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MIUR AFAM ISIA

D E SIG N

M i n i s t e r o d e l l ’ I s t r u z i o n e , U n i ve r s i t à e Ri c e r c a Alta Fo r m a z i o n e A r t i s t i c a , M u s i c a l e e Coreutic a FIRE N Z E U r b i n o R o m a F a e n za

a carbon fair. Arredamento in fibra di carbonio per stand fieristico Tesi di diploma di I livello Giovanni La Tona / Guido Marchesini / Mattia Risaliti Relatore: Prof. Mirko Tattarini Correlatore: Prof. Michela Deni a carbon fair 1


MIU R AFAM I SI A

D ESI G N

M i n i s t e r o de l l ’Is t r u z i o n e, Un i ve r s i t à e Ri c e r ca Al t a For ma z i o n e Ar t i s t i c a , Mu s i c a l e e Co re u t i c a F I R EN Z E Ur b i n o Ro ma Fa e n z a

a carbon fair. Arredamento in fibra di carbonio per stand fieristico Tesi di diploma di I livello Giovanni La Tona / Guido Marchesini / Mattia Risaliti Relatore: Prof. Mirko Tattarini Correlatore: Prof. Michela Deni a carbon fair 3


Indice

12.

Premessa

13.

Introduzione al lavoro

16.

Capitolo 1: Scopo del progetto

17.

Scopo operativo e funzionale

18.

Scopo comunicativo

20.

Capitolo 2: La Tecnologia

21.

Premessa

22.

GeneralitĂ

22. 23. 24. 25. 27. 27. 31. 31. 32. 33. 35.

Tecnologie

39.

39. 40. 42. 42. 45. 45. 48. 51. 54. 56.

Classificazione e struttura La fibra Formato delle Fibre per compositi Mat e tessuti La matrice Matrici polimeriche (PMC) Matrici metalliche (MMC) Matrici ceramiche Interfaccia Fibra-Matrice Adesione Fibra Matrice Rotture Fibra - Matrice

Tecnologie manuali Tecnologie a stampo aperto Tecnologie a stampo chiuso Formatura con stampo e controstampo Autoclave Stampi per autoclave Formatura per Resin Transfer Moulding Caratteristiche degli stampi per RTM Vantaggi del RTM Formatura per avvolgimento (FW)

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56. 57. 57. 58. 60. 60. 65. 66. 66. 68. 68. 69. 69. 69. 70. 70. 71. 71. 71.

ModalitĂ di impregnazione delle fibre Avvolgimento per via umida Avvolgimento con preimpregnati Metodi di avvo|gimento Produzione in continuo (CFW) Tecnologie di avvolgimento (wrapping) Caratteristiche della tecnologia di pultrusione Formatura con sacco in pressione Fasi di lavorazione Tecnologie per materiali compositi a matrice termoplastica Fibre e matrici Impregnazione per soluzione Impregnazione e pultrusione con polvere Film Stacking ldroformatura Diaphragm Forming Stampaggio tra stampi Rubber Forming Produzioni in continuo

72. Applicazioni dei compositi 72. Criteri di applicazione dei materiali compositi 76. Settore aeronautico-aerospaziale 78. Settore nautico 79. Settore sportivo 84. Settore dei trasporti 85. Settore civile 86. Settore meccanico 87. Giunzione dei compositi 88. Compositi per applicazioni estetiche

La Fibra di 92. 93. 93. 100.

6

Carbonio Fabbricazione Fibre di Carbonio ex-PAN Fibre di carbonio ex-Pitch


104.

Capitolo 3: L’azienda

105.

Identità ed immagine del committente

106. 107. 109. 109. 111. 112.

114.

Identità ed immagine del progettista

115.

Sintesi identitaria

116.

Potenziali concorrenti

116. 117. 118. 119. 120.

Il logo Grafica del sito web Contenuto del sito web Prodotti Spazi espositivi Conclusioni sull’identità del committente

Siti e discorsi Cre.ve.r Italcanna Columbus Confronto

Capitolo 4: Il Mobile in Fibra di carbonio

122.

121.

Il mobile in fibra di carbonio 122. 124. 125. 128.

Light light Dipinta di blu Linea Mast 3.0 Considerazioni

131.

Capitolo 5: Il Metaprogetto

132.

Utente Modello

134.

Valori e usi da comunicare

137.

Percorso narrativo possibile

137.

Manifestazioni di marca

139.

Progetto di marca

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8

141.

Capitolo 6: Proposte Progettuali

142.

Proposte progettuali

143. 145. 147.

Tavolo Libreria trapezio Libreria modulare

149.

150.

153.

Conclusioni Bibliografia Sitografia


a carbon fair.


Premessa

P

er questo lavoro di ricerca e progettazione nasce dalla collaborazione con la ditta Reglass di Minerbio (BO) specializzata nella produzione di tubi e semilavorati in fibra di carbonio per l’industria e lo sport. Lo scopo della collaborazione è quello di progettare un allestimento espositivo fieristico per la ditta stessa, mediante l’utilizzo dei suoi materiali e delle tecnologie produttive di riferimento. La collaborazione punta a sviluppare una serie di proposte progettuali coerenti con l’identità del brand Reglass perseguendo logiche di innovazione tecnologica, valoriale e comunicativa che possano farne crescere l’immagine e il potenziale merceologico in una prospettiva futura.

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Introduzione al lavoro

I

l presente lavoro che nasce dalla collaborazione della ditta Reglass, si basa sulla necessità progettuale di creare una nuova tipologia di arredi considerando le possibilità produttive della ditta stessa come punto di partenza imprescindibile. La ricerca che svolgeremo per arrivare al risultato auspicato si articolerà nei seguenti punti:

Analisi delle manifestazioni

N

ella fase iniziale di ricerca sull’azienda, sarà necessario individuare ed esaminare gli aspetti caratterizzanti la sua brand image, quali i prodotti, la comunicazione pubblicitaria, il sito internet, le pubblicazioni di settore che la riguardano e tutte le manifestazioni sensibili attinenti ad essa, per poi rintracciarne i valori che comunica e su cui si basa (esplicitati ed impliciti) e che ne regolano i “racconti” per poi arrivare alla definizione della brand identity e alla sua “enunciazione fondamentale”. Utilizziamo il termine “racconti” come A. Semprini (Semprini, 2005:121), indicando con questo termine le concretizzazioni dei concetti che definiscono la marca, e con il termine “enunciazione fondamentale” i concetti base che determinano la ragion d’essere stessa della marca e a cui fanno capo necessariamente tutti i racconti e quindi tutti i “discorsi”, cioè tutte le manifestazioni concrete (logo, sito, prodotti, ecc.) della marca analizzata.1 1

Cfr. SEMPRINI,2005.

introduzione al lavoro 12

Valori

N

ella seconda fase di ricerca, andremo a schematizzare i valori desunti stabilendone i rapporti interni che li correlano, e cercheremo di intervenire sull’enunciazione di essi per esplicare quelli fino ad ora più “inattivi” con l’intento di arricchire di significati la marca per differenziarla e renderla più desiderabile rispetto alle concorrenti perché maggiormente in grado di comunicare e offrire valori. Questi infatti pur essendo potenzialmente insiti nel paradigma valoriale della brand identity non trovano, secondo le analisi dell’azienda basate sul rapporto diretto con rivenditori e clienti, e anche a nostro avviso, la consapevolezza enunciativa giusta: il prodotto finito in fibra di carbonio risulta all’utente un prodotto molto tecnico, freddo ed industriale. Ciò non è sbagliato, ma questi valori dominanti occultano a nostro avviso la componente artigianale ed esclusiva del prodotto. La maggior parte dei prodotti in fibra di carbonio presenta lunghe fasi di lavorazione interamente manuali, che non trovano riscontro nel percepito dell’utenza. Da ciò ne risulta una comunicazione del brand parziale, che può puntare ad una valorizzazione dei suoi valori ben maggiore mediante una nuova narrazione. Questo obiettivo sarebbe estremamente importante da realizzare, considerate soprattutto le componenti del consumo post-moderno (Semprini, 2005:40) che spostano l’accento dalla valorizzazione pratica e critica del prodotto a quella ludica e utopica. Questo perché tutti i prodotti che il mercato offre è ormai scontato che siano funzionali e prestanti: pertanto si ricerca quel valore aggiunto che una determinata marca può offrire rispetto ad un’altra, grazie alle proprie narrazioni.


Posizionamento e definizione del “mondo possibile” del brand

N

ella terza fase di ricerca, compareremo le caratteristiche tecnologiche, estetiche e valoriali del know how della ditta con quelli della concorrenza, per posizionare la marca nei confronti dei suoi competitor. Questa parte andrà a specificare quali strade enunciative, quindi come abbiamo precedentemente spiegato, quali “racconti” i valori di base della Reglass dovranno percorrere per differenziarsi dalla concorrenza e fornire un posizionamento ed un’immagine più nitida del suo mondo possibile.

Realizzazione di proposte progettuali

A

questo punto concretizzeremo le proposte progettuali per rispondere alle esigenze della ditta. La ricerca metaprogettuale svolta preventivamente ci poterà alla formalizzazione di oggetti concreti, producibili e utilizzabili dalla Reglass. In questo capitolo cercheremo di elencare, analizzare ed esplicare tutte le motivazioni sia operative e funzionali, che comunicative e valoriali, implicate nella realizzazione di nuovi prodotti, per conto della ditta Reglass.

Tematizzazione e discorsivizzazione della nuova manifestazione

C

onclusasi la fase di analisi, passeremo ad una fase del lavoro di approfondimento sui materiali utilizzati, dei loro sistemi di produzione e delle applicazioni tipologiche e normative della fibra di carbonio. Questa ricerca sarà la base tecnica che andrà setacciata e filtrata dalle maglie meta-progettuali che abbiamo in precedenza tessuto, per individuare i campi specifici di intervento e di progettazione per lo sviluppo delle nuove manifestazioni (stand fieristico e arredo pertinente). Questo ultimo passaggio conclude la parte di analisi, ricerca e meta-progettazione.

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Capitolo 1

Scopo del progetto


Scopo operativo e funzionale

C

ome già indicato questo progetto nasce dalla collaborazione con la ditta Reglass di Minerbio (BO) specializzata nella produzione di tubi in fibra di carbonio per l’industria e lo sport. Lo scopo operativo di questa collaborazione quindi è quello di utilizzare le tecnologie ed il know how dell’azienda per creare prodotti innovativi apportando come progettisti soluzioni differenti rispetto alle prassi di ricerca e sviluppo consolidate. Abbiamo già indicato l’ambito merceologico di riferimento della Regless in due gradi rami: servizi per l’industria e prodotti sportivi, quali canne da pesca e telai per il wind-surf. Come prima operazione proponiamo di svincolarci da questi campi fortemente specifici e già abbondantemente sondati dalla ditta stessa nel corso degli anni (essendo una leader di questi settori) per cercare di prendere coscienza, su strade alternative di ricerca, di nuovi territori di sviluppo possibile del suddetto know how. Questo spostamento di pertinenza è apparentemente slegato dagli interessi contingenti di mercato della ditta, la quale possiede già tre marchi commerciali specifici (Maver, MaverX, Lerc) più uno di corporate (Reglass) che sottintende tutti e tre e a cui fanno riferimento le prestazioni conto terzi. Partendo quindi dalla corporate image della Reglass e risalendone alla corporate identity, analizzeremo le isotopie che potranno portare la nostra ricerca alla definizione dello stilema comune.

scopo del progetto 16

Ma quale nuovo campo di ricerca potrebbe rappresentare il miglior fautore di spunti per connettere ricerche e conoscenze e per non bruciare energie e risorse potenzialmente sprecate in pericolosi meandri sconosciuti e sui quali la ditta non possiede né credibilità né offre garanzie alla clientela? Abbiamo pertanto ipotizzato, in accordo con la committenza, lo studio di uno spazio espositivo fieristico. Questa ipotesi risulta un buon terreno di mediazioni tra le possibili sperimentazioni e applicazioni perché andrebbe ad impiegare risorse per in tema costantemente trattato e sempre di attualità per la ditta: quello della progettazione dei suoi stand fieristici. Nondimeno dal punto di vista creativo e di ricerca di innovazione, lo stand offre la possibilità di sperimentare una quantità notevole di temi e possibilità, aprendo al suo interno a problematiche di vario tipo: dall’arredamento ad espositori, da sedute a tavoli, dall’illuminazione alla progettazione e divisione degli spazi. Lo scopo operativo e pratico è quello di progettare una linea di elementi di arredo estetici e funzionali che siano producibili potenzialmente dalla Reglass avendo come primo obiettivo la soddisfazione del cliente più esigente: loro stessi.


Scopo comunicativo

P

arallelamente alla soddisfazione dell’esigenza di una ricerca e di una progettazione a livello tecnologico e funzionale, riteniamo egualmente importante affrontare e sviscerare il tema comunicativo degli oggetti che si andranno a concretizzare. Gli oggetti prodotti e, più in generale, tutte le manifestazioni di una determinata marca, forniscono tutti gli elementi semantici e testuali per far risalire il lettore all’immagine che la marca vorrebbe fornire di sé. Questa immagine, deve essere meglio strutturata e più coerente possibile per fornire in maniera più chiara e leggibile assiologie, paradigmi e valori di riferimento di cui la marca si fa portatrice. Questo discorso ci riporta all’identificazione dell’enunciazione fondamentale2 della marca che riassume e detiene tutti i suoi valori di base. I valori di base, in partenza esplicitati dalla ditta stessa sul proprio sito sono: qualità, affidabilità, assistenza, innovazione; andranno arricchiti con i valori rintracciabili nella fibra di carbonio stessa: performance, durezza, leggerezza, resistenza, tecnologia ed esclusività. Abbiamo riscontrato inoltre che i prodotti in fibra di carbonio che produce la Reglass e, più in generale, tutti i prodotti accomunati dal questo materiale, vengono percepiti dal cliente come prodotti freddi e lucidi, industriali poiché estremamente lisci e rifiniti, insomma privi di un apporto umano e artigiano visibile nella loro lavorazione, cosa che invece avrebbero di diritto. Infatti questo materiale in un gran numero di sue lavorazioni deve essere esclusivamente laminato manualmente.

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Avrebbe pertanto in sé una componente artigianale che lo eleverebbe in termini di cura e di unicità (oltre che per il suo costo molto elevato) da un qualsiasi altro prodotto industriale stampato per esempio ad iniezione. Questa assiologia artigianale vs industriale pertanto si andrebbe a fondere in un unica identità valoriale complessa entro la quale si devono ritrovare coesistenti e coesi entrambi i termini. Chiariti gli scopi pratico-utilitaristici e comunicativo-valoriali che muovono questo progetto, possiamo passare alla fase di analisi dell’identità del committente e dei progettisti, per cercare di sintetizzare e definire lo stilema identitario che si dovrà adottare.

SEMPRINI, 2005: 120.

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Capitolo 2

La Tecnologia

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Premessa

A

i fini di una efficace comprensione del nostro argomento di tesi, sì è scelto di illustrare le caratteristiche della Fibra di Carbonio all’interno di un quadro teorico ben più vasto, che riguarda tutta quella macro classe di materiali nella quale la fibra di carbonio si inserisce. La nostra scelta è dettata dalla evidente impossibilità di poter descrivere efficacemente questo materiale separato dal suo contesto teorico.

la tecnologia 20

Ciò rappresenterebbe all’interno del nostro lavoro di analisi una parziale ed inadeguata rappresentazione dell’argomento. Riconosciamo tuttavia che nonostante il nostro impegno nel corpus di analisi scientifico-tecnologico, resta comunque difficile offrire una efficace panoramica dell’argomento, attraverso una analisi che non risulti teoricamente troppo lontana dal nostro programma di studi. Effettuata questa premessa possiamo ora inoltrarci nell’analisi dei Materiali Compositi attraverso le loro generalità, prima ed in quella della Fibra di Carbonio poi.


Generalità

U

n materiale composito è la combinazione macroscopica di due o più materiali distinti, con un’interfaccia riconoscibile che li separa. I compositi vengono impiegati non solo per le loro proprietà strutturali, ma anche per le particolari caratteristiche elettriche, termiche, tribologiche (inerenti ad attrito e usura), ambientali. Sebbene il termine di compositi possa essere applicato a moltissime combinazioni di materiali, una definizione di uso più comune fa riferimento a materiali costituiti da una matrice continua che lega e dà forma ad un sistema di rinforzo costituito da fibre che conferisce resistenza e/o rigidezza. Le proprietà ottenute risultano nel complesso superiori a quelle dei singoli costituenti. I compositi, quindi, presentano tipicamente una fase di rinforzo in forma di fibre o particelle più rigide e/o resistenti della fase matrice, continua. La presenza del rinforzo conferisce al composito anche caratteristiche fisiche diverse da quelle della sola matrice, e questo rappresenta un vantaggio in molte applicazioni; modifiche sostanziali nelle proprietà fisiche riguardano, ad esempio, la conducibilità termica ed elettrica, il coefficiente di espansione termica, il coefficiente di attrito, la resistenza ambientale, l’assorbimento di umidità, ecc. Anche in natura possiamo trovare esempi di materiali compositi. Il legno, ad esempio, è costituito dalla lignina (matrice) e da fibre di cellulosa (fibra appunto). Il primo esempio tecnologico però è rappresentato dal mattone di argilla con paglie incorporate.

Una delle principali e tipiche caratteristiche dei materiali compositi che va ben descritta e considerata in fase progettuale è l’anisotropia, cioè la proprietà per la quale un determinato oggetto, materiale o proprietà fisica ha caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale vengono considerate. Ciò è facilmente spiegabile se consideriamo come i principali materiali compositi sono costituiti. L’anisotropia, come caratteristica peculiare dei compositi, può complicare molto il progetto e la verifica di questi materiali. Tuttavia permette di sfruttare al pieno il materiale disponendo le fibre nella direzione del carico, ottenendo così un’ottimizzazione della struttura. In tal modo si giunge al cosiddetto “tailoring”, ovvero alla progettazione congiunta di materiale e struttura ritagliata in base alle sollecitazioni da sopportare. Ai fini quindi di una buona realizzazione dei pezzi è opportuno progettare preventivamente la geometria interna al composito, controllando il più possibile l’orientamento delle fibre, in modo che siano orientate secondo la direzione di sollecitazione.

