Proprietà termiche dei compositi

I compositi polimerici rinforzati con fibre sono spesso usati come componenti strutturali esposti a calori estremamente alti o bassi. Queste applicazioni includono:

• Componenti del motore automobilistico
• Prodotti aerospaziali e militari
• Componenti elettronici e di circuiti stampati
• Attrezzature per petrolio e gas

Le prestazioni termiche di un composito FRP saranno il risultato diretto della matrice di resina e del processo di indurimento. Le resine isoftaliche, vinilestere e epossidiche hanno generalmente ottime prestazioni termiche. Mentre le resine ortoftaliche presentano spesso scarse proprietà termiche.

Inoltre, la stessa resina può avere proprietà notevolmente diverse, a seconda del processo di indurimento, della temperatura di indurimento e del tempo di indurimento. Ad esempio, molte resine epossidiche richiedono una "post-polimerizzazione" per raggiungere le massime caratteristiche di prestazione termica.

Una post-polimerizzazione è il metodo per aggiungere la temperatura per un periodo di tempo a un composito dopo che la matrice di resina ha già indurito attraverso la reazione chimica termoindurente. Una post-cura può aiutare ad allineare e organizzare le molecole di polimero, aumentando ulteriormente le proprietà strutturali e termiche.

Tg - La temperatura di transizione vetrosa

I compositi FRP possono essere utilizzati in applicazioni strutturali che richiedono temperature elevate, tuttavia, a temperature più elevate, il composito può perdere le proprietà del modulo. Ciò significa che il polimero può "ammorbidirsi" e diventare meno rigido. La perdita di modulo è graduale a temperature più basse, tuttavia, ogni matrice di resina polimerica avrà una temperatura che una volta raggiunta, il composito passerà da uno stato vetroso a uno stato gommoso. Questa transizione è chiamata "temperatura di transizione vetrosa" o Tg. (Comunemente indicato nella conversazione come "T sub g").

Quando si progetta un composito per un'applicazione strutturale, è importante assicurarsi che il Tg del composito FRP sia superiore alla temperatura alla quale potrebbe mai essere esposto. Anche in applicazioni non strutturali, la Tg è importante in quanto il composito può cambiare esteticamente se la Tg viene superata.

Tg è più comunemente misurato usando due diversi metodi:

DSC - Calorimetria a scansione differenziale

Questa è un'analisi chimica che rileva l'assorbimento di energia. Un polimero richiede una certa quantità di energia per gli stati di transizione, proprio come l'acqua richiede una certa temperatura per passare al vapore.

DMA - Analisi meccanica dinamica

Questo metodo misura fisicamente la rigidità quando viene applicato il calore, quando si verifica una rapida diminuzione delle proprietà del modulo, il Tg è stato raggiunto.

Sebbene entrambi i metodi di test della Tg di un composito polimerico siano accurati, è importante utilizzare lo stesso metodo quando si confronta una matrice composita o polimerica con un'altra. Ciò riduce le variabili e fornisce un confronto più accurato.