Comprensione dei compositi CFRP

I compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) sono materiali leggeri e resistenti utilizzati nella fabbricazione di numerosi prodotti utilizzati nella nostra vita quotidiana. È un termine usato per descrivere un materiale composito rinforzato con fibre che utilizza la fibra di carbonio come componente strutturale principale. Va notato che la "P" in CFRP può anche indicare "plastica" anziché "polimero".

In generale, i compositi CFRP utilizzano resine termoindurenti come epossidica, poliestere o vinil estere. Sebbene le resine termoplastiche siano utilizzate nei compositi CFRP, i "compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio" spesso recano il loro acronimo, i compositi CFRTP.

Quando si lavora con materiali compositi o all'interno del settore dei materiali compositi, è importante comprendere i termini e gli acronimi. Ancora più importante, è necessario comprendere le proprietà dei compositi FRP e le capacità dei vari rinforzi come la fibra di carbonio.

Proprietà dei compositi CFRP

I materiali compositi, rinforzati con fibra di carbonio, sono diversi dagli altri compositi FRP utilizzando materiali tradizionali come fibra di vetro o fibra di aramide. Le proprietà dei compositi CFRP che sono vantaggiose includono:

Peso leggero: Un composito tradizionale rinforzato con fibra di vetro che utilizza una fibra di vetro continua con una fibra di vetro al 70% (peso del vetro / peso totale) avrà comunemente una densità di 0,065 libbre per pollice cubo.

Nel frattempo, un composito CFRP, con lo stesso peso di fibra del 70%, potrebbe in genere avere una densità di 0,055 libbre per pollice cubo.

Aumento della forza: Non solo i compositi in fibra di carbonio sono più leggeri, ma i compositi CFRP sono molto più forti e più rigidi per unità di peso. Questo è vero quando si confrontano i compositi di fibra di carbonio con la fibra di vetro, ma lo è ancora di più rispetto ai metalli.

Ad esempio, una buona regola empirica quando si confrontano l'acciaio con i compositi CFRP è che una struttura in fibra di carbonio di uguale resistenza spesso pesa 1/5 di quella dell'acciaio. Puoi immaginare perché le case automobilistiche stanno studiando utilizzando la fibra di carbonio anziché l'acciaio.

Quando si confrontano i compositi CFRP con l'alluminio, uno dei metalli più leggeri utilizzati, un presupposto standard è che una struttura in alluminio di uguale resistenza probabilmente peserebbe 1,5 volte quella della struttura in fibra di carbonio.

Naturalmente, ci sono molte variabili che potrebbero cambiare questo confronto. Il grado e la qualità dei materiali possono essere diversi e devono essere presi in considerazione i materiali compositi, il processo di produzione, l'architettura delle fibre e la qualità.

Svantaggi dei compositi CFRP

Costo: Sebbene sia un materiale straordinario, c'è una ragione per cui la fibra di carbonio non viene utilizzata in ogni singola applicazione. Al momento, i compositi CFRP sono proibitivi in ​​molti casi. A seconda delle attuali condizioni di mercato (domanda e offerta), del tipo di fibra di carbonio (aerospaziale rispetto al grado commerciale) e della dimensione del rimorchio della fibra, il prezzo della fibra di carbonio può variare notevolmente.

La fibra di carbonio grezza in base al prezzo per libbra può essere ovunque tra 5 e 25 volte più costosa della fibra di vetro. Questa disparità è ancora maggiore se si confrontano l'acciaio con i compositi CFRP.

Conducibilità: Questo può essere sia un vantaggio per i composti in fibra di carbonio, sia uno svantaggio a seconda dell'applicazione. La fibra di carbonio è estremamente conduttiva, mentre la fibra di vetro è isolante. Molte applicazioni usano la fibra di vetro e non possono usare fibra di carbonio o metallo, rigorosamente a causa della conducibilità.

Ad esempio, nel settore delle utility, molti prodotti sono tenuti ad utilizzare fibre di vetro. È anche uno dei motivi per cui le scale usano la fibra di vetro come binari. Se una scala in fibra di vetro dovesse entrare in contatto con una linea elettrica, le possibilità di folgorazione sono molto più basse. Questo non sarebbe il caso di una scala CFRP.

Sebbene il costo dei compositi CFRP rimanga elevato, i nuovi progressi tecnologici nella produzione continuano a consentire prodotti più convenienti. Speriamo che nella nostra vita saremo in grado di vedere la fibra di carbonio economica utilizzata in una vasta gamma di applicazioni di consumo, industriali e automobilistiche.