Classificazione e struttura

L’

unione di due o più componenti (fibra e matrice) deve necessariamente dare luogo ad un materiale solido continuo, che sia in grado di trasmettere e ridistribuire gli sforzi interni, dovuti alle sollecitazioni esterne, sui suoi componenti. Il composito deve inoltre essere in grado di resistere ai carichi termici, se sot-

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toposto a differenze di temperatura, ed a quelli elettrici se sottoposto a campi elettromagnetici. Esistono oggi moltissimi tipi di materiali appartenenti a questa famiglia. Non è semplice eseguire una classificazione che può essere suddivisa in più livelli. Un primo livello di classificazione dei compositi fa riferimento al tipo di matrice: si parla quindi di:

• compositi a matrice ceramica

(CMC - ceramic matrix composites); • compositi a matrice metallica (MMC - metallic matrix composites); • compositi a matrice polimerica (PMC - polymer matrix composites). Tra questi ultimi un’ulteriore distinzione viene fatta tra i compositi a matrice termoindurente, di più largo impiego nelle costruzioni di strutture aeronautiche, e i compositi a matrice termoplastica. Un secondo livello di classificazione fa riferimento alla forma del rinforzo. I rinforzi possono essere costituiti da:

• particelle (polveri, microsfere, microfibre, wiskers, ecc.); • fibre discontinue; • fibre continue.

Nei compositi con fibre, queste possono essere disposte lungo direzioni predefinite, organizzate in tessuti in uno o più strati o strutture tridimensionali. Dal punto di vista strutturale, le caratteristiche meccaniche in generale sono il risultato di meccanismi di trasferimento

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di sforzi tra matrice continua e rinforzo: perché ciascuna delle due (o più) fasi dia il proprio contributo al comportamento meccanico è necessario che le sollecitazioni applicate vengano trasferite ad esse. Un efficace trasferimento di sforzi richiede un’estesa superficie di contatto tra le fasi oltre che un’efficiente interfaccia. Una prima conseguenza di ciò è che le migliori caratteristiche di resistenza e rigidezza possono essere ottenute con rinforzi fibrosi a fibra lunga, che rappresentano quindi i sistemi di rinforzo di più largo impiego nei compositi per applicazioni strutturali avanzate come quelle aerospaziali, ma non solo.

La fibra

L

e caratteristiche peculiari dei materiali compositi fibrosi dipendono ovviamente dalla loro struttura, legata alla presenza di fibre di elevate proprioetà inserite in un legante che ha la funzione di tenerle insieme e definire quindi le proprietà globali dell’insieme così composito. Non è possibile attribuire le responsabilità del composito alle fibre o alle matrice, ma è l’insieme delle due fasi a caratterizzare le proprietà finali di ogni tipo di composito. La caratteristiche effettivamente presentate dalla maggior parte dei materiali sono inferiori di circa due ordini di grandezza rispetto alle loro caratteristiche massime teoriche. Tale discordanza di valori è in generale dovuta alla presenza di intagli, imperfezioni e difetti, sia interni che esterni, del materiale. Per tanto minimizzare o limitare tali difetti significa produrre un aumento delle proprietà meccaniche dei materiali. I materiali realizzati sotto forma di fila-


menti o di fibre di piccolo diametro presentano elevate resistenze lungo la direzione principale , come dimostrato da un fatto fisico noto (effetto grandezza) per cui le proprietà meccaniche aumentano notevolmente al diminuire delle dimensioni del campione del materiale su cui su effettuano le misurazioni Ciò è spiegabile sia per i meccanismi strutturali coinvolti, nel raggiungimento di dimensioni molto piccole, come appunto nel caso di fibre sottili, sia per l’eliminazione, o comunque minore presenza, di difetti superficiali o interni. Grazie alla loro dimensione estremamente limitata le fibre presentano una perfezione strutturale fuori dal comune e questa caratteristica, unita alle poprietà intrinseche dei materiali costruttivi, assicurano ad esse: • resistenza meccanica molto elevata; • modulo elastico molto alto; • peso specifico basso; • generalmente comportamento elastico lineare fino alla rottura. Le fibre sono da considerarsi il costituente di maggiore importanza per il composito dal punto di vista delle proprietà meccaniche, anche se influiscono su numerose altre caratteristiche. L’esteso successo che incontrano nei composti fibrosi dopo pochi decenni di vita, dipende proprio dalla possibilità di disporre di fibre aventi non solo densità inferiore ai tradizionali materiali metallici, comprese leghe leggere, ma anche resistenza e modulo elastico superiore al proprio materiale costrittivo in forma massiva e prossimi ai valori teoricamente previsti. Ciò significa che se la resistenza a rottura e il modulo elastico delle fibre, sono rapportati al peso specifico del materiale costruttivo (definendo quindi resistenza specifica e modulo specifico), si possono ottenere valori decisamente

più alti rispetto ai materiali tradizionali (Tab x) Questa superiorità è spiegata dal fatto che il processo di lavorazione con cui si produce la fibra conferisce ad essa una struttura particolare rispetto al materiale massivo riducendo i difetti.

Formato delle Fibre per compositi

P

er poter esercitare al meglio la propria azione di rinforzo, le fibre sono presenti nei compositi o disposizioni definite. La geometria e la direzione delle fibre nei compositi sono dettate da un lato da esigenze strutturali, che generalmente suggeriscono fibre continue, allineate secondo le direzioni di importante sollecitazione, dall’altro da esigenze tecnologiche di formabilità, che spesso impongono vincoli sulle architetture impiegabili. La formatura dei laminati compositi, ad esempio, spesso richiede la sovrapposizione di più strati di fibre o tessuti su stampi di geometria a volte complessa, con curvature singole o doppie diversamente accentuate. È quindi importante che i diversi strati siano in grado di seguire la forma del componente da realizzare, mantenendo gli allineamenti delle fibre previsti e riducendo al minimo eventuali discontinuità. I diversi assemblaggi e/o stili di tessitura consentono di rispondere a tali esigenze. Alcuni processi di lavorazione dei compositi, come ad esempio la poltrusione o l’avvolgimento, impiegano fasci di fibre continue. Altri processi, invece, operano impiegando semilavorati costituiti da feltri, tessuti o preforme in cui le fibre sono preassemblate. Di seguito vengono riassunte le prin-

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cipali terminologie tecniche delle fibre riguardo alla loro conformazione. Il termine corretto per indicare la singola fibra è filamento, ovvero un elemento di struttura allungata, sottile, con dimensioni longitudinali molto maggiori rispetto al diametro (circa 10 μm). Riunendo più filamenti in fasci paralleli, si ottiene il cosiddetto tow, le cui caratteristiche dipendono dal numero di filamenti che lo costituiscono. Attorcigliando un tow su se stesso, si ottiene lo yarn. Una caratteristica peculiare di quest’ultimo risiede nel fatto che, ad ogni pollice di lunghezza, corrisponde un giro di attorcigliamento. Ciò conferisce una certa stabilità nei confronti dello sfaldamento. Il trefolo, detto anche roving , è costituito da più yarn avvolti tra loro.

Mat e tessuti

S

ulla base dell’integrità strutturale, della linearità e della continuità , l’architettura delle fibre può essere classificata in quattro formati o categorie:

• • • •

discreta; continua lineare; bidimensionale; tridimensionale.

Le ragioni che suggeriscono lo studio, l’analisi e la scelta dei diversi formati per strutture in materiale composito sono mirate al raggiungimento di:

• semplicità di adattamento a geometrie complesse;

• facilità di manipolazione; • ridotti costi di processo; • miglioramento di tolleranza e re-

la tecnologia 24

sistenza al danno. Nella prima categoria rientrano il whisker e i mat con in quali si indica un particolare feltro bidimensionale, ottenuto dall’unione di roving e tow, tagliati (chopped strand mat) o continui (continuous strand mat), compattati ed incollati mediante appretti sparsi in modo randomatico sul piano in modo da formare un feltro arrotolabile. I mat consentono una facile formabilità poiché sono in grado di seguire ed accomodare curvature complesse, anche relativamente accentuate. Presentano e conferiscono proprietà meccaniche sostanzialmente uniformi nel piano; peraltro le caratteristiche di resistenza e rigidezza in direzioni specifiche sono sensibilmente inferiori rispetto a quelle ottenute con altri sistemi (ad esempio i tessuti) con maggiore grado di ordine delle fibre. Questo è dovuto, da un lato al disallineamento della maggior parte delle fibre rispetto alle direzioni di sollecitazione prevalente, dall’altro al minore contenuto di fibra nel composito finale, consentito dalla disposizione delle fibre; raramente nei mat vengono raggiunti contenuti volumetrici di fibra superiori a 35-40%. Statisticamente si può considerare isotropo. Con tale materiale si producono strati con eguali proprietà lungo gli assi x e y, e con buona resistenza al taglio interlaminare. La seconda categoria, costituita dalle fibre continue (unidirezionali o meno) detta tape o unidirezionale, ha un alto livello di continuità e linearità presentando un più alto livello di efficienza delle proprietà tessili. L’inconveniente dei composti realizzati con tali architetture è la loro debolezza interlaminare, dovuta alla mancanza di raccordi tra una lamina e l’altra. La sovrapposizione di strati unidirezionali diversamente orientati permette di modulare le prestazioni


del laminato nelle diverse direzioni per rispondere alle esigenze strutturali. Per potere tagliare, maneggiare, assemblare i nastri, le fibre sono legate con resina polimerica o assemblate con alcuni fili di trama in tessuti unidirezionali. In ogni caso, la drappabilità (si rimanda la spiegazione ai paragrafi successivi), cioè la capacità di deformarsi per seguire superfici curve, è per i sistemi unidirezionali molto bassa; si prestano quindi alla produzione di componenti piani o con deboli curvature. Il perfetto allineamento consente un efficiente impaccamento delle fibre e la possibilità di ottenere compositi ad elevato contenuto di fibra, anche superiore al 70% in volume. L’unidirezionale di composito è identificato dalla grammatura, ovvero dal numero di grammi di fibra per metro quadrato. Tale fattore è denominato grade. La grammatura indica inoltre lo spessore del tape. La terza categoria è costituita da un sistema planare bidimensionale. Il modello di riferimento per la strutturazione di un tessuto è un sistema di coordinate X-Y in cui l’asse X rappresenta la lunghezza del rotolo della fibre, noto come direzione di ordito; l’asse Y, invece, rappresenta la larghezza del tessuto ed è nota come direzione di trama. Anche in questo caso si presenta il problema di debolezza interlaminare delle fibre dovuto essenzialmente alla mancanza di fibre disposte lungo la terza direzione delle spazio (quella dello spes-

sore). La tessitura plane wave, cioè ad onda piana, nella quale la trama si infila tra un ordito e l’altro, possiede buona stabilità, cioè mantiene uniforme distanza tra i fili se deformato, ma possiede drappabilità limitata. . Il tessuto tuttavia risulta più resistente nella direzione dell’ordito piuttosto che nell’altra direzione, in quanto l’andamento sinusoidale della trama consente un ulteriore allungamento. Il Twill weave è costituito da uno o più fili di trama che si intrecciano con due o più fili di ordito in modo regolare, dando un effetto visivo di ordine diagonale. Possiede migliore drappabilità e facilità di impregnazione rispetto a plain weave, con simile stabilità. Il n-Satin weave che è simile a twill, ma con intrecci più distanziati. Il numero n di fibre tra le intersezioni è solitamente 4, 5 o 8. Conferisce ottima drappabilità e bagnabilità, ma riduce la stabilità. Presenta asimmetria che va considerata quando si sovrappongono più strati. Altri stili di tessitura impiegati sono il Basket weave, simile a plain, ma con gruppi di due o più fili di trama e ordito che si intrecciano alternativamente, il Crowfoot satin, il Leno e Mock-leno.

α

Twill weave

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La quarta categoria, presenta fibre orientate in tre dimensioni con filamenti continui a formare una rete di fili in strutture integrate. Gli aspetti più interessanti di questa tipologia di architettura sono certamente i rinforzi che queste presentano nella direzione del loro spessore, così da non presentare la caratteristica debolezza interlaminare che invece caratterizza le strutture mono- e bi-assiali; inoltre grazie alla enorme versatilità delle strutture integrate sono in grado di assumere agevolmente forme complesse. Questa proprietà è definita con il termine anglosassone di drapebylity. Può essere descritta ricorrendo al numero di interlacciamenti per unità di aria del tessuto: l’umentare di tale numero aumenta la drappabilità. Infatti un maggior grado di intreconnesioni tra i fili del tessuto ne favorisce la conservazione delle caratteristiche dell’architettura tessile all’atto della deformazione operata per modellare il tessuto sulla geometria dello stampo. Si comprende come la drappabiltà sia una proprietà che contrasta con il mantenimento della linearità delle fibre del tessuto, che restituisce maggiori proprietà meccaniche al piano laminato.

La matrice

L

e matrici possono essere di natura polimerica, metallica, o ceramica, dalle quali derivano i relativi materiali compositi. I più diffusi per le applicazioni attuali in tutti i settori sono i compositi a matrice polimerica

la tecnologia 26

Matrici polimeriche (PMC)

L

e matrici di questo tipo possono essere costituite da una resina termoindurente o termoplastica. La scelta della resina dipende di differenti usi a cui il composito è indirizzato e alle differenti tecnologie di produzione e lavorazione di questo. La viscosità per esempio è un importante fattore di processo; in genere è richiesta una bassa viscosità così da favorire l’impregnazione della fibra e la rimozione dell’aria intrappolata al suo interno. Le macromolecole o polimeri sono composti organici di sintesi caratterizzati dal possedere un elevata massa molecolare, per la quale vengono, più appropriatamente, denominati alti polimeri; esse si presentano costituzionalmente realizzate dalla ripetizione periodica di una unità strutturale, di varia complessità, ordinariamente definita unità ripetente. Il termine polimero deriva dalle parole greche: poli=molto e mera=parte in modo da indicare appunto una sostanza strutturalmente composta da molte unità fondamentali ripetute identicamente nella molecola. La molecola a partire dalla quale il polimero viene preparato e da cui l’unità ripetente risulta derivata, viene chiamata monomero o unità monomerica, mentre polimerizzazione è la reazione chimica che porta alla sua costituzione. Potendo la struttura dei polimeri risultare sia lineare che tridimensionalmente reticolata le macromolecole presenteranno differenti caratteristiche chimico-fisiche; i primi vengono indicati con il nome di termoplastici (TP) in quanto per azione del calore o di plastificanti o, anche, di solventi è possibile allontanare tra loro le singole catene lineari disgiunte fino a farle rispettivamente fondere, rammollire o disciogliere.


I polimeri reticolati formano invece le resine termoindurenti (TI) così chiamate in quanto una volta assunta la configurazione tridimensionale non sono più fluidificabili dal calore e non possono più essere portate in soluzione mediante liquidi o solventi.

Matrici polimeriche termoplastiche

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er spiegare meglio il processo di formazione dei polimeri termoplastici, è preferibile fare degli esempi dai quali trarre leggi di carattere generale. Prendiamo in esame il polietilene (PE) il cui elemento base (monomero) è l’etilene

CH₂ = CH₂ Rompendo uno dei due legami che legano i gruppo CH₂ è possibile ottenere un elemento che ripetibile n volte forma il polietilene:

- CH₂ - CH₂- CH₂ - CH₂ Non essendovi legami liberi ed essendo la distribuzione degli atomi di carbonio e di idrogeno regolare e semplice, è possibile intuire facilmente che non ci saranno particolari azioni di ancoraggio reciproco tra le due macromolecole adiacenti. Un aumento di temperatura renderà quindi sempre più mobili le singole molecole con successiva rottura di tali lunghe catene fino al raggiungimento di una bassissima viscosità. Di conseguenza ad una diminuzione della temperatura corrisponderà un ritorno alle caratteristiche che il materiale aveva inizialmente.

L’interesse verso i materiali compositi a matrice termoplastica è diventato negli ultimi anni sempre più forte, facendo registrare un sviluppo relativo addirittura superiore rispetto ai termoindurenti, pur mantenendo questi ultimi la fascia di utilizzo più ampia nel settore di compositi. I compositi plastici rivestono un ruolo in continua crescita come materiali strutturali, in un vasto campo di applicazioni, ma è bene sottolineare che la natura della matrice, determinando le potenzialità del composito, ne delimita anche il settore di utilizzo. In altri termini, le due tipologie di compositi devono intendersi come complementari e non competitivi. La maggiore differenze si ritrova nel comportamento termico dei materiali: i termoindurenti non modificano la propria viscosità e per questo sono preferibili per applicazioni ad alte temperature, il coefficiente di dilatazione termica inoltre, è molto basso e paragonabile al relativo coefficiente valutativo dei materiali metallici, individuando in tal modo l’opportunità di ottenere performance superiori utilizzando un composito ibrido. Le tecnologie di produzione di un composito a matrice termoindurente, infine, permettono di realizzare manufatti di tutte le forme e le grandezze con un vantaggioso rapporto costo/proprietà. Le resine termoindurenti però, sono fragili e sono formante da legami chimici che una volta formati non possono essere sciolti senza degradazione del composito; al contrario delle resine termoplastiche, in virtù della propria composizione chimica, possono modificare la propria viscosità senza alterare le caratteristiche dell’unità ripetitiva. Infatti In il legame con le fibre non è di tipo chimico, bensì meccanico. Questo, nasce da uno stato

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di sforzo iperstatico di compressione, dovuto al diverso coefficiente di contrazione termica durante il raffreddamento. Il composito a matrice termoplastica presenta infatti i seguenti benefici, che ne motivano sempre più il campo di applicazione: il materiale grezzo è più economico e gode di vita più lunga rispetto hai compositi convenzionali; i processi di fabbricazione possono essere rapidi, in taluni casi inferiori al minuto; il materiale risulta eco compatibile, può essere riciclato e recuperato, aspetto che nella moderna industria è di forte interesse etico e legislativo. possono essere impiegate tecniche convenzionali di saldatura, quali saldatura a ultrasuoni, o per frizione; i manufatti possono essere resistenti come gli acciai convenzionali, ma più resilienti, assorbendo i colpi piuttosto che trasmetterli, rispetto ai termoindurenti anno dunque una più efficace capacità di isolamento sonoro; i prodotti restano inerti durante le fasi di stoccaggio, e pertanto non richiedono ambienti con atmosfere controllate; la tecnologia di fabbricazione basata sullo stampaggio ad iniezione offre la possibilità di realizzare compositi con inserti polimaterici; l’utilizzo di rinforzi riduce il costo del materiale e migliora le sue proprietà ed è in continuo aumento per i compositi a matrice termoplastica. Attualmente l’area applicativa più ampia è costituita dai settori automobilistici, ed elettronici/elettrici, ma come detto si assiste ora ad una crescita dei settori di impiego con un conseguente abbattimento dei costi di realizzazione. È molto importante sottolineare che solo da alcuni anni si assiste ad un alto

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interesse, sfociato in numerose applicazioni da parte dell’industria aeronautica all’uso maggiore di composito termoplastici. Infatti oggi sono disponibili matrici termoplastiche di tipo PEI (politerimmide) e PPS (polifenilensolfuro) che presentano relativa facilità di stampaggio unita ad una eccellente proprietà del composito sia con fibre di vetro sia con fibre di carbonio.

