiale
Esecuzione prove di flessione a 3 punti
Curve di carico per tessuti a trazione
Carico massimo delle diverse combinazioni
Spostamento a carico massimo
Diverso grado di saturazione dell’anima
al variare della densità e meccanismi di frattura
1.a L400/BF-6/V300
1.b L400/BF-6/BF400
2.a V300/S10-6/V300
2.b V300/S10-6/V300
3.b V300/S20-6/V300
4.B L400/S20-6/L400
Grafico carico-spostamento
al variare della natura della resina
Realizzazione prototipi mediante infusione
Composizione laminato
•  rinforzi in biassiali di vetro
•  anima in sughero
•  resina epossidica
Scafo in navigazione
Realizzazione prototipo con rinforzi e anima in biocomposito
Vestizione scafo con rinforzi in lino e anima in sughero
Coperta in sandwich di tranciato di legno e honeycomb in fibra di cellulosa
Scafo in navigazione
Ricadute sull’industria nautica
Il caso El Niño
Costruzione mediante infusione:
•  rinforzi in tessuti di lino
•  anima in sughero
•  resina derivata da risorse vegetali
A regime:
•  Razionalizzazione processo mediante
ricorso a kit pretagliati dei materiali di
vestizione
•  Minimizzazione sprechi mediante
ricorso a sacchi riutilizzabili;
•  affinamento e semplificazione network
di infusione
Il caso Zar 57 -
LA PRIMA IMBARCAZIONE PNEUMATICA REALIZZATA INTERAMENTE!
IN COMPOSITO SOSTENIBILE DI FIBRE NATURALI E!
RESINE DI NUOVA GENERAZIONE!
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FACE-FIBRE: fibre naturali compatibili con qualsiasi tipo di resina"
creato per offrire una reale alternativa alla fibra di vetro"
semplicità d’uso e pulizia nei processi produttivi"
"
CORECORK: agglomerato di sughero ideale per compositi in sandwich"
adattabile a superfici complesse e a doppia curvatura"
riciclabile fin dalle sue prime fasi produttive"
"
BIRESIN CR83: priva di stirolo, furfurylalcool, fenoli, e ammine di natura"
aromatica, sostanze notoriamente riconosciute"
aggressive e nocive per la salute"
appositamente ingegnerizzata per i processi di infusione"