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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 3