Matrici polimeriche termoindurenti

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e resine più usate per in compositi polimerici sono termoindurenti come le epossidiche e e al poliestere, generalmente queste risultano liquide a temperatura ambiente. Le resine poliestere hanno eccellenti caratteristiche meccaniche, sono facilmente lavorabili ed induriscono a temperatura ambiente tramite particolari catalizzatori. Hanno bassi costi e vengono solitamente impiegate con fibre di vetro, anch’esse di basso costo, per costituire un composito denominato vetroresina, molto usato negli scafi delle imbarcazioni. Tali resine polimerizzano con grande facilità ed in tempi brevi, anche a temperatura ambiente, per cui si adattano a lavorazioni molto veloci ed economiche. Hanno discrete caratteristiche meccaniche fino a 250°C, sono resistenti alla fiamma ed hanno buone proprietà dielettriche. Le resine epossidiche hanno proprietà migliori rispetto alle poliestere anche se hanno un costo superiore. Sono particolarmente adatte per applicazioni di tipo aerospaziale, poiché esibiscono maggiori resistenze a compressioni e una soglia più alta di resistenza alla rottura. Le resine(EPOX) sono adatte a


lavorare fino a temperature di 150°C e, se opportunamente additivate, anche fino a 200°C. Esse possiedono un’ottima adesione alle fibre, buona resistenza chimica e notevole stabilità termica. Aggiungendo un additivo elastomero come il butadiene inoltre, si conferisce tenacità alla matrice, diminuendone la fragilità, ma abbassando leggermente le caratteristiche meccaniche. Le resine epox rappresentano veri e propri adesivi strutturali. La polimerizzazione che avviene per policondensazione, avviene mescolando la base monomerica con il catalizzatore in percentuale opportuna, si può fare in modo che si presentino due effetti: i gruppi monomerici si uniscano secondo catene non lineari ma ramificate cioè tridimensionali, ciò si ottiene anche facendo uso di monomeri di tipo diverso e le molecole così formate sono dette co-polimeri; le varie catene, o molecole, ramificate si uniscano tra loro in corrispondenza di alcuni atomi delle ramificazioni. Questo legame tra varie molecole (crosslinking) viene ottenuto tramite gruppi o atomi che fungono da ponte. Le strutture che si ottengono, se le con-

Resine δ (g/cm2) E (GPa) σ trazione (MPa) Allung. Rottura (%) σ flessione (MPa) T di esercizio (°C)

dizione dette sono verificate durante fasi di polimerizzazione, è caratterizzata da una maggiore stabilità rispetto al caso dei polimeri lineari, in quanto il reticolo tridimensionale, sebbene formato da molecole organiche addossate le une alle altre, è questa volta reso rigido dagli ancoraggi reciproci esistenti tra le molecole. Un aumento della temperatura non comporterà consistente variazione di rigidezza del materiale fino al valore che comporta il degrado dello stesso senza passare per lo stato liquido. A proposito della polimerizzazione va precisato che le temperature e tempi da raggiungere variano a seconda dei tipo di resine utilizzate e con la quantità di catalizzatore della reazione, e possono variare dalla temperatura ambiente e pochi minuti a temperatura fino a 180°C e molti minuti. È importante considerare che la reazione di polimerizzazione è di tipo esotermico, e che il calore può da un lato favorire la polimerizzazione stessa, ma nel caso di forti spessori, e quindi bassa trasmissione del calore attraverso il materiale può produrre pericolosi innalzamenti della temperatura del pezzo in costruzione.

Epossidiche 1,2 4,905 88,3 1,5 118 100 ÷ 200

Poliestere 1,1 ÷ 1,3 3,924 49 ÷ 78,5 2,5 ÷ 4 98 <100

Proprietà meccaniche delle più iportanti resine termoindurenti

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Altre matrici polimeriche

Matrici metalliche (MMC)

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siste una terza classe di polimeri che viene indicata come resine espanse o espansi. È importante però notare che sia alcune TP che TI possono essere rese espanse, quindi più in generale con questo termine si intendono tutti quei polimeri in cui si sviluppa gas dalla massa reagente durante il processo di polimerizzazione. Controllando in modo opportuno l’emissione di gas si può creare nella matrice un numero estremamente elevato di cavità di dimensioni e forme variabili, secondo le modalità di operazione, il materiale potrà presentare valori di densità molto bassi. Il carattere distintivo dei vari espansi è legato al tipo di cavità, cioè alla forma e alla dimensione, e principalmente alla loro interconnessione. Nel caso di porosità aperte (cella aperta), si ha la possibilità di movimento di gas o liquidi attraverso il materiale, mentre nel caso di porosità chiusa (cella chiusa) diventa impermeabile e più rigido. Il coefficiente di porosità cioè il rapporto tra volume delle cavità e volume totale, insieme alle caratteristiche della cavità, influenza le più importanti proprietà di un espanso come la rigidità, l’isolamento termico e il peso specifico. Le più comuni resine spanse impiegano polistirene espanso (comunemente noto come polistirolo), acetato di cellulosa, resine ureiche, PVC, poliuretani ecc.

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sse costituiscono il settore nel quale è maggiormente concentrata l’attività di ricerca attuale, per le loro elevate caratteristiche meccaniche ed il basso peso. I maggiori problemi si riscontrano nell’interfacciamento con le fibre. Tale operazione, infatti, richiede talvolta l’uso di metalli allo stato liquido, le cui temperature non sono compatibili con l’integrità delle fibre, dando luogo ad una bassa bagnabilità. Altre difficoltà tecnologiche sono legate a fenomeni di corrosione fibra matrice all’aumentare della temperatura. I principali materiali usati sono l’Alluminio, il Magnesio ed il Titanio. Questi compositi sono ancora in fase sperimentale. I più promettenti sviluppi futuri riguardano i compositi in grafite-alluminio e grafite-magnesio. Le percentuali di fibra in ogni caso non superano il 20%, a fronte del 50% nei materiali compositi a matrice polimerica. Naturalmente gli MMC costano molto di più dei PMC, a causa degli evidenti problemi tecnologici.

Matrici ceramiche

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ra le classi di compositi quelli a matrice ceramica sono i meno utilizzati, ma allo stesso tempo, gli unici che consentono di intravedere un elevato margine di sviluppo. Le proprietà che li rendono così interessanti in una moltitudine di campi applicativi sono sostanzialmente le quelle che caratterizzano i materiali ceramici, come la durezza, la resistenza ad alte temperature superiore a quella dei metalli, associate ad una no-


tevole inerzia chimica che ne consente l’utilizzo in ambienti fortemente acido o basici. Per contro questi materiali presentano il grave difetto di avere una elevata fragilità che ne limita i possibili campi di applicazione. La ricerca è dunque finalizzata ottenere dei composti ceramici che oltre ad avere tutti i vantaggi citati, abbiano anche una elevata resistenza ottenuta mediante l’aggiunta di fibre di rinforzo. Le matrici utilizzabili per tali compositi sono di vario tipo (ossidi, nitruri o carburi), ma deve essere prestata attenzione nella scelta del rinforzo, Le fibre metalliche non possono essere utilizzate, a causa dei differenti coefficienti ti dilatazione termica. Inizialmente vennero utilizzate fibre di carbonio, e di carburo di silicio. Le prime tuttavia furono presso scartate poiché il carbonio, se usato in ambiente ossidante, a temperature superiori ai 600 °C si degrada per ossidazione. Un rivestimento inerte della fibre potrebbe proteggerebbe dall’ossidazione ma provocherebbe problemi per le differenze di dilatazione termica. È per questo che alle fibre di carbonio sono preferite quelle a base di carburo di silicio, tali fibre sono oggi le più utilizzate come carica per compositi a matrice ceramica dato che estendono il campo di applicazione dei compositi fino a temperature dell’ordine dei 1400 °C, contro i 1200 °C raggiungibili con metalli speciali, ma oggi sono presenti sul mercato nuove generazioni di fibre basate su SiC che possono tollerare temperature fino a 1700 °C e oltre. Tra i compositi ceramici, occorre citare anche quelli a matrice cementizia e di gesso. Entrambi i tipi, vengono utilizzati esclusivamente per applicazioni dell’industria civile, solo per usi a basse temperature; i compositi di gesso solo per usi interni. Le proprietà che offrono tali

composti sono molto interessanti se paragonate alle proprietà delle sole matrici; in particolare nell’uso del gesso si possono ottenere notevoli incrementi nella resistenza a flessione, e nella resilienza, o lavoro di rottura statica, con la limitazione della fragilità caratteristica di questo tipo di materiale.

Interfaccia Fibra-Matrice

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ì è accennato al fatto che perché un sistema di rinforzo, fibre o particelle, contribuisca alla resistenza e/o alla rigidezza del materiale è necessario un efficiente trasferimento degli sforzi dalla matrice al rinforzo e viceversa. Il rinforzo, quindi, deve risultare efficientemente legato alla matrice per permettere alla sollecitazione che agisce sulla matrice di essere trasferita attraverso l’interfaccia. Essenzialmente tutte le proprietà meccaniche del composito sono influenzate in qualche misura dall’interfaccia, sia che il rinforzo sia di tipo particellare che fibroso, sebbene in modo non sempre univoco. Ad esempio, in linea generale, la resistenza alla frattura e la tenacità richiedono una adesione limitata. Anche proprietà come la resistenza a creep1, fatica, degradazione ambientale sono influenzate dall’interfaccia. In questi casi la correlazione tra caratteristiche di interfaccia e prestazioni sono solitamente complesse. In molti casi, nella zona di interfaccia è presente una fase distinta detta interfase, ad esempio a seguito di reazioni tra rinforzo e matrice, oppure a seguito dell’applicazione di appretti che aumentino la bagnabilità delle fibre. In altri casi l’interfaccia può essere vista come una zona estesa, con spessore di pochi

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atomi, in cui le proprietà del materiale cambiano bruscamente da quelle della matrice a quelle del rinforzo. L’interfaccia rappresenta quindi una zona di discontinuità di natura chimica, di struttura molecolare, di proprietà meccaniche e fisiche. Le caratteristiche dell’interfaccia sono quindi specifiche del sistema matrice-rinforzo considerato. Come anticipato fondamentale un concetto chiave di questo contesto è la bagnabilità. La bagnabilità definisce la capacità di un liquido di spandersi sulla superficie. Una buona bagnabilità dunque garantisce che la matrice liquida fluisca sul rinforzo ricoprendo ogni asperità e rugosità della superficie, venendo a perfetto contatto col solido e rimuovendo l’aria. Perché vi sia buona bagnabilità è necessario che la matrice fluida abbia bassa viscosità in modo da fluire in tempi brevi. Inoltre condizione termodinamica necessaria è che il processo di bagnatura comporti una riduzione dell’energia del sistema. Trattamenti e pretrattamenti delle fibre possono aumentare in modo sensibile la bagnabilità. Una volta che la matrice bagna il rinforzo, può avvenire il legame tra le due fasi. I meccanismi fondamentali alla base dell’adesione sono diversi nei diversi sistemi; spesso possono essere attivi più meccanismi contemporaneamente e questi possono essere modificati dalla presenza all’interfaccia di contaminanti o sostanze attive (promotori di adesione) Per riassumere e comprendere meglio possiamo dire che fibra, interfase, interfaccia e matrice sono i costituenti dal cui comportamento collettivo derivano le prestazioni del composito. Ognuno di essi assolve a specifiche funzioni.

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Fibra: • sopporta il carico; • funge da barriera per il movimento delle dislocazioni e per la propagazione delle fratture nella matrice; • impartisce rigidezza al composito. Matrice: • distribuisce i carichi e li trasferisce alla fibra; • tiene insieme le fibre; • distanzia le fibre; • protegge le fibre dall’ambiente esterno; • opera come arresto alla propagazione delle cricche da una fibra all’altra. Interfaccia:

• accoppia la fibra alla matrice; • trasferisce gli sforzi della matrice alle fibre.

Interfase:

• promuove la bagnabilità della fibra ed il legame fibra-matrice;

• protegge la fibra dai danneggiamen-

ti durante la fabbricazione; • serve come barriera ad una eventuale indesiderata diffusione dei componenti della fibra nella matrice e viceversa; • previene il contatto diretto fibrafibra.

Adesione Fibra Matrice

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meccanismi di azione dell’adesione possono essere di origine chimica, fisica, meccanica. In ogni caso perché esista adesione è necessario che durante il processo matrice e rinforzo vengano portati a stretto contatto. In una qualche fase del processo di impregnazione


Adesione Chimica

o formatura del composito la matrice assume uno stato di liquido più o meno viscoso, in cui è in grado di fluire.

L’

adesione chimica che deriva dalla formazione di legami chimici primari tra matrice e rinforzo permette di ottenere efficiente trasmissione degli sforzi. E’ facile intuire che l’entità dell’adesione dipende dal numero di legami che si instaurano; ancora una volta, quindi, una buona bagnabilità è un prerequisito per un’efficiente adesione chimica. Inoltre perché si formino legami all’interfaccia è necessario che la superficie solida possegga gruppi chimici reattivi, compatibili con la matrice. Trattamenti superficiali possono modificare, oltre che la bagnabilità, la reattività del rinforzo nei confronti delle diverse matrici.

Adesione Meccanica

L’

adesione meccanica (interlocking) è legata alla possibilità per la matrice di penetrare nelle asperità del rinforzo ed è quindi tanto più efficace quanto più rugosa è la superficie. A meno di situazioni particolari, che coinvolgono superfici porose, si riduce ad attrito meccanico, ed è in grado di trasmettere sforzi prevalentemente di taglio. Nella maggior parte dei sistemi rinforzo-matrice, la sola adesione meccanica non è in grado di garantire un’efficiente trasmissione di sforzi.

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In molti sistemi, l’aumento di bagnabilità e la formazione di legami tra Adesione Fisica matrice e rinforzo richiede la presenza di sostanze interposte in grado di avere adesione fisica è il risultato di inteY Y Y con Y Y entrambe Y Y Y Y Y Y ComY Y Y Y Y Y Y Y Y interazioni le fasi. razioni elettrostatiche, e/o legami B B patibilizzanti B B B B eB promotori B B B di B adesione B B B B B B B secondari (ad es. Van der Waals2) tra A A A A A A A A A A A A A A A A A A sono generalmente costituiti da momatrice e rinforzo. Pur essendo interax x xinxgrado, x x da x un x xlato, x di x formare x x x x x zioni deboli, queste sono sufficienti xa x lecole R R R R R R R R R R Rx R Rx R R R R R R R legami forti con i gruppi reattivi sulla garantire ottima adesione, a condizione superficie del rinforzo, dall’altro di inteche sia presente un perfetto contatto tra ragire per reazione o interdiffusione con le fasi. Ciò nonostante, difetti superfix x delle x xfibre x xdi xvetro, x x x x x x x x x x x la matrice.xNelx caso ciali, contaminazioni, aria intrappolata ad esempio, sizing a base siliconica venall’interfaccia rendono questo meccagono invariabilmente applicati in fase di nismo poco efficiente nelle situazioni produzione. reali.

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Rotture Fibra - Matrice

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iò che accade al composito sotto carico, fino all’eventuale rottura dei componenti, non è di facile trattazione. Tuttavia è possibile fornire un’idea molto semplificata, attraverso l’osservazione microscopica del comportamento di una cricca, che si propaga per effetto dell’andamento delle tensioni interne. Questa cricca interessa inizialmente la matrice, per poi propagarsi attraverso di essa e raggiungere un certo numero di fibre, causandone il danneggiamento e l’eventuale rottura. Il comportamento delle fibre assume quindi un ruolo fondamentale per quanto riguarda la resistenza ai carichi esterni, bloccando, ritardando o favorendo la propagazione della cricca stessa. Le modalità di rottura possono essere di tre tipi:

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1. Rottura delle fibre di rinforzo; 2. Estromissione con sfilamento per distacco della fibra dalla matrice; 3. Separazione della fibra dalla matrice per cedimento di quest’ultima nella zona di contatto. Nel primo caso, la sollecitazione ha superato il carico massimo sostenibile dalla singola

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fibra. Il fenomeno può essere evitato aumentando il numero di fibre o cambiandone le dimensioni o la tipologia. Nel secondo caso, la fibra non è più in grado di opporsi, in modo valido, alla sollecitazione di distacco. Essa viene quindi estratta completamente, venendo a mancare l’adesione tra fibra e matrice. Se il fenomeno si fosse limitato al solo distacco, senza sfilamento completo, allora la fibra sarebbe rimasta parzialmente nella matrice, offrendo una residua resistenza meccanica. Nel terzo caso, la fibra è in grado di esercitare un minimo di reazione alla sollecitazione esterna, essendo ancora parzialmente in sede.


Analisi delle difettologie

L’

esistenza dei difetti nei compositi è insita nei processi produttivi che li caratterizzano, sia come semilavorati sia come prodotti finiti. I difetti variano per tipo, quantità ed estensione in relazione alla tecnologia impiegata ed all’attenzione posta durante l’intera fase di produzione. Alcuni difetti tipici dei semilavorati sono:

• Rottura delle fibre • Anomala disposizione delle fibre • Distribuzione non uniforme della matrice • Contaminazione della matrice • Prepolimerizzazione della matrice

L’entità dei difetti elencati è strettamente dipendente dall’estensione del semilavorato. Questi difetti non sono recuperabili durante la fase produttiva del pezzo, se non scartando la parte difettosa. La rottura delle singole fibre non è rilevabile, a causa delle ridotte dimensioni delle stesse. Anche la rottura dei fasci di fibre è difficile da rilevare, sebbene essi abbiano dimensioni superiori, poiché la discontinuità non risiede nel piano del composito, ma nel piano perpendicolare. Le anomalie delle fibre, non rilevabili con controllo non distruttivo (CND) a ultrasuoni (US) tradizionali, possono essere rilevate con microscopi ultrasonori. I semilavorati in carbonio necessitano di una particolare cura durante lo stoccaggio, in particolare per le tipologie preimpregnate che necessitano di celle frigorifere particolari. Ciò permette di evitare la contaminazione delle matrici, causata da polveri ed umidità, nonché la

pre-polimerizzazione delle stesse. Per contaminazione del preimpregnato si intende l’assorbimento superficiale o profondo di sostanze che degradano le proprietà di bagnabilità ed adesione delle fibre. I difetti tipici, causati dalla contaminazione, sono le delaminazioni. Queste consistono in un mancato incollaggio tra le superfici delle lamine. La mancata adesione può essere più o meno estesa o irregolare, in funzione dell’entità della contaminazione e della forma della parte contaminata. Un simile difetto può derivare anche da una pre-polimerizzazione della resina. Di diversa natura sono i difetti tecnologici dovuti alla mancata fuoriuscita di gas e alla irregolare distribuzione della matrice. Questi difetti possono essere ridotti modificando in modo opportuno il processo tecnologico di produzione, il quale ne influenza il numero e la tipologia. Nei pezzi finiti si hanno invece i seguenti difetti: Delaminazione determinata da contaminazione. Questi difetti possono esistere in una posizione qualsiasi del laminato e presentano superfici di discontinuità più o meno distanziate nel piano dello stesso. Sono tipicamente indagabili con indagini US. Inclusione di aria o gas. Generate durante la fase di impaccamento delle lamine, più o meno estese in funzione della lavorazione. Come le delaminazioni, anche questi difetti sono randomatici ed hanno forme irregolari, ma presentano superfici di discontinuità più distanziate. Sono indagabili con US.

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Porosità. Ovvero piccole e diffuse inclusioni di gas. Esse si presentano come piccole bolle, la cui rilevabilità è legata alla loro dimensione ed al numero per unità di volume. Pre-polimerizzazione causata dai difetti dei semilavorati. Essa può degradare in delaminazione durante la vita operativa. Trattandosi di difetto interlaminare, non presenta superfici di discontinuità ed è difficilmente rilevabile agli US. Eccesso di matrice. Causato da un irregolare addensamento di resina durante la polimerizzazione, soprattutto nelle zone del laminato caratterizzate da curvature. Anche in questo caso il difetto è funzione della lavorazione ed è difficilmente rilevabile con US.

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Tecnologie

A

l fine di chiarire l’attuale livello tecnologico e le modalità di lavorazione dei materiali compositi, è utile considerare gli sviluppi storici che si sono susseguiti negli ultimi decenni del Novecento. Le prime applicazioni di questa classe di materiali, tra i primi anni quaranta e sessanta, avevano l’obbiettivo di utilizzare i compositi contenenti esclusivamente fibra di vetro e resine di bassa qualità tecnologica, al fine di ottenere materiali succedanei a quelli tradizionali usati, ma con un minor costo e proprietà meccaniche e tecnologiche non influenti,; si accettava cioè l’uso di questi materiali, indipendentemente dalle loro proprietà purché fossero più economici. Il basso costo infatti era ottenibile, sia utilizzando materiali di scarsa qualità, sia servendosi di mano d’opera poco qualificata, che permettesse quindi bassi costi di investimenti in impianti produttivi, limitando i processi produttivi ad operazioni esclusivamente manuali. Solo a seguito di una più larga disponibilità di fibre più dotate tecnicamente, come le fibre di grafite, gli studi e le applicazioni di tecnologie più industriali ha portato, allo stato attuale, caratterizzato dalla preferenza diffusa di tecnologie automatizzate e quindi ripetitive e affidabili qualitativamente. Nel seguito vengono descritte le tecnologie disponibili e utilizzate per la produzione di elementi in composito fibroso a matrice polimerica, mettendo in luce gli elementi rappresentativi delle differenti tecnologie. Come osserveremo durante l’analisi infatti, non tutte le tecnologie permettono di produrre materiali di elevate prestazioni, attraverso metodi il cui processo è

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affidabile e facilmente ripetibile. La generale tendenza è infatti quella di privilegiare l’uno o l’altro aspetto a seconda delle specifiche necessità. Le tecnologie di fabbricazione di elementi in composito con matrice plastica variano secondo la forma, dimensione e proprietà richieste al pezzo finito oltre che al numero di pezzi richiesto. Sebbene siano state sviluppate diverse tecnologie di fabbricazione di elementi in composito, è possibile individuare le operazioni fondamentali comuni a tutte le tecnologie: - realizzazione dello stampo; - applicazione di un distaccante; - impregnazione del rinforzo; - deposizione della resina; - stampaggio; - estrazione. Le operazioni elencate possono essere effettuate in diversi modi, secondo le diverse tecniche e con l’impiego di diversi materiali e macchinari.

Tecnologie manuali

B

enché oggi queste tecniche siano quasi scomparse, esistono casi in cui sono ancora adoperate, in particolare intervenendo con procedimenti che tendono da un lato a migliorare l’efficenza del processo, dall’altro a diminuire i costi della mano d’opera.


Tecnologie a stampo aperto

°C; esse vengono deposte sullo stampo con metodi manuali e vanno deposte nuovamente a ogni stampata.

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Resine;

e tecnologie manuali per la fabbricazione di elementi in materiale composito di norma utilizzano stampi aperti, su cui avviene la realizzazione del pezzo. Nei processi a stampo aperto, lo stampo concavo o convesso, è costituito da un solo pezzo; il prodotto quindi è a contatto con la superficie dello stampo solo su una faccia: solo questa avrà la finitura controllata dei particolari alla fine del processo. I processi a stampo aperto sono gli unici che si prestano allo produzione di pezzi di grandi dimensioni. È possibile individuare le operazioni fondamentali a tutte le tecnologie manuali:

• • • • • •

realizzazione dello stampo; applicazione del distaccante; disposizione del rinforzo; disposizione della resina; stampaggio; estrazione.

impiegate come distaccanti hanno un atensione superficiale molto bassa in modo da diffondersi completamente sulla superficie dello stampo da trattare; è possibile la deposizione manuale, ma per la natura del materiale si prestano a tecniche di spruzzatura automatica. Il vantaggio di questo tipo di distaccante è che consentono, se correttament e applicati un numero elevato di stampate per cui vengono classificate come distaccanti permanenti o semi permanenti.

Fogli di materiale plastico;

quando la geometria degli stampi lo consente è possibile utilizzare come distaccanti dei fogli di materiale plastico, che vengono poi strappati dalla superficie dei pezzi. I distaccanti in fogli hanno il vantaggio di poter essere facilmente depositati e di non alterare gli strati più esterni della resina dei pezzi, ottenendo una migliore finitura superficiale.

Le operazioni elencate possono essere fatte in diversi modi, secondo varie tecniche e con l’impiego di differenti materiali e macchinari a seconda delle caratteristiche specifiche dei particolari da realizzare.

PTFE (teflon); è un ottimo agente distaccante adatto anche per alte temperature (oltre 200 °C), può essere deposto sia a spruzzo che in fogli.

I distaccanti sono dei materiali che vengono impiegati per consentire l’estrazione dei particolari dagli stampi. Essi possono essere di vario tipo:

Deposizione manuale senza applicazione di pressione o vuoto

Cere;

vengono impiegate nei processi durante i quali le temperature superano i 50/60

È un processo tuttora largamente diffuso per lavori su superfici ampie quali piscine e scafi di imbarcazioni per i quali la produzione si svolge tipicamente per

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piccoli lotti. Dopo aver applicato il distaccante, generalmente una cera, viene applicato il gel-coat che consiste in una miscela di resina e altri componenti destinata a dare la colorazione voluta e la finitura al manufatto. Cura particolare va posta nelle stesura del gel-coat relativamente ad aspetti come umidità ambientale, miscelazione dei componenti e perfetta polimerizzazione. Procedure non corrette possono portare nel pezzo finito difetti superficiali come bolle e screpolature. I rinforzi tipicamente in forma di mat, tessuto o stuoia, in percentuale come da progetto sono stesi all’interno dello stampo, successivamente le fibre vengono imbevute di resina catalizzata e poi consolidate manualmente usando rulli di metallo o di plastica allo scopo di eli-

appositi impregnatori fuori dallo stampo in modo da non rovinare il rinforzo e utilizzare la corretta quantità di resina per ogni lamina.

Deposizione manuale senza applicazione di pressione o vuoto

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n questo caso il rinforzo viene deposto in forma di fibre corte mediante un sistema ad ugello, in cui lame rotanti azionate ad aria compressa tagliano le fibre provenienti dalle bobine, e le proiettano verso lo stampo insieme alla giusta quantità di resina catalizzata.

Stampo Rullo

Composito

Stampo minare la resina in eccesso. La polimerizzazione avviene generalmente a temperatura ambiente. L’estrazione dallo stampo può essere manuale, con l’impiego d’aria compressa oppure di attrezzature di sollevamento adatte alle specifiche esigenze del particolare realizzato. Gli stampi vengono realizzati tipicamente in vetro-resina. In Figura 1.5.1 viene riportato uno schema di deposizione manuale. In alcuni casi per migliorare la qualità del laminato stampato è possibile effettuere l’impregnazione dei tessuti in

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Controstampo L’operazione di spruzzo è seguita da una fase di rullatura manuale dello strato. Tale tecnologia presenta il vantaggio di essere facilmente automatizzabile e quindi di contenere i costi e assicurare maggiormente l’affidabilità del processo; d’altra parte però non è possibile realizzare laminati con un rinforzo orientato per cui il suo utilizzo è limitato alla realizzazione di laminati isotropi.


Tecnologie a stampo chiuso

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processi a stampo chiuso prevedono uno stampo costituito in generale da due parti, un maschio e una femmina. Essi sono indispensabili quando occorre una buona finitura superficiale su tutte le facce del prodotto.

Formatura con stampo e controstampo

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uesto metodo di fabbricazione, a differenza di quelli precedenti, permette di ottenere manufatti con entrambe le superfici a finitura controllata. Il rinforzo viene deposto sullo stampo insieme alle resina catalizzata; l’accostamento di stampo e contro stampo fa si che sì generino pressioni molto elevate. Per contro la distribuzione delle pressioni non è uniforme su tutto il laminato perché si avranno componenti diverse della forza di chiusura in direzioni diverse, e non è possibile stampare forme complesse.

Caratteristiche delle tecnologie manuali

C

on riferimento ai due parametri distintivi delle diverse tecnologie di produzione, cioè gli aspetti relativi a proprietà del materiale ottenuto e ripetibilità del processo di produzione è possibile fare le seguenti considerazioni. Le caratteristiche meccaniche del materiale composito ottenuto mediante tecnologie manuali sono generalmente conseguenti delle premesse di adoperate sistemi produttivi con bassi costi di

impianto, da cui non si pretende quindi l’ottenimento di materiali di grandi prestazioni. Ciò viene confermato dall’uso di formati di fibre di tipo mat o stuoie di alta grammatura, facili da depositare ma generalmente con basso grado di anisotropia. Naturalmente questo deve essere a conoscenza del progettista che in questi casi dovrà accontentarsi della relativa modestia delle proprietà offerte da questa tipologia di compositi. La caratteristica manuale della tecnologia implica necessariamente la totale, o quasi, attività dell’operatore durante le fasi di processo. Per quanto esperto e conoscitore delle tecnologie, l’operatore non potrà in nessun modo ripetere con esattezza e precisione gli stessi gesti. A ciò segue che la produzione di pezzi in tempi successivi, o a parte di operatori diversi come succede normalmente in reparti produttivi, non potrà in nessun caso essere ripetibile, e per tanto la affidabilità del processo nel suo insieme non potrà essere assicurata. Unica eccezione, è rappresentata dalla tecnica di taglio e spruzzo, in cui almeno aspetti del processo vengono assicurati dalla ripetizione di macchinari.

Formatura in autoclave

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a tecnologia del sacco a vuoto in autoclave è sostanzialmente un’evoluzione della semplice formatura con sacco a vuoto in cui la pressione di compattazione del laminato è quella della pressione atmosferica, essendo nata dalla necessità di ottenere laminati con caratteristiche meccaniche migliori. Nella vacuum bag, infatti, la pressione massima applicata sulla superficie del

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la minato, quella atmosferica, comporta delle limitazioni per quanto l’azione di compattazione dei materiali; con l’impiego dell’autoclave viceversa, è possibile intensificare tale azione, portando la pressione a valori molto elevati all’interno dell’autoclave. Una pressione maggiore garantisce una minima presenza di vuoti tra le lamine e un rapporto fibra matrice più elevato, e quindi, consente al laminato di raggiungere più elevate prestazioni. Questo tipo di lavorazione viene privilegiato quando si deve realizzare un numero limitato di pezzi aventi caratteristiche meccaniche molto spinte e dimensioni non eccessive, o quando gli stampi prevedono dei contorni complessi. Non è invece indicata per produzioni di grande serie e per pezzi di notevoli dimensioni, soprattutto a causa della durata elevata del processo. La formatura in autoclave rappresenta dunque una delle tecnologie più avanzate per la formazione di componenti complessi in composito in settori tecnologicamente avanzati come quello aerospaziale e aeronautico e delle applicazioni sportive. Tra i vantaggi conseguenti di questa tecnologia si ricorda:

• il bassissimo grado di porosità nel

laminato, dovuto alla pressione applicata compresa tra gli 8 e i 14 bar; • bassi livelli di scorrimento delle lamine le una sulle altre, dovuti alla uniforme distribuzione della pressione sul laminato. Infatti ad alte temperature, prima della polimerizzazione, si ha una notevole diminuzione del valore di viscosità e una non uniforme distribuzione della pressione potrebbe provocare uno scorrimento delle lamine e

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quindi un difetto di compattazione. Ottima finitura superficiale sulla faccia rivolta verso lo stampo; • Valore abbastanza costante dello spessore del laminato, dovuto alla distribuzione uniforme della pressione su di esso. Riportiamo di seguito le descrizioni dei componenti, materiali e accessori necessari ad utilizzare la tecnologia di formatura in autoclave.

Rinforzi I materiali di rinforzo vengono combinati con i sistemi di resina in una varietà di formati per creare laminati strutturali. I tipi più comuni di rinforzo per la lavorazione del sacco a vuoto sono tessuti di vario tipo. In commercio ne esistono tante varietà, ognuna caratterizzata da particolari valori dei parametri che la definiscono, tra questi ricordiamo spessore, grammatura, composizione ( numero di fili costituenti l’ordito e la trama), titolo (peso per unità di lunghezza del filato espresso in Tex= g/10³m), l’armatura e il carico di rottura.

Matrice

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e resine utilizzate nella tecnologia in autoclave sono principalmente di tipo epossidico. Ciò è dovuto al fatto che questa tecnologia è adottata per produrre laminati a elevate prestazioni, e si utilizzano quindi resine più costose di tipo epox che esibiscono le migliori caratteristiche tra i termoindurenti.


Preimpregnati

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ono materiali semi lavorati, in cui le fibre sono già impregnate dell’esatta quantità di resina voluta dal progettista, che garantiscono per tanto uno dei requisiti indispensabili per la ripetibilità del processo produttivo, cioè un rapporto costante tra fibra e matrice. Questi materiali possiedono ovviamente un più elevato costo da sopportare per la fabbricazione del pezzo, ma il fattore costo viene ammortizzato in molto casi da altra valutazioni relative all’intera vita del pezzo, infatti, una maggiore qualità iniziale del pezzo comporta una diminuzione dei costi complessivi durante l’intero ciclo di vita del componente (life cycle cost). Nell’utilizzo di preimpregnati occorre seguire precise modalità di stoccaggio al fine di evitare una prepolimerizzazione della matrice. I materiali dunque vanno conservati nel loro imballo originale, in celle frigorifere a una temperatura compresa tra i -15 °C e i - 20 °C, e hanno generalmente una shelf life di alcuni mesi. I vantaggi che l’uso di preimpregnati epossidici può offrire sono migliori caratteristiche meccaniche, maggiore controllo del peso finale, assenza di zone di non uniforme impregnazione, semplicità e rapidità lavorazione, oltre ovviamente, a un notevole miglioramente delle condizioni di sicurezza sul lavoro.

Sacco

I

l sacco è costituito da una membrana sigillante che ricopre interamente il laminato ed è fissato a tenuta, tramite mastice sigillante, sullo stampo. Il materiale che genereralmente è utilizzato per la fabbricazione di sacchi è il Po-

liammide (nylon), le cui caratteristiche principali sono; una elevata elongazione percentuale oltre il 400%, ed elevate resistenza a trazione. La temperatura massima di esercizio è di 210 °C.

Materiali assorbenti (bleeder)

L

a funzione del materiale assorbente è quella appunto di assorbire l’eccesso di resina dalle preforme preimpregnate. Può essere costituito da una carta assorbente, o da un tessuto filtrante. Il tessuto traspirante prescelto, viene generalmente messo sopra lo stampo, ed è da esso separato da uno strato poroso distaccante. La pressione applicata durante l’indurimento in autoclave, fa sì che la resina fluisca dal laminato al pacco traspirante, ottenendo nel laminato il contenuto di resina desiderato.

Distaccanti

I

materiali di questo gruppo rientrano nelle seguenti quattro categorie principali: agenti distaccanti di tipo PVA (alcool polivinilico) liquido, cosparsi sullo stampo a mano a a spruzzo; film distaccanti destinati a fornire uno strato di materiale che si stacca facilmente dal componente indurito, lasciando la finitura liscia e brillante. tessuti distaccanti, si staccano dal componente indurito con diversi gradi di facilità, e lasciano una superficie rugosa a seconda del tessuto scelto;

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peel-ply, sono dei tessuti leggeri destinati ad assorbire le resine e quindi aderire leggermente alla superficie del componente, cosicché, quando viene strappato, viene rimosso anche uno strato di resina, lasciando la superficie opaca e pulita. La ruvidità della superficie dipenderà dal peel-ply scelto, secondo la necessità.

Autoclave

L’

autoclave è composta da un corpo a pressione di forma cilindrica, disposto orizzontalmente, e terminante da un lato o da entrambi con una porta per l’introduzione e l’estrazione del prodotto. Sono disponibili diversi sistemi di riscaldamento dell’autoclave. I più comuni adoperano olio diatermico che, riscaldato da una caldaia a gasolio, viene fatto circolare nell’apposito circuito di scambio. Le autoclavi di dimensioni minori sono invece riscaldate elettricamente. Alcune dispongono di un circuito di raffreddamento idraulico con acqua a circolazione forzata, al fine di accelerare il tempo del ciclo produttivo. Un adeguato valore di pressione è necessario nella fabbricazione dei composti, per asportare la resina in eccesso ed evitare la formazione di vuoti o inclusioni gassose. I valori di pressione raggiunti nei cicli di cura sono di circa 10 bar e in generale si fa in modo che il massimo coincida con la fase di minore viscosità della resina per permetterne la fuoriuscita.

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Stampi per autoclave

P

er gli stampi da autoclave esiste una varietà di materiali da utilizzare. Una decisione a tal fine dipende dal numero di pezzi da fabbricare: se questo è maggiore di cento allora sarà opportuno utilizzare acciaio o alluminio che alzano il numero dei processi e contemporaneamente si ottengono dei contorni accurati, in particolare con stampi ottenuti per elettrodeposizione di nichel si avrà un’ottima finitura a discapito di costi elevati. Per poche unità invece possono essere adoperati stampi in gesso o in legno, la pressione però non dovrà superare valori di 1,5 atm. Essendo porosi questi materiali devono essere sigillati prima dell’uso. Per un numero di pezzi comunque basso si possono usare anche stampi in resina epossidica caricata con alluminio.

Ciclo di cura in autoclave

P

er ciclo di cura si intende il ciclo di polimerizzazione della resina, il buon esito di questo processo è collegato al controllo di temperatura e pressione durante tutta la fase di stazionamento all’interno dell’autoclave. La selezione di cilcli specifici dipenderà dal tipo di polimero utilizzato, e dallo spessore del prodotto. Durante il processo di polimerizzazione è particolarmente importante il controllo della viscosità, dovendo essere possibile l’allontanamento delle bolle di gas, prodotte dalla reazione e intrappolate nella resina. È inoltre necessaria la corretta compattazione delle fibre a


l’eliminazione dell’eventuale eccesso di resina e aria. Per l’applicazione della pressione bisogna distinguere due differenti casi: Preimpregnato con perdita di resina, in questo caso si devono definire per la resina in esame due limiti Ae B che definiscono il campo in cui deve essere applicata la pressione. Il limite A definisce il valore massimo della viscosità, al di sopra del quale le bolle di gas non lascerebbero il preimpregnato. Il limite inferiore B definisce il valore minimo al disotto del quale si avrebbe un flusso eccessivo di resina. Preimpregnato senza perdita di resina, la pressione va applicata nell’intervallo di gelificazione, in quanto essa non deve creare un flusso di resina ma deve solo compattare il preimpregnato. Per riassumere e chiarificare il processo di cura in autoclave si elencano schematicamente le sue fasi:

• applicare il vuoto e mettere il pezzo • • • • •

sulla piattaforma mobile per introdurlo nell’autoclave; sigillare l’autoclave e inserire il ventilatore per la circolazione del fluido pressurizzante; avviare il riscaldamento e controllare la temperatura; pressurizzare l’autoclave come stabilito dal ciclo di polimerizzazione; eliminare il vuoto e controllare l’eventuale presenza di perdita di pressione interna; ultimata la polimerizzazione, elimi-

nare la pressione aprendo gradualmente le valvole di scarico; • eliminare il vuoto; • lasciare raffreddare il pezzo fino a temperatura ambiente o al di sotto di 100 °C e rimuovere il sacco. Normalmente, per applicazioni strutturali o comunque in settori ad avanzata tecnologia, i produttori forniscono il ciclo di cura più adatto ad ottenere le migliori prestazioni possibili della resina e quindi del composito. Si sottolinea che le condizioni di cura hanno una notevole importanza sulle prestazioni a fatica dei compositi. Come si può osservare, per ottenere le migliori prestazioni del materiale, bisogna adottare tecnologie come quella dell’autoclave, che consente di controllare i parametri di temperatura, pressione e vuoto, non solo come valori assoluti, ma anche seguendone la velocità di variazione. I cicli di cura sono normalmente determinati empiricamente. Durante un normale ciclo di cura l’andamento crescente della temperatura subisce diverse fermate a temperature prestabilite, per facilitare il flusso di resina verso l’esterno ed evitare formazioni di vuoti. Le fermate inoltre permettono di ottenere una distribuzione della temperatura uniforme all’interno del laminato, in modo da far raggiungere la temperatura di innesco della reazione (esotermica) di polimerizzazione quasi simultaneamente in tutti i punti. Tale fenomeno risulta ancora più necessario, per quei materiali compositi la cui bassa conducibilità rallenta la trasmissione del calore all’interno del laminato. Contemporaneamente al raggiungimento di bassi valori di viscosità si incrementa il valore di pressione nell’autoclave per facilitare il flusso di resina verso l’esterno.

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Di seguito riportiamo un esempio di caratteristico ciclo di cura per compositi a matrice epossidica:

• temperatura ambiente, pressione • • • • • • •

vuoto a 17 kPa; riscaldamento fino a 250 °C con velocità di 15 °C/min; mantenimento a 250 °C per 30 minuti; pressione vuoto 81 kPa, pressione autoclave 1400 kPa; riscaldamento fino a 325 °C con velocità di 20 °C/min; mantenimento a 350 °C per 3 ore; raffreddamento a 3 °C/min fino a 65 °C con valori di vuoto e pressione massimi; trattamento di post-cottura per 6 ore a 330 °C in forno a circolazione d’aria;

Come si nota dal ciclo di cura è necessario un periodo superiore alle 6 ore, sotto vuoto a ad alte temperature per far reagire completamente le molecole e per ottenere il completo stato di cura. Per l’ottenimento di un composito con caratteristiche ottimali è necessario che vengano soddisfatti anche altri requisiti: Eliminazione di vuoti, molti preimpregnati contengono una considerevole quantità di aria dovuta al processo di realizzazione dello stesso. Il processo di stratificazione aggiunge aria supplementare ai componenti. Inoltre i preimpregnati a base di fibre grafitiche e resine epossidiche contengono più dello 0,5% del peso di acqua che può arrivare a ebollizione durante il processo di cura. Durante il processo si deve quindi prevenire un valore della porosità troppo elevato comprimendo l’aria intrappolata ed evitando l’ebollizione dell’acqua.

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Rimozione di solventi, alcune resine sono disciolte con solventi prima di essere applicate alla fibra. Se gli stessi non fossero eliminati prima dell’ultima fase di processo di cura potrebbe creare bolle all’interno del composito e peggiorarne le caratteristiche. Fortunatamente i solventi usati per le resine epossidiche, hanno un basso punto di fusione ed evaporano durante la stratificazione. Impregnazione delle fibre, per ottenere migliori caratteristiche del composito è necessario che la resina ricopra perfettamente ogni fibra. Una bassa viscosità durante la cura permette l’impregnazione delle fibre e riduce la porosità all’interno del componente. Consolidamento, nel caso di preimpregnati lo spessore iniziale del singolo strato di materiale è normalmente maggiore del 20% dello spessore finale desiderato. Un’opportuna combinazione di basso valore di viscosità della resina e di pressione ne diminuiscono lo spessore finale. Rimozione della resina in eccesso, normalmente all’interno del materiale prima del ciclo di cura, vi è un eccesso di resina superiore al 10%. È possibile rimuoverla sfruttando il cambiamento di viscosità durante il ciclo di cura.

Caratteristiche delle tecnologie basate su autoclave

C

on riferimenti ai due parametri distintivi qualitativamente della tipologia delle caratteristiche delle diverse tipologie, cioè gli aspetti relativi a proprietà del materiale ottenibile e


gli aspetti relativi alla ripetibilità del processo di produzione possiamo fare le seguenti considerazioni riguardo alla formatura in autoclave. Le caratteristiche meccaniche del materiale composito ottenibile mediante tecnologia di autoclave sono conseguenti alle necessità di adoperare un sistema produttivo con bassi ritmi di produzione, ma dai cui si pretende l’ottenimento di materiali di grandi prestazioni, molte vicine o pari a quelle prevedibili dalla teoria sui compositi. Ciò avviene in pratica confermato dall’uso dei formati di fibre a grammatura bassa, generalmente di tipo preimpregnato. In altri termini, si preferisce proiettarsi verso materiali anche più costosi, avendo affidato ad altri in precedenza il compito di assicurare la qualità del semilavorato preimpregnato, e a cui però corrispondono elevate caratteristiche di sfruttamento delle potenzialità delle fibre. Naturalmente tutto deve essere dettato dal progettista che in questi casi ha necessariamente bisogno, per motivi di progetto, delle elevate proprietà offerte da questa tipologia di produzione di materiali compositi. La caratteristica di automazione decisa dalla tecnologia con uso di autoclave implica necessariamente le totale o quasi assenza di attività degli operatori durante le diverse fasi di processo. Unendo a ciò la citata ripetibilità e affidabilità del materiale relativamente alle sue proprietà iniziali(uso di preimpregnati), consegue che la produzione di pezzi in tempi successivi, o da parte di di operatori diversi come succede normalmente nei reparti industriali di produzione, sarà in tutti i casi ripetitiva e pertanto la affidabilità del processo nel suo complesso non potrà che essere totalmente assicurata.

Formatura per Resin Transfer Moulding

C

on il termine anglosassone Resin Transfer Moulding (RTM) si indicano l’insieme di tecnologie di stampaggio a Trasferimento di Resina, nell’accezione più generale una tecnologia mediante la quale si fabbricano composti a matrice polimerica trasferendo la resina catalizzata in una cavità avente la forma del pezzo da realizzare e in cui è stato preliminarmente collocato il rinforzo asciutto. La cavità è ottenuta chiudendo, l’uno contro l’altro, stampo e controstampo.

Ciclo di fabbricazione RTM

I

l ciclo di fabbricazione RTM si articola nelle seguenti fasi:

• • • • • •

pulitura dello stampo; applicazione del distaccante; applicazione del gel-coat; posizionamento del rinforzo; chiusura e bloccaggio dello stampo; iniezione e polimerizzazione della resina; • apertura dello stampo ed estrazione del pezzo; • operazioni di rifinitura.

Pulitura dello stampo

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a pulitura dello stampo a volte può limitarsi a semplice soffiatura con aria compressa, altre invece alla rimozione mediante raschietto di eventuali residui di gel-coat o di resina rimaste aderenti.

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Applicazione dell’agente distaccante La scelta dell’agente distaccante va fatta a seconda della resina con cui intendiamo produrre il composito, dal materiale dello stampo, dalla caratteristiche superficiali di questo e dalla temperatura di utilizzo. Tali agenti sono in forma di pasta o di liquido, e sono a base di cere sintetiche. Spesso l’agente è applicato nello stampa attraverso spruzzo, in modo da garantire una copertura omogenea. L’applicazione di distaccante spesso non viene eseguita in ogni ciclo , ma solo dopo un certo numero di stampaggi.

Applicazione del gel-coat

I

l gel-coat è lo strato superficiale del prodotto finito. Rappresenta un efficace rivestimento protettivo per il composito, migliorando l’estetica della finitura, conferendo al materiale un ulteriore proprietà di resistenza all’idrolisi, alla corrosione e in generale all’invecchiamento. Il gel-coat è costituito da resine termoindurenti come poliestere, resina epossidica o vinilesterene, particolarmente dure. Questa operazione presenta però lo svantaggio di incrementare in maniera considerevole la durata del ciclo di stampaggio, poiché oltre al vero e proprio processo di applicazione del gel, occorre che questo abbia raggiunto un sufficiente grado di asciugatura prima di procedere allo stampaggio. Per limitare ciò è possibile ricorrere al preriscaldamento dello stampo per accelerare la polimerizzazione del gel-coat.

Posizionamento del rinforzo

I

l rinforzo è costituito dalla sovrapposizione di strati mat o tessuti di fibra di vetro, di carbonio o aramidica. Spesso per facilitare il corretto posizionamento della carica si ricorre a rinforzo preassemblato e conformato in preforme. Costituite mediante un’operazione di preliminare stampaggio e applicazione di opportuni leganti, secondo una geometria prossima a quella della cavità, e quindi del prodotto finito. La preforma è poi posizionata poi sulla superficie del semistampo inferiore. È importante cercare di raggiungere la massima uniformità nella distribuzione della fibra all’interno delle cavità, e quindi evitare ripiegamenti, doppi spessori, raggrinzamenti, allungamenti o compattazioni eccessive, rattoppi o variazioni nello spessore.

Chiusura e bloccaggio stampo

I

l controstampo viene chiuso e bloccato sullo stampo per mezzo di morse, bulloni o altri sistemi di bloccaggio previsti, con forza sufficiente a resistere alle pressioni che si sviluppano nella cavità durante l’iniezione e la polimerizzazione della resina.

Trasferimento e iniezione della resina

L

a miscela di impregnazione viene trasferita all’interno dello della ca-

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vità tra stampo e controstampo attraverso appositi fori di iniezione. Sotto l’effetto di pressione esercitata dal sistema di pompaggio, la resina, già premiscelata o in fase di miscelazione con in catalizzatore, avanza all’interno della cavità dai punti di iniezione verso canali di ritenzione periferici oppure fori di uscita impregnando il rinforzo fibroso ed espellendo l’aria al suo interno. Questa fase sarà agevolata dall’utilizzo di una pompa a vuoto che aspiri l’aria dalla cavità attraverso i fori di uscita durante l’iniezione (Vacuum Assisted-RTM, o VARTM). La pressione e il tempo di iniezione dipendono da diversi parametri del processo, in particolare dal sistema di iniezione, dalla viscosità e tipologia della miscela d’impregnazione, dalle caratteristiche del rinforzo e dal percorso che la miscela deve seguire all’interno dello stampo. In generale le pressioni variano tra le 0,5 e 4 bar, mentre i tempi di iniezione tra i 20 secondi e i 2 minuti. Quando il riempimento della cavità è completo, i fori di uscita prima e di entrata poi vengono chiusi attraverso valvole ottenendo un’iniezione addizionale (pumping-up) che incrementa la pressione in cavità garantendo migliore rispondenza dimensionale e migliore finitura superficiale.

Polimerizzazione della resina

I

l tempo di polimerizzazione dipende dal tipo di matrice, dalle caratteristiche geometriche del pezzo, dalla temperatura di iniezione della resina e da quella dello stampo. Tale periodo corrisponde al tempo di permanenza del pezzo sullo stampo dunque alla de-

terminazione della durata complessiva della lavorazione, e quindi del ritmo generale di produzione. Generalmente è norma estrarre il pezzo dallo stampo prima che sia stata effettuata la totale polimerizzazione in modo da velocizzare l’intero processo.

Apertura dello stampo e estrazione del pezzo

O

rientativamente si può dire che l’apertura dello stampo e l’estrazione del pezzo si possono effettuare quando sia trascorso, dal completamento dell’iniezione almeno un periodo pari a quattro volte il tempo di gelificazione caratteristico della miscela usata. L’operazione di estrazione può risultare più o meno facile a seconda della morfologia del pezzo , in particolare con il numero di angoli che la superficie del pezzo forma con la direzione di estrazione.

Operazioni di rifinitura

L

a principale operazione di finitura consiste nel tagliare ai margini del pezzo, le cosiddette tracce di sbavatura, corrispondenti alle zone di contatto tra stampo e controstampo. A questa operazione può seguire una eventuale verniciatura del pezzo, nonché lavorazioni meccaniche. Riguardo allo stampaggio RTM va specificato come si distinguano diverse procedure; così la RTM viene distinta dalla Resin Infusion under Flexible Tooling (SRIM) in cui la miscela d’impregna-

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zione viene iniettata già in fase di polimerizzazione cosicché il riempimento delle cavità va effettuato a in modo molto rapido (non superiore a 20 secondi); per questa ragioni le pressioni di iniezione nello SRIM sono più elevate che nel RTM, gli stampi opportunamente più rigidi e resistenti e le dimensioni dei pezzi prodotti più contenute.

Caratteristiche degli stampi per RTM

L

a scelta del materiale per lo stampo è dettata da criteri economici, quali il costo e la vita utile dello stampo, e da valutazioni tecniche, quali la correttezza geometrica, la finitura superficiale, la temperatura sopportabile. A seconda del materiale di cui è costituita la superficie della cavità si possono distinguere quattro principali gruppi di stampi:

Stampo

Stampi in materiale composito, sono fatti con resina termoindurente (poliestere o epossidica) rinforzata con fibra di vetro. Il loro basso costo e la modesta vita utile li rende adatti a produzione di piccola serie. Stampi elettroformati, sono rivestiti da una patina di nichel o cromo, denominata elettroforma, ottenuta mediante deposizione elettrolitica su di un modello, e che costituirà la superficie di lavorazione. Stampi in metallo, i risultati prodotti evidenziano le ottime proprietà in termini di precisione geometrica e gradi di finitura della superficie, sono adatti però per la produzione ad ampia tiratura dati gli elevati costi di realizzazione. Stampi in altri materiali, sono quelli di cemento armato o quelli ottenuti a spruzzo con leghe a basso punto di fusione su modelli opportuni.

Preforma

Uscita resina

Ingresso resina

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Controstampo


L’iniezione della resina nella cavità viene effettuata attraverso un’apertura, o più di una nel caso di forma complesse, praticata in stampo e controstampo. La sua dislocazione è di importanza essenziale ai fini di un efficace riempimento della cavità. Essa è collocata generalmente, nel centro geometrico dello stampo, dalla parte del retro del pezzo, oppure all’esterno della cavità, su un canale di alimentazione comunicante con questa tramite dei condotti. In ogni caso la sua posizione deve poter garantire un flusso uniforma della resina verso tutti i punti della cavità fino ai margini. Una volta completato il riempimento dello stampo, la resina eccedente si accumula in canali di raccolta periferici, o fuoriesce attraverso condotti di sfogo. Canale periferico di contenimento

Resina

Rinforzo + Resina

Limitazioni progettuali per i pezzi da realizzare mediante RTM

P

er la buona riuscita del processo di fabbricazione RTM, vanno seguiti, già in fase di progettazione del componente da realizzare alcuni principi generali dei quali vogliamo dare conto per una efficace e consapevole progettazione.

Rinforzo

L

a percentuale volumetrica di fibra nei prodotti del RTM è compresa tra il 12% e il 50%, e corrisponde a una percentuale in peso variabile tra il 23% e il 68% (per una resina con densità di 1,3 g/Cm², e una fibra di vetro con densità 2,6 g/Cm³). Sebbene le proprietà meccaniche migliorano all’aumentare della percentuale di fibra, valori eccessivi di questa inducono a problemi quali la difficoltà di impregnazione e la necessità di elevate pressioni di iniezione. È importante che il rinforzo sia dimensionato con precisione su tutta la superficie dello stampo in modo da non creare zone di eccessiva localizzazione di resina che in fase di polimerizzazione provocherebbe reazioni esotermiche incontrollate.

Spessore

L

o spessore minimo ottenibile è di 1,5 mm per un’area inferiore a 0,1 m², e di 2,5 mm per un’area maggiore. lo spessore massimo può arrivare fino a 20 mm. Queste misure sono indicative per i compositi, sono da considerarsi dunque solo orientativamente poiché omettono particolari possibilità da parte degli specifici compositi. Per il soddisfacente riempimento della cavità dello stampo è essenziale, come detto che il rinforzo sia sistemato in maniera uniforme; sarà perciò preferibile progettare un pezzo che abbia uno spessore costante, e in ogni caso una uguale percentuale volumetrica di carica.

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Spigoli

È

bene evitare nel progetto del componente, gli spigoli vivi, e utilizzare invece al loro posto raggi di curvatura che misurati all’interno non misurino più di 5 mm. In queste zone, infatti, è difficile ottenere un composito omogeneo: il rinforzo tende ad addensarsi Principi generali di progettazione di componenti da realizzare per RTM.

Raggio minimo

Non Preformati

Preformati

5 mm

5 mm

Sì Larga nel piano piano normale nel piano normale al controstampo al controstampo

Foratura Rifiniture Lungo lo stampo

No

Sì con pre-taglio del rinforzo

Sottotaglio verticale

No

No

Angolo di tiro Spessore

Ơ

1.5/2,5 a 20 mm 1.5/2,5 a 20 mm

Variazione di forma

Semplici

Complesse

Inserto

Possibili

Protuberanza (bugna)

No

No

Aletta

No

Non raccomandata

Tolleranza

- 0,1 a -0,3%

- 0,1 a -0,3%

Finitura superficiale

Due lati lisci

Classe A possibile con basso profilo di resina

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all’interno mentre l’esterno della zona d’angolo può essere costituito da resina pura, e questo effetto è tanto più accentuato quanto più l’angolo è acuto. Per tale motivo questi costituiscono punti deboli del pezzo prodotto, in particolare in termini di resistenza all’impatto, a causa delle incrinature che si generano nelle zone di resina pura per il rilascio delle tensioni interne durante il processo di polimerizzazione.


Angoli

L’

angolo formato dal laminato con la direzione secondo cui si apre lo stampo non deve essere minore di 3° per spessori inferiori agli 8 mm; per laminati di spessore maggiore l’angolo minimo consigliabile è di 5°. Valori inferiori renderebbero difficile sia lo stampaggio sia l’estrazione del pezzo dallo stampo, a rischio della qualità del pezzo stesso. I sottosquadri non sono realizzabili, a meno di ricorrere a stampi scomponibili che accrescerebbero notevolmente la complessità del processo.

dall’aggiunta di additivi (in particolare di additivi a bassa contrazione), dal tipo e dalla percentuale di rinforzo. Per esempio la contrazione può andare dallo 0,1% di un sistema a basso profilo o ad alto contenuto in fibra, allo 0,3% di un sistema relativamente poco rinforzato. Inoltre bisogna tener conto della precisione dimensionale dello stampo e della sua inflessione durante il processo di stampaggio. Da questo punto di vista, le strutture di sostegno degli stampi devono essere adeguate a sopportare i carichi previsti durante il processo e a contenere le deformazioni dello stampo entro limiti accettabili.

Inserti

V

i è la possibilità di utilizzare inserti di forme e materiali diversi, nel rispetto dei requisiti di cui si e parlato riguardanti lo spessore, gli angoli e i raggi di curvatura. È essenziale assicurarsi che il materiale dell’inserto sia compatibile o inerte in relazione alla resina utilizzata. Se l’adesione della resina alla superfice dell’inserto è insufficiente si può creare un legame meccanico, per esempio cospargendo di sabbia la superficie

Tolleranze dimensionali

L

a rispondenza dimensionale del prodotto alle specifiche di progetto dipende da tutta una serie di fattori di cui bisognerà tener conto già in fase di progetto. Innanzitutto la contrazione della matrice durante la solidificazione dipenderà dal tipo di resina utilizzata,

Vantaggi del RTM

N

egli ultimi anni, sull’onda dello sviluppo delle moderne tecniche di progettazione assistita dal computer, di automazione e controllo di processo, nonché dei recenti progressi nel campo dei materiali di partenza, la tecnologia per iniezione ha subito straordinari miglioramenti, soprattutto per quanto riguarda l’accorciamento dei tempi di ciclo, la riduzione del costo unitario di produzione, l’incremento delle prestazioni strutturali e della qualità in genere dei prodotti. Quindi di recente questa tecnologia sta acquisendo sempre maggiore diffusione, tanto per la fabbricazione di componenti strutturali quanto per quella di prodotti di largo consumo, da un lato rimpiazzando altre tecnologie, dall’altro introducendo nuove possibilità di impiego dei compositi nelle industrie automobilistica, aerospaziale, navale, sportiva ecc.

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Il successo ultimamente incontrato dalla tecnologia RTM va attribuito ai molteplici vantaggi che essa oggi è in grado di offrire rispetto alle altre tecnologie, e che in parte sono riconducibili alle caratteristiche intrinseche del processo, in parte derivano dai recenti sviluppi innovativi ad esso apportati. La prerogativa fondamentale della tecnologia RTM è la notevole versatilità, sia nelle caratteristiche dei prodotti realizzabili (dimensioni, complessità, prestazioni e qualità), sia nei tempi di ciclo richiesti. Giacché le pressioni nella cavità non sono elevate (massimo 7 bar), specie se confrontate con quelle richieste dal Compression Moulding (70 + 170 bar), il RTM consente la fabbricazione di laminati anche di grosse dimensioni senza dover ricorrere a stampi e a strutture di sostegno pesanti e costose. La natura stessa del processo per iniezione lo rende adatto alla realizza zione di pezzi di geometria complessa. Ciò, oltre a garantire un estesa varietà di campi d’applicazione, offre il grosso vantaggio economico di consentire la fabbricazione mediante un unico stampaggio di strutture a elevato grado di integrazione che, con altre tecnologie, richiederebbero un certo numero di processi di fabbricazione dei componenti e di assemblaggio degli stessi. È possibile perciò progettare e realizzare tale struttura nella maniera più adeguata rispetto ai requisiti del pezzo da realizzare. Per altro questa caratteristica oggi è consolidata dall’introduzione delle moderne tecniche CAD/CAM nella progettazione e realizzazione delle preforme. Per quanto riguarda i tempi di ciclo, anche da questo punto di vista, come accennato, la tecnologia RTM si mostra molto versatile. I recenti sviluppi apportati alla tecnolo-

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gia RTM hanno condotto a una notevole riduzione dei tempi di ciclo, mediante contrazione dei tempi critici di fabbricazione delle preforme, di riempimento della cavità, e di polimerizzazione della resina. Infatti con tecniche di tessitura automatica delle preforme, di iniezione mediante strategie opportune, eventualmente attraverso fori multipli, di preriscaldamento e catalisi progressivi della miscela d’impregnazione, si è pervenuti a tassi di produzione di una decina di pezzi all’ora. In fine un grosso elemento di vantaggio è rappresentato dal fatto che il progresso di stampaggio avviene in stampo chiuso e quindi sono evitate emissioni gassose; questo è oggi un fattore di crescente importanza alla luce delle normative sulle emissioni e delle condizioni igieniche dell’ambiente di lavoro.

Caratteristiche delle tecnologie basate su RTM

C

on riferimenti ai due parametri distintivi qualitativamente della tipologia delle caratteristiche delle diverse tipologie, cioè gli aspetti relativi a proprietà del materiale ottenibile e gli aspetti relativi alla ripetibilità del processo di produzione possiamo fare le seguenti considerazioni riguardo al RTM. Le caratteristiche meccaniche del materiale composito ottenibile mediante processi di RTM sono conseguenti alla necessità di adoperare un sistema produttivo che tenga conto delle osservazioni di tipo operativo riguardo ai limiti progettuali descritti, e in particolare riguardo alla percentuale di fibre presenti nel manufatto. Dalle considera-


zioni connesse si può intuire che non si può ottenere dal materiale grandi prestazioni vicine ai dati teorici. Le caratteristiche di automazione moderate della tecnologia RTM implica necessariamente una limitata presenza di attività da parte di operatori durante le fasi di processo. Conseguente pertanto che la produzione di pezzi in tempi successivi, sarà soddisfacentemente ripetitiva e pertanto l’affidabilità del processo nel suo insieme si potrà ritenere assicurata.

Formatura per avvolgimento (FW)

L

a realizzazione di manufatti in materiale composito aventi una superficie esterna assimilabile a una superficie di rivoluzione, e quindi per lo più con simmetria cilindrica, può essere ottenuta, con diverso grado di semplicità, mediante tecnologie basate sull’avvolgimento di fili o di nastri impregnati con il voluto tipo di matrice su di un corpo (mandrino) da estrarre o in qualche modo eliminare dopo la fabbricazione dell’elemento.

Si tratta di un processo in genere di tipo discontinuo che permette di realizzare, come si vedrà, anche elevati standard qualitativi in termini di prestazioni meccaniche e specialmente in termini di riproducibilità delle stesse. La tecnica di avvolgimento di fili è comunemente indicata con dizione anglosassone come Filament Winding (FW).

Modalità di impregnazione delle fibre

R

elativamente alle modalità di impregnazione delle fibre si possono distinguere due tipi usuali di processo: - avvolgimento per via umida; - avvolgimento di preimpregnati.

Mandrino

Albero

Roving Motore

Bagno di resina

a carbon fair 55


Avvolgimento per via umida

I

n questo tipo di avvolgimento, certamente il più frequentemente adoperato, le fibre in formato di roving, prima di essere avvolte sotto tensione sul mandrino, sono impregnate con la giusta quantità di resina. L’impregnazione avviene trascinando le fibre in un bagno di resina e facendole passare, seguendo un percorso tortuoso, attraverso una serie di rulli quasi a contatto tra loro, per eliminare la resina in eccesso, e attraverso un pettine per evitare che le fibre si sovrappongano. Questo tipo di impregnazione prevede l°impiego di sistemi di resina termoindurente (TI) che devono avere un basso contenuto di sostanze volatili, per prevenire la formazione di bolle nella struttura avvolta, e una bassa viscosità a temperatura ambiente oltre che una elevata bagnabilità per favorire una buona impregnazione delle fibre. Si deve inoltre avere una polimerizzazione in tempi opportuni, che consenta la produzione di grosse strutture senza che il bagno di resina solidifichi, e permetta che i vari accessori della mac-

china avvolgitrice in contatto con la resina vengano facilmente puliti a operazione ultimata. La realizzazione della fase d’impregnazione deve pertanto prevedere che non si abbia possibilità di coalescenza di bolle d’aria, mediante sistemi che eliminino l’aria stessa o gran parte di essa. Ciò può essere ottenuto in vari modi, per esempio con la realizzazione di vasche d’impregnazione con ricircolo della resina per dar modo all’aria di fuoriuscire dal bagno durante il percorso.

Avvolgimento con preimpregnati

I

n questo tipo di avvolgimento il materiale di partenza è costituito da fibre preimpregnate (prepreg) che vengono avvolte direttamente sul mandrino. In considerazione del fatto che le fibre preimpregnate rappresentano un particolare semilavorato in cui le fibre sono già state impregnate con la giusta quantità di resina. In questo caso è possibile, in linea di principio, utilizzare anche diverse tipologie di

Albero Mandrino

Roving Albero la tecnologia 56


resine termoindurenti (TI) senza avere problemi di formazione di gas, di viscosità e di bagnabilità delle fibre. Di contro i costi per la materia prima sono più elevati ed è necessario riscaldare il manufatto per completare la polimerizzazione. Per tali motivi questo tipo di tecnica si utilizza per manufatti di piccole dimensioni, in cui deve esser garantito un elevato livello di prestazioni e qualità.

Metodi di avvo|gimento

L

e fibre possono essere depositate sul mandrino seguendo due metodi d’avvolgimento fondamentali: l’avvolgimento elicoidale e l’avvolgimento polare, ciascuno dei quali da luogo a un percorso d’avvolgimento caratteristico. Il primo metodo d’avvolgimento, detto elicoidale, è realizzato combinando il moto rotatorio del mandrino attorno al proprio asse col moto rettilineo alternato della testa porta fibra, in genere corredata della vasca d’impregnazione, in direzione parallela all’asse del mandrino. Il roving viene deposto sulla superficie del mandrino secondo un percorso elicoidale e l’orientazione delle fibre deposte nella corsa di ritorno del carrello porta roving non coincide ovviamente con quella imposta alle fibre nella corsa di andata per cui le fibre si incrociano accavallandosi e il layer generico non è costituito da due lamine unidirezionali equilibrate sovrapposte, bensì da una sorta di tessuto in cui i fasci di fibre si intrecciano seguendo due direzioni bilanciate rispetto all’asse del mandrino. Ciò, chiaramente, non consente di ottenere i massimi valori delle resistenza e della rigidità conseguibili con i materiali

impiegati e gli orientamenti prescelti, a causa della tortuosità del percorso delle singole fibre. Tuttavia, è possibile fare in modo che, controllando la velocità di rotazione del mandrino e la velocità di alimentazione dovuta al movimento del carrello porta fibre, a ogni giro del mandrino la banda venga a disporsi in posizione adiacente a quella assunta nel giro precedente e non vi siano quindi accavallamenti di fibre; si può cioè coprire interamente il mandrino con una lamina unidirezionale orientata in maniera opportuna rispetto all’asse del mandrino. Al compimento della passata in un verso avverrà poi la passata in verso opposto, in cui si produrrà lo stesso effetto coprendo così il mandrino con due lamine costituenti un laminato equilibrato, con fibre cioè orientate in maniera unidirezionale ad angoli uguali e contrari rispetto all’angolo a 0° costituito dalla direzione dell’asse del mandrino. Da notare che il numero di fili o roving che vengono depositati simultaneamente durante l’avvolgimento elicoidale è in genere alto, ai fini di ottenere un’elevata velocità di produzione, si possono ottenere velocità periferiche nel punto di deposito delle fibre sul mandrino anche superiori a 100 m/min. Pertanto il materiale che si deposita è da ritenersi piuttosto un nastro o banda di una certa larghezza corrispondente al numero effettivo di roving affiancati che si depositano: si può pensare di depositare anche diverse decine di roving da 2400 tex simultaneamente, avendo un nastro decisamente non più coincidente con un solo roving. Una variante dell’avvolgimento elicoidale, nel caso di deposizione di un solo o di pochissimi roving, è costituita dall’avvolgimento circonferenziale. In senso stretto esso è un av-

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volgimento elicoidale con angolo d’avvolgimento elevato (praticamente 90°). Il carrello porta fibre avanza a ogni rotazione del mandrino di una quantità pari alla larghezza della banda avvolta, questa volta costituita appunto da pochissimi roving e quindi molto stretta. Chiaramente non si può effettuare avvolgimento elicoidale sulle calotte alle estremità del mandrino o su altre parti a superficie non cilindrica, perché si avrebbe slittamento delle fibre. L’avvolgimento polare è invece realizzato mediante la combinazione di due moti rotatori: quello del mandrino intorno al proprio asse e quello di un braccio di alimentazione delle fibre intorno a un asse complanare ma non necessariamente parallelo a quello del mandrino. I due angoli di rotazione possono essere inclinati tra loro di un angolo variabile fino a quasi 90°. In genere, per ogni rivoluzione del braccio d’alimentazione attorno al mandrino, quest’ultimo ruota in modo che la sua superficie si sposti tangenzialmente di una quantità pari alla larghezza (misurata tangenzialmente) della banda di fibre avvolta. Quindi a ogni giro del braccio d’alimentazione la banda viene a disporsi in posizione adiacente a quella assunta nel giro precedente e non vi sono accavallamenti di fibre; si può cioè coprire interamente la struttura con una lamina unidirezionale orientata in maniera opportuna rispetto all’asse del mandrino. Uno strato completo (layer) si compone di due lamine unidirezionali orientate in modo da dar luogo a un laminato equilibrato. L’angolo minimo d’avvolgimento delle fibre rispetto all’asse del mandrino è limitato a pochi gradi e dipende dalla dimensione del pezzo.

la tecnologia 58

Fattori che influenzano le proprietà dei manufatti ottenuti per avvolgimento

S

i riportano di seguito i principali fattori che influenzano le proprietà del manufatto prodotto con le tecniche di avvolgimento esaminate.

Contenuto di resina e distribuzione delle fibre

I

l controllo del contenuto di resina e della distribuzione delle fibre determina le caratteristiche fisiche (peso e spessore) e meccaniche (resistenza e rigidezza) del prodotto finito nei vari punti e direzioni. I difetti più comunemente osservati sono chiazze asciutte e aree ricche di resina che possono portare a rotture in regioni localizzate; inoltre, la presenza di porosità è responsabile della minore resistenza di taglio interlaminare e di fattori di innesco di rotture.

Posizionamento delle fibre

L

a deposizione delle fibre dipende dalla precisione della macchina e dalle attenzioni prestate alle movimentazioni degli assi. Una cattiva collocazione delle fibre può provocare proprietà difettose non previste dal progetto: le giunzioni tra fondo e cilindro dei recipienti a pressione sono particolarmente sensibili a tale problema in quanto in questa regione vi è una elevata tendenza allo scorrimento delle fibre.


Tensione di avvolgimento

L

a tensione di avvolgimento è un fattore molto importante in quanto ad essa è direttamente collegata sia la larghezza della banda sia l°uniforme distribuzione delle caratteristiche meccaniche tra le fibre dopo la polimerizzazione della resina.

Produzione in continuo (CFW)

I

l principio di funzionamento delle macchine ad avvolgimento per la produzione in continuo, CFW (Continuous Filament Winding), si basa sulla possibilità di realizzare una superficie cilindrica (mandrino), che ruota e trasla in continuo, sulla quale vengono avvolte e deposte dapprima le materie prime (matrice, fibre tagliate e cariche inerti) e successivamente le fibre continue. Il mandrino viene realizzato mediante una banda di acciaio avvolta su se stessa a forma di spirale: la spirale inizia ad avvolgersi attorno a un asse cavo, che ha la funzione di sostenerlo e continua poi per tutta la lunghezza del forno di polimerizzazione, per poi tornare a riavvolgersi passando, guidata da un dispositivo di ritorno, all’interno dell’asse di sostegno e dal dispositivo di rinvio e tensionamento: il mandrino, quindi, si rinnova in continuazione mediante lo svolgimento e il riavvolgimento della banda sull’asse cavo. Il moto di rotazione viene trasmesso dal motore principale, posto all’interno della testata motrice, all’asse di sostegno, mentre il moto di traslazione della spirale viene impresso da

dispositivi spingitori che seguono la sagoma di una camma a piatto. Le materie prime vengono deposte, sulla superficie del mandrino, nella quantità prestabilita, mediante dosatori delle resine, delle fibre di vetro tagliate e delle cariche inerti, mentre le fibre di vetro continue vengono avvolte per trascinamento. Quando il tubo lascia la zona di deposizione delle materie prime, entra nel forno di polimerizzazione dove la resina, ancora liquida, completa il processo di polimerizzazione passando allo stato solido. Questo processo viene pilotato con un sistema di controllo, completamente automatizzato, che, agendo sulla quantità di calore da somministrare, mediante pannelli radianti, riesce a mantenere il profilo delle temperature, rilevate sulla superficie del tubo, con l’andamento voluto. Il tubo, all’uscita del forno, ormai completamente solido viene tagliato alla lunghezza voluta, per mezzo di un disco diamantato.

Tecnologie di avvolgimento (wrapping)

I

n tutte le tecniche di avvolgimento fin’ora esaminate le fibre vengono impregnate dalla resina del composito al momento stesso della formatura del pezzo, e vengono definite per questo come tecnologie per via umida. Una tecnologia ormai consolidata, anche se più recente di quelle esaminate, sfrutta invece materiali preimpregnati, dove le fibre si trovano nel materiale di partenza già completamente impregnate dalla resina nella misura e perfezione voluta dal progettista. L’avvolgimento, quindi, non è riservato alle sole fibre ma interamente al mate-

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riale così costituito, che si presenta in genere in formato di fogli o nastri di spessori e larghezze diverse, o anche in forma di fili continui. Tale materiale viene quindi avvolto su mandrini cilindrici o conici per la realizzazione di tubi a spessore e diametri di piccole dimensione e dotati di grande precisione di fabbricazione, come nel caso di canne da pesca. La macchina per il wrapping è in sostanza costituita da due piani dotati di movimento relativo tale che l’avvicinarsi di uno di essi all’altro produce l’avvolgimento del foglio di preimpregnato sul mandrino, su cui si è iniziato ad avvolgere il lembo del foglio. Il susseguirsi dello stesso movimento da parte di uno dei due piani della macchina produce il completo avvolgimento dell’intero foglio di preimpregnato. Al termine dell’operazione si avvolge poi un film di materiale termoretrattile, affinché durante la successiva fase di polimerizzazione, a caldo, si possa produrre sul materiale avvolto una pressione opportuna dovuta al restringimento del film.

Caratteristiche conclusive delle tecnologie basate su avvolgimento di fibre

C

on riferimento ai 2 parametri distintivi qualitativamente della tipologia delle caratteristiche delle diverse tecnologie, cioè gli aspetti relativi alle proprietà del materiale ottenibile e gli aspetti relativi alla ripetibilità del processo di produzione, nel caso di uso di tecniche basate su avvolgimento di fibre è opportuno fare le seguenti considerazioni. Come si è visto esistono molte alternative nelle tecnologie basate sull’avvolgimento di fibre: avvolgimento elicoidale, avvolgimento polare, wrapping con prepreg, produzioni in continuo. A ciascuna di queste tecniche corrispondono diverse utilizzazioni e quindi diverse aspettative qualitative, funzione sia dei mercati di applicazione sia dei numeri e ritmi necessari di produzione. Pertanto è lecito attendersi che non in tutti i casi i

Trascinamento Dosatore Guide Taglio

Filiera/Stampo Roving la tecnologia 60


dettagli della tecnologia vengano progettati con uguali obiettivi relativamente ai risultati di proprietà del materiale ottenibile e di ripetibilità del processo. Esaminando per esempio le caratteristiche meccaniche del materiale composito ottenibile mediante tecniche di avvolgimento elicoidale, si è visto che adoperando particolari attenzioni nella fase di impregnazione delle fibre è possibile controllare con grande precisione la perfezione di questa fase e quindi ottenere un elevato volume di fibre nel composito senza porosità apprezzabile. Viceversa, nel caso di necessità di elevate velocità di produzione per contenitori di grandi dimensioni non è possibile preoccuparsi, per evidenti ragioni economiche, di ottenere perfetta impregnazione delle fibre senza porosità e quindi occorre controbilanciare il possibile difetto accontentandosi di un minor volume di fibre nel composito, diminuendo così la pericolosità degli intagli dovuti alla porosità. Anche nel caso di avvolgimento polare occorre considerare che le applicazioni finali del componente influiscono sui dettagli della tecnologia; tuttavia in questo caso la maggioranza delle volte consiste nella fabbricazione di elementi progettati con elevate proprietà meccaniche e quindi la tendenza sarà di progettare con attenzione la tecnologia per permettere perfezione nella impregnazione del materiale. Nell’avvolgimento in continuo le stesse osservazioni sopracitate sono valide e le caratteristiche del materiale ottenibile sono certamente da ritenere buone considerando che esse ora dipendono soltanto dalle materie prime adoperate. Una considerazione diversa è invece da applicare ai casi di uso di tecniche wrapping, in quanto l’uso del materiale preimpregnato, come è necessario

in questo caso, garantisce dall’inizio le caratteristiche di alto livello del materiale finale. Da queste considerazioni, quindi, si può intuire che non si può pretendere l’ottenimento di materiali dalle grandi prestazioni, molto vicine o pari a quelle prevedibili dalla teoria dei compositi, in tutti i casi di pratica utilizzazione. Naturalmente tutto questo deve essere a conoscenza del progettista che, in questi casi, ha coscienza di non poter contare sulle elevate proprietà offerte potenzialmente da questa tipologia di materiali. La caratteristica di automazione della tecnologia con uso di avvolgimento di fibre, certamente possibile nei casi di produzione in continuo e nelle tecnologie di wrapping, assicura a queste tecnologie una solo moderata presenza di attività dell’operatore durante le diverse fasi del processo. Le tecniche di avvolgimento elicoidale o polare, se non progettate attentamente nelle diverse fasi, presentano maggiori difficoltà di ripetibilità e affidabilità. delle operazioni. Pertanto, dal punto di vista della ripetibilità del processo è opportuno attendersi risultati diversi in funzione dell’intera progettazione della tecnologia.

Formatura per pultrusione

L

a pultrusione, dalla dizione anglosassone pultrusion, è una tecnologia che consente di ottenere, in modo continuo, manufatti in composito, anche con elevata percentuale di rinforzo, in forme a sezione costante semplice o complessa. Il termine pultrusione indica una tecnologia il cui principio di fun-

a carbon fair 61


zionamento è semplicemente costituito dall’applicare una forza di tiro (pull) alle fibre, generalmente nel formato di roving, costringendole a passare in continuo attraverso uno stampo riscaldato in cui avviene la polimerizzazione, dopo averle impregnate con la giusta quantità di resina nel passaggio attraverso una vasca di impregnazione. La forma finale viene fornita al componente durante il passaggio nella trafila sagomata dello stampo, dove il materiale è costretto al transito non sotto l°azione di una spinta, come nelle operazioni di estrusione, ma attraverso il tiro applicato al materiale stesso all’uscita dallo stampo. L’elevata resistenza a trazione e la notevole percentuale di rinforzo ottenibile, combinata ad altre importanti proprietà come isolamento elettrico, resistenza alla corrosione e basso peso, hanno ampliato il ventaglio dei prodotti pultrusi. Il processo richiede un rinforzo fibroso, essenzialmente continuo, e una resina a bassa viscosità, generalmente termoindurente liquida. Il formato di fibre più utilizzato è il roving di vetro; solo recentemente, e per ragioni di costi limitatamente a casi particolari, sono stati impiegati formati, non esclusivamente roving, con fibre di carbonio e fibre aramidiche. Questi stessi rinforzi vengono anche impiegati in compositi ibridi con il vetro. Lo schema di base del processo è articolato nei seguenti stadi:

• • • • • • •

alimentazione del rinforzo; impregnazione; preformatura; formatura e polimerizzazione; tiro; taglio; postformatura.

la tecnologia 62

Alimentazione del rinforzo

I

rinforzi impiegati nella pultrusione sono in formato di fili continui monodirezionali, mat e tessuti. Il rinforzo e la matrice devono comunque rispondere ad alcuni requisiti importanti: - possedere resistenza e rigidità nella direzione della trazione sufficienti a sopportare gli sforzi determinati dal tiro, oltre la zona di reticolazione; - avere valori noti di conducibilità termica e calore specifico, allo scopo di poter calcolare la velocità di trasmissione del calore dalla trafila riscaldante al manufatto in fase di polimerizzazione; rendere possibile il controllo del rapporto volumetrico di fibre e matrice, in modo da poter valutare le dilatazioni durante il riscaldamento.

Impregnazione

L

e resine per la pultrusione sono, nella generalità dei casi poliesteri insaturi, ma non mancano esempi applicativi di resine vinilesterie epossidiche. La tipologia epossidica più pregiata è impiegata quando è richiesto l’impiego di fibre di grafite.

Preformatura

D

opo lo stadio di impregnazione delle fibre, il materiale deve essere portato alla geometria voluta. La formatura del profilo pultruso è, nei casi più frequenti, difficile o impossibile da


ottenere in una sola operazione, ma va realizzata gradualmente, portando il rinforzo ad assumere la forma voluta gradualmente. Lo scopo della preformatura infatti è quello di favorire una graduale formatura, favorendo allo stesso tempo un migliore allineamento delle fibre e un recupero della resina in eccesso.

Formatura e polimerizzazione

L

a trafila riscaldata è uno dei componenti più importanti e più costosi del sistema. Anche in questo caso, è possibile elencare le caratteristiche principali che il materiale impiegabile deve soddisfare: - buona lavorabilità per ottenere spigoli netti in corrispondenza delle linee di giunzione e un”elevata finitura superficiale; - durezza superficiale elevata; - ottima resistenza agli agenti chimici con riferimento alle resine e agli agenti di pulitura; - ottime caratteristiche meccaniche a elevata temperatura. Lo stampo è comunemente fabbricato di acciaio cromato per aumentare la durata. L’attaccabilità del cromo da parte delle resine epossidiche fa talvolta preferire gli acciai altolegati. La deposizione dello strato di cromo può tuttavia arrivare a raddoppiare la durata di uno stampo. Come valore generale si può dire che una filiera deve poter produrre mediamente tra 20000 e 30000 metri di pultruso prima di essere

cromata nuovamente. Comunque questa operazione non può essere condotta un numero indefinito di volte, dal momento che viene intaccato il substrato metallico della filiera vera e propria. All’interno della filiera ha luogo la polimerizzazione che è la fase più critica di tutto il processo. Dalla polimerizzazione dipendono in gran misura sia la qualità del prodotto finale sia la cadenza di produzione complessiva. La fase deve essere condotta in modo tale da essere sicuri che la storia tempotemperatura della matrice consenta un adeguato livello di polimerizzazione, prima che il materiale venga afferrato dal sistema di tiro. Inoltre, è necessario controllare che il rinforzo bagnato, nel suo passaggio attraverso la filiera, non determini sollecitazioni di taglio all’interfaccia con la parete metallica di entità superiore alle sue capacità in quello stadio. La velocità di polimerizzazione può essere aumentata attuando un preriscaldamento dielettrico del materiale immediatamente dopo la fase d’impregnazione. In tali sistemi, il dispositivo a microonde inizia la reticolazione con un riscaldamento che procede dall’interno della massa di resina e fibre verso l’esterno, mentre il sistema di riscaldamento successivo, generalmente di tipo elettrico, completa l’indurimento, con un riscaldamento che stavolta va dall’esterno all’interno della massa.

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Postformatura

I

dispositivi di postformatura hanno lo scopo di assicurare il corretto allineamento della sezione del prodotto in uscita dalla trafila, compensando eventuali tensioni laterali che potrebbero determinare curvature del profilato. Queste attrezzature sono costituite, essenzialmente, da coppie di puleggeo rulli, montate perpendicolarmente fra loro e regolabili in larghezza. L’allineamento di questi dispositivi con la trafila e con le attrezzature di preformatura è essenziale per il raggiungimento di un elevato livello qualitativo della produzione.

Tiro e taglio

L

e originali tecniche di trazione mediante catene o cavi sono state oggi completamente sostituite da meccanismi tipo caterpillar a cingoli o da morsetti montati su sistemi alternativi. La prima tecnica è dispendiosa e molto poco versatile, dal momento che richiede una superficie di contatto che abbia la forma del profilo realizzato. Con sistemi mediante morsetti, l’afferraggio avviene sulle superfici laterali del manufatto, quindi uno steso profilo dei morsetti è impiegabile per più prodotti. L’operazione di taglio avviene comunemente mediante sega montata su una tavola ce si sposta parallelamente alla direzione di pultrusione, e con la stessa velocità di avanzamento del manufatto. In questo modo si realizza una velocità relativa nulla.

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Caratteristiche della tecnologia di pultrusione

C

on riferimento ai due parametri distintivi qualitativamente della tipologia delle caratteristiche delle diverse tecnologie, cioè gli aspetti relativi alle proprietà del materiale ottenibile e gli aspetti relativi alla ripetibilità del processo di produzione, è facile fare le seguenti considerazioni nel caso di uso della pultrusione. Le caratteristiche meccaniche del materiale composito, ottenibile mediante tecnologie basate sull’uso della pultrusione, sono solo funzione del formato del materiale adoperato che, come si è visto, può variare dal mat al tessuto di varie forme. La velocità del sistema produttivo non può essere molto elevata, con le tecniche fin’ora in uso nella pultrusione e, pertanto, le proprietà finali del materiale possono essere molto vicine a quelle teoricamente valutabili per il formato usato. La caratteristica di automazione totale della tecnologia della pultrusione implica necessariamente la totale o quasi assenza di attività dell’operatore durante le diverse fasi del processo. A ciò consegue che la produzione di profili pultrusi in tempi successivi, o da parte di operatori diversi, come succede normalmente nei reparti industriali di produzione, sarà in tutti i casi ripetitiva e pertanto la affidabilità del processo nel suo insieme non potrà che essere totalmente assicurata. Affinché si realizzino in pieno le caratteristiche citate occorre tenere presente un’ultima considerazione, indispensabile dal punto di vista economico-produttivo: la messa a punto della tecnologia richiede forti impegni in termini di tempo, personale addetto e uso di materiale a perdere


e ciò impedisce di poter realizzare un determinato profilo solo in lunghezze limitate, il cui costo finale, tenendo conto della messa a punto della macchina, sarebbe molto elevato.

Fasi di lavorazione

L

e fasi costituenti il ciclo di fabbricazione sono le seguenti:

• preparazione dello stampo e del sacco;

Formatura con sacco in pressione

I

l sacco in pressione è una tecnologia finalizzata alla produzione di elementi di materiale composito, di simmetria cilindrica e non, che avviene impiegando l’azione di una membrana-sacco attraverso la quale è possibile fornire una pressione uniformemente distribuita sul materiale in lavorazione: tale pressione consente al materiale di appoggiarsi all’interno di uno stampo femmina in cui era stato preventivamente inserito, dopo averlo avvolto sul sacco stesso. Il sacco o membrana, usualmente in polietilene o in gomma siliconica, è collegato a un compressore in grado di fornire al suo interno la sovrapressione necessaria; espandendosi esso consentirà lo svolgimento degli strati del materiale previamente avvolti su di esso facendoli aderire contro le pareti dello stampo esterno. Le pressioni consentite dipendono dallo stampo e dalle attrezzature utilizzate e generalmente non superano le 8 atmosfere. Il materiale avvolto o comunque deposto sulla membrana-sacco deve essere costituito da fibre impregnate, sia di tipo preimpregnato ma anche realizzando l’impregnazione via umida al momento precedente o successivo l’avvolgimento sul sacco.

• disposizione delle fibre; • compattazione; • polimerizzazione. Preparazione dello stampo e del sacco Lo stampo deve essere accuratamente pulito mediante l”utilizzo di solventi particolari e trattato con agenti distaccanti, del tipo PVA liquido o similari, per permettere la facile estrazione del pezzo dopo la polimerizzazione e consenti re, quindi, la ripetizione della produzione. Il sacco deve essere incerato sulla superficie esterna prima di essere infilato su un mandrino che ne favorisce il sostegno. Tale mandrino dovrà poi essere estratto facilmente, una volta deposto il tutto all’interno dello stampo, e quindi deve avere una forma semplice.

Disposizione

L

e lamine del materiale, impregnato o preimpregnato, devono essere avvolte intorno al sacco seguendo uno schema predefinito che tenga conto del risultato finale desiderato, considerando che durante l’applicazione della sovrapressione il laminato scorrerà sul sacco nel suo avvicinarsi verso le pareti dello stampo. Esse vanno dapprima tagliate nella dimensione desiderata per poi essere avvolte e sovrapposte con un angolo calcolato tenendo conto della successiva espansione.

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Compattazione

I

n questa fase occorre chiudere lo stampo mediante tappi forati rispettivamente per la connessione al compressore e l’introduzione di un manometro. La pressurizzazione del sacco consentirà lo schiacciamento del laminato contro la parete interna dello stampo. È evidente che questa è la fase critica dell’intero ciclo di fabbricazione poiché è in questa fase che il materiale avvolto sul sacco viene spinto dalla pressione interna e svolgendosi si muove all’interno dello stampo arrivando infine a fermarsi quando incontra le sue pareti. La configurazione finale deve tener conto che, quando un primo punto del materiale è in contatto con lo stampo, non potrà subire ulteriori movimenti e quindi solo il resto degli strati avvolti potrà subire ancora svolgimenti. Pertanto la distribuzione iniziale degli strati deve essere accuratamente prevista e calcolata, eventualmente effettuando prove iniziali, al fine di ottenere i migliori risultati sulla configurazione finale del materiale. Da quanto detto si evince che la struttura facilmente formabile mediante sacco in pressione è una struttura cilindrica uniforme, in cui tutto il materiale da svolgere raggiunge contemporaneamente la superficie dello stampo. Invece, in tutti i casi in cui le distanze che gli strati devono percorrere non sono uniformi si presentano i fenomeni descritti con diversi momenti di raggiungimento dello stampo stesso.

Polimerizzazione

D

opo la compattazione si usa lasciare il recipiente in leggera sovrapressione durante la fase di polime-

la tecnologia 66

rizzazione che avviene in forni esterni alla temperatura funzione del materiale adoperato. Per lasciare che il materiale completi il suo processo di polimerizzazione in ambiente controllato, talvolta, si usa anche togliere lo stampo e lasciare solo il componente parzialmente polimerizzato accelerando l’intero ciclo di produzione.

Caratteristiche conclusive della tecnologia del sacco in pressione

C

on riferimento ai due parametri distintivi qualitativamente della tipologia delle caratteristiche delle diverse tecnologie, cioè gli aspetti relativi alle proprietà del materiale ottenibile e gli aspetti relativi alla ripetibilità del processo di produzione, è facile fare le seguenti considerazioni nel caso di uso del sacco in pressione. Le caratteristiche meccaniche del materiale composito ottenibile mediante tecnologie basate sull’uso del sacco in pressione sono funzione principalmente della forma del pezzo da realizzare. Nel caso di geometrie semplici, come strutture tubolari, è possibile prevedere che il materiale si svolga esattamente come previsto e come dettato dalle analisi di svolgimento, con ciò, soprattutto nel caso di uso di preimpregnati, realizzando un materiale perfetto e di caratteristiche vicine ai valori teorici possibili, e naturalmente funzione del formato adoperato che può variare dal mat al tessuto di varie forme. Nel caso invece di forme complesse solo una attenta sperimentazione potrà fornire materiali finali esenti da


difetti e quindi con proprietà non inferiori alle teoriche ottenibili. La possibilità di automazione della tecnologia nella fase di preparazione degli strati da compattare con il sacco in pressione, realizzando, per esempio, semplici preforme, implica una limitata attività dell’operatore durante le diverse fasi del processo. A ciò segue che la produzione di componenti in tempi successivi, o da parte di operatori diversi come succede normalmente nei reparti industriali di produzione, sarà in tutti i casi ripetitiva e pertanto l’affidabilità del processo nel suo insieme non potrà che essere soddisfacentemente assicurata.

Tecnologie per materiali compositi a matrice termoplastica

I

compositi a matrice di polimero termoindurente durante il ciclo di cura sono soggetti a trasformazioni chimiche che generano legami indissolubili e irreversibili a livello molecolare. Una volta formati, i compositi termoindurenti risultano permanentemente rigidi e, se sottoposti a elevato riscaldamento, degraderebbero totalmente. I compositi a matrice termoplastica, invece, si distinguono per la possibilità di essere formati apportando calore, ovvero raggiungendo la temperatura di transizione vetrosa della fase amorfa o la temperatura di fusione della fase cristallina della matrice appunto di natura termoplastica. I cicli di formatura, in teoria, possono essere ripetuti infinite volte, nella pratica solo un numero limitato di volte a causa del danneggiamento del polimero. I compositi termoindurenti presentano una buona resistenza all’abrasione e ottima stabilità termica rispetto ai termo-

plastici, che hanno, tipicamente, migliori proprietà a flessione e all’impatto. I materiali compositi, in generale, soffrono di una cattiva adesione fibra-matrice, a cui si aggiunge, prendendo in considerazione i soli termoplastici, l°alta viscosità della matrice. Questa si traduce nella richiesta di elevate temperature per la fabbricazione del laminato e talvolta in problemi sia di allineamento del rinforzo sia di produzione di porosità durante il riconsolidamento del composito. I vantaggi strategici dei compositi termoplastici rispetto ai termoindurenti risiedono nei costi legati allo stoccaggio e alla fabbricazione. Il composito termoplastico, infatti, può essere stoccato a temperatura ambiente, non richiedendo ambienti refrigerati e pertanto dispendiosi. Inoltre, la cura di un composito a matrice termoindurente non risulta sempre un processo semplice e, pertanto, richiede alti costi legati alla qualità.. I fornitori delle resine termoplastiche, invece, provvedono ad assicurare la chimica del prodotto con strette tolleranze, fornendo quindi precise indicazioni sul ciclo di cura affinché alla fine del processo il composito termoplastico risulti chimicamente immutato. I costi legati agli errori o agli scarti, derivanti dal processo di fabbricazione di un composito a matrice termoplastica, risultano meno onerosi dei rispettivi costi sopportati dai compositi termoindurenti.

Fibre e matrici

I

nizialmente le tipiche matrici utilizzate per realizzare materiali compositi so no state le resine poliestersulfone (PES) e polieterimide (PEI). Data l”importanza della resistenza chimica,

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soprattutto in ambito aerospaziale, in seguito sono state introdotte resine semicristalline come il polieterchetone (PEEK) e il polifenilensulfide (PPS). Inoltre, sono attualmente oggetto di studio anche i polimeri utilizzati a basse temperature, quali PA e PBT/ PET. Per i compositi a matrice termoplastica sono utilizzati i comuni rinforzi di formato monodirezionale e tessuti di tipi diversi. Per utilizzi più pregiati, le fibre utilizzate sono in carbonio, aramidiche (Kevlar-49, Twaron) e in vetro. Di seguito verranno illustrati vari processi di preparazione del composito, dove per preparazione si intende il processo dell’unione tra fibre e matrice da utilizzare poi per la fabbricazione vera e propria del pezzo finale, fase di consolidamento del composito. Preparazione del composito Analizziamo di seguito le diverse fasi di lavorazione per la preparazione del composito.

Impregnazione per soluzione

U

na tecnica comunemente utilizzata è l’impregnazione della resina per soluzione nei fasci di fibre. La matrice è opportunamente preparata in soluzione, mentre i fasci di fibre secchi sono fatti passare nel bagno i quali, una volta impregnati, sono rimossi dalla soluzione e il solvente è fatto evaporare. Il prodotto di tale processo è un semipreg sotto forma di fogli, in seguito arrangiati secondo la sequenza di laminazione desiderata per quel prodotto preparato, e quindi consolidata in pressa calda.

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Impregnazione e pultrusione con polvere

L

e tecniche di impregnazione e pultrusione del rinforzo in polveri di matrice consentono di fabbricare preimpregnati. La matrice è ridotta in particolato sottile, con diametro minore dell’ordine dei 5 micron, che ricoprirà il rinforzo. Il prodotto risulta secco e il processo di impregnazione avverrà in seguito mediante una pressa a piani caldi. La pultrusione opera in modo analogo, i fili di fibre vengono spinti attraverso le resina polverizzata e poi formata e scaldata in uno stampo. I fili pultrusi vengono poi sistemati in forma di fogli e di seguito consolidati mediante una pressa a piani caldi.

Film Stacking

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l rinforzo viene arrangiato in forma di lamina piana che costituisce una sorta di anima per la struttura sandwich le cui facce sono costituite da fogli sottili (qualche micron in spessore) di resina termoplastica. Anche in questo caso il prodotto risulta essere secco e il vero processo d’impregnazione avverrà in seguito applicando un’opportuna pressione e temperatura. La struttura sandwich in tal modo ottenuta viene stoccati in rulli, presentando ottima flessibilità. Solo il primo dei tre processi illustrati ha come risultato un prodotto già impregnato, mentre per i restanti due processi il rinforzo risulta essere comunque secco e pertanto necessita di un succes-


sivo step di consolidamento. Tale fase avviene apportando calore e applicando pressione per una certa quantità di tempo. I parametri tempo-temperatura e pressione devono essere opportunamente settati per consentire una buona qualità del composito finale. Fabbricazione finale di componenti La scelta del processo di fabbricazione di un componente in composito con matrice termoplastica dipende dalla forma finale del componente da realizzare. Forme complesse, con forti curvature per esempio, esigono di partire dal materiale preparato preimpregnato e, pertanto, anche il ciclo di formatura risulterà più complesso, in termini sia di tempo sia di costi. Per la realizzazione di forme semplici, invece, si può partire da laminati già consolidati, la cui formatura richiede l’applicazione di una pressione nominale a caldo per pochi secondi. Le linee guida generali per la formatura di un composito termoplastico prevedono di scaldare il laminato di partenza, preparato o consolidato, al di sopra della temperatura di fusione, propria della matrice, al fine di garantire una buona fluidità della stessa; al riscaldamento segue la formatura e il contemporaneo raffreddamento del composito. Con i polimeri semicristallini, la velocità di raffreddamento deve essere attentamente controllata al fine di ottenere la corretta morfologia del polimero, da cui dipendono le proprietà fisiche quali rigidezza e resistenza chimica.

ldroformatura

L’

idroformatura prevede la fabbricazione del pezzo grazie alla pressione esercitata da un liquido mediante una membrane pesante. Una preforma di materiale composito termoplastico, detto blank, viene adagiata su uno stampo preriscaldato, atto a riscaldare il composito fino alla temperatura di fusione della resina. La preforma è chiusa sullo stampo da una membrana, mediante cui un liquido in pressione esercita la forza necessaria affinché il blank riempia adeguatamente lo stampo.

Diaphragm Forming

I

l diaphragm forming è un processo atto alla realizzazione di componenti di forma complessa. La preconsolidazione del laminato di partenza non è necessaria, così il materiale di partenza può consistere in diversi fogli di preimpregnato, sistemati concordemente alla sequenza di laminazione desiderata. Il preimpregnato è posizionato tra due membrane, dette diaframmi, di alluminio o di film di poliammide. I diaframmi sono vincolati in uno stampo e tra i due fogli viene applicato il vuoto. Lo stampo così attrezzato è posto in autoclave e scaldato fino a temperatura di progetto. Il ciclo termico è imposto mediante l’autoclave, opportunamente tarata, mentre la pressione è imposta praticando il vuoto nello stampo oppure applicando una pressione idrostatica fuori dello stampo. I tempi ciclo, dell’ordine di 100 minuti, e l’intervento dell’autoclave rendono il diaphragm forming una processo altamente costoso.

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Stampaggio tra stampi

L

o stampaggio tra stampi (matched die press ƒorming) consiste nello stampaggio del composito tra stampo e controstampo metallici. Questi devono essere realizzati con tolleranze strette affinché la consolidazione del laminato sia uniforme e risulta, pertanto, un processo consigliabile per grandi produzioni. Entrambi gli stampi devono essere regolati termicamente per imporre dapprima il riscaldamento del blank e quindi il raffreddamento. Il processo è molto rapido e risulta economico solo se i costi della realizzazione degli stampi possono essere spalmati su un’ampia quantità di pezzi prodotti.

Rubber Forming

I

l rubber forming è una variante del matched die press forming, in quanto il controstampo è realizzato in gomma siliconica. Ciò permette non solo di applicare la pressione più uniformemente ma anche di lavorare con tolleranze meno strette, riducendo così i costi. Di contro la qualità del prodotto risulta inferiore, poiché la superficie del blank a contatto con lo stampo in gomma risulta rugosa. Il materiale di partenza è sempre un laminato consolidato e vincolato a un carrello, detto blank holder, mediante molle o pinze. Il carrello permette di trasportare il laminato dai pannelli infrarossi, che fungono da elementi riscaldanti, alla stazione di formatura, dove verrà chiuso tra stampo metallico e controstampo siliconico. Il raffreddamento avviene durante la formatura, riscaldando lo stampo me-

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tallico a una temperatura compresa tra i valori di fusione e di transizione vetrosa della matrice. Il ciclo dura pochi minuti e pertanto risulta davvero competitivo rispetto ai processi precedentemente illustrati.

Produzioni in continuo

L

a produzione in continuo di elementi in composito a matrice termoplastica è una delle tecnologie di sviluppo futuro, anche se già attuale, che riunisce in se tutte le caratteristiche peculiari della formatura innovativa con compositi a matrice termoplastica. La possibilità di controllare in automatico tutti i parametri della deposizione come è possibile fare con la tecnologia basata sul tape placement, deposizione di nastri preconsolidati su mandrino di forme anche complesse, con fibre orientate a piacere secondo progetto, dimensioni del pezzo praticamente grandi a piacere, in assenza do autoclave o altri sistemi simili rende il processo estremamente interessante dal punto di vista economico rispetto all’uso di metalli e composito termoindurenti. Il processo prevede di riscaldare il nastro prima del deposito e sottoporlo, in seguito, alla pressione generata da rulli posizionati nella testa di deposizione.


Applicazioni dei compositi

C

ome indicato più volte, i materiali compositi hanno assunto, negli ultimi anni, un’importanza crescente grazie alle loro elevate proprietà fisicomeccaniche che consentono applicazioni strutturali in diversi ambiti. L’Italia eccelle nella produzione di attrezzature, macchinari, strutture di ogni genere e strumenti ad alta tecnologia nei quali si fa largo uso di materiali compositi avanzati. La continua ricerca e l’innovazione tecnologica in questo settore hanno riconosciuto a tali materiali un ruolo di primaria importanza, non solo da un punto di vista tecnologico, poiché essi non sono più sostituibili dai materiali tradizionali, ma anche da un punto di vista commerciale, essendo oggetto di una crescente domanda. Le applicazioni, un tempo riservate ai settori ad alta tecnologia quali quelli aerospaziale, aeronautico e militare, che notoriamente hanno sempre goduto di elevate disponibilità finanziarie, si sono largamente diffuse in altri ambiti e tale diffusione è destinata a coinvolgere anche settori che producono beni di consumo. L’analisi tecnologica dei materiali compositi, in particolare di quelli cosiddetti avanzati, caratterizzati dalle migliori proprietà fisico-meccaniche, consente di evidenziare le ragioni che li rendono idonei ad applicazioni strutturali, con particolare riferimento ad alcuni settori in cui alcune proprietà peculiari dei compositi risultano estremamente interessanti. Per comprendere a pieno il ruolo e l”applicazione dei materiali compositi in una struttura, è necessaria quindi una breve panoramica sulle proprietà

più interessanti di questi materiali, limitandoci ai materiali compositi a matrice polimerica che sono i più comuni nella pratica. Questi materiali usano resina polimerica come matrice e una varietà di fibre come rinforzo (in genere vetro, carbonio, aramidiche).

Criteri di applicazione dei materiali compositi

S

ono molte le proprietà dei compositi che li rendono interessanti se confrontati con i materiali tradizionali, e nel seguito si cercherà di elencarne le principali.

Alta resistenza, rigidezza e basso peso

I

n generale le fibre, che rappresentano il componente cui sono affidati i compiti dipendenti dalle proprietà meccaniche, sono caratterizzate da alti valori di rigidità e di resistenza meccanica. Le proprietà meccaniche finali del materiale composito sono determinate da:

• le proprietà delle fibre; • il rapporto tra fibre e matrice

(frazione in volume di fibre); • la geometria e l’orientazione delle fibre nel composito. I materiali come il vetro, l’aramide e il carbonio (che sono i più utilizzati come fibre nei compositi) hanno una resistenza meccanica estremamente alta; tuttavia, le sole fibre possono presentare soltanto le proprietà di resistenza sulla lunghezza della fibra, come fibre in una corda.

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Le resine come le epossidiche e i poliesteri usate senza rinforzi hanno uso limitato per la fabbricazione di strutture, poiché le loro proprietà meccaniche non sono molto alte se confrontate con i tipici materiali per applicazioni strutturali. Il rapporto tra fibre e matrice (frazione in volume o in peso di fibre) deriva in gran parte dal processo di fabbricazione usato per unire la resina con le fibre ed è influenzato dal tipo resina usato e dalla forma in cui le fibre sono incorporate. Anche la direzione delle fibre in un composito è importante e ciò conduce alle proprietà altamente anisotrope dei compositi, in cui, a differenza dei metalli, le proprietà meccaniche del composito possono essere molto differenti se esaminate in diverse direzioni. Questo implica che è decisivo, nella fase di progetto, comprendere sia l°intensità, sia la direzione dei carichi applicati. Una volta definite correttamente, queste proprietà anisotrope possono es- sere molto convenienti, poiché è possibile ottimizzare il progetto utilizzando il materiale solo laddove è necessario. Per ridurre l’anisotropia è possibile disporre le fibre in direzioni differenti, anche utilizzando dei tessuti. È inoltre importante sottolineare che con i metalli le proprietà dei materiali sono in gran parte determinate dal fornitore del materiale e chi realizza la struttura finita può fare poco per cambiare quelle proprietà ”intrinseche”. Un materiale composito, invece, è formato nello stesso momento in cui si sta realizzando la struttura. Ciò significa che la tecnologia che sta formando la struttura sta scegliendo le proprietà che il materiale composito risultante deve presentare e può determinare le prestazioni della struttura ri-

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sultante come si desidera. Il ridotto peso dei compositi è dovuto alla bassa densità:

• delle fibre; • della resina. I caratteristici rapporti tra resistenza, rigidezza e peso (proprietà specifiche) rendono le strutture in composito ideali per tante applicazioni strutturali. Ciò è particolarmente vero per le applicazioni su strutture in movimento, quali automobili, treni e aerei, perché strutture più leggere in questo tipo di applicazioni giocano un ruolo importante nel rendere i prodotti più efficienti.

Resistenza a rottura e a fatica

I

compositi mostrano generalmente eccellente resistenza a fatica paragonati alla maggior parte dei metalli. Tuttavia, poiché la rottura a fatica tende a derivare dall’accumulazione graduale di piccole aliquote di danno, il comportamento a fatica di un composito sarà influenzato da:

• resistenza al micro-Cracking della resina;

• adesione fra resina e le fibre di rinforzo.

La resistenza di un materiale è solitamente intesa in termini di intensità del carico che può sostenere prima che esso si rompa. Tuttavia, prima che questa resistenza ultima sia raggiunta, il laminato perverrà a un livello di sforzo in cui la resina comincerà a separarsi dalle fibre del rinforzo che non sono allineate rispetto al carico applicato e queste crepe si spargeranno attraverso la resina della


matrice. Questo fenomeno è noto come micro-crazing che conduce poi al micro-cracking, anche se il laminato a questo punto non è completamente rotto, il processo di rottura ha avuto inizio. Di conseguenza è estremamente importante accertarsi che i compositi non raggiungano questo punto sotto i carichi normali di servizio. Per le resine fragili, quali la maggior parte dei poliesteri, questi punti si presentano molto prima della rottura del laminato e quindi limita severamente gli sforzi a cui questo tipo di laminati può essere sottoposto. La resistenza ultima di una struttura composita sollecitata è governata dalla resistenza delle fibre, perciò questi “micro-crack” della resina non riducono immediatamente le proprietà ultime del laminato, e quindi favoriscono una elevata resistenza a fatica del materiale. In un ambiente con presenza di acqua o aria umida, i compositi con micro-crack assorbiranno considerevolmente più acqua rispetto a un composito non fessurato. Questo allora condurrà a un aumento nel peso, all’attacco dell’umidità alla resina e ai prodotti di rivestimento delle fibre, alla perdita di rigidezza e, nel tempo, a un eventuale calo nelle proprietà. ultime. I compositi con matrice in resina epossidica tendono a mostrare un’alta resistenza a fatica se paragonati a quelli con matrice in poliestere o in vinilestere, e questo è uno dei motivi principali del loro uso nel settore aerospaziale.

Resistenza all’impatto

L

a resistenza all’impatto di un materiale composito è in alcuni casi una delle proprietà più importanti da consi-

derare in fase di progettazione, quando i materiali devono assorbire delle forze applicate molto rapidamente. Il progettista deve determinare l’energia delle forze che agiscono con impatto e che il materiale composito, o la struttura, dovranno assorbire nel corso del proprio esercizio e il tipo di impatti che rilasceranno quelle energie, quindi, deve creare un materiale che resista a tali eccedenze di carico oltre ai normali carichi di esercizio. È vero che occorre considerare una molteplicità di avvenimenti durante le fasi di impatto, ma sostanzialmente è importante valutare le modalità con cui avviene la rottura del materiale e i meccanismi coinvolti, questi ultimi sono responsabili dell’assorbimento dell’energia di impatto e quindi della capacità di resistere o meno all’impatto stesso.

Resistenza agli agenti atmosferici e corrosivi

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uesto tipo di resistenza dipende principalmente dalle caratteristiche della matrice o resina in cui sono inglobate le fibre. I compositi realizzati con proprietà anti-corrosive sono largamente impiegati in campo marino, dove la salinità dell’ambiente danneggerebbe i materiali convenzionali. I compositi inoltre offrono una buona resistenza agli acidi, al sale, agli alcali e agli agenti elettrochimici. La resistenza agli agenti chimici è un aspetto importante per qualsiasi sistema composto da resine. Esistono molti tipi di resine utilizzate come matrici nei compositi che presentano buone proprietà legate alla resistenza chimica.

• Vinilesteri: presentano buona rea carbon fair 73


sistenza chimica e sono utilizzati spesso in applicazioni come recipienti di raccolta e condutture. • Epossidiche: presentano solitamente caratteristiche ancora superiori agli altri tipi di resine in termini di resistenza ai danni causati da agenti atmosferici. Un’altra importante proprietà delle resine, utile in particolare in ambito marino, è la possibilità di resistere alle degradazioni dovute alla presenza di acqua. Tutte le resine assorbono l’umidità, aumentando il peso del materiale, ma ciò che più conta è l’effetto che ha l’acqua assorbita sul legame tra fibre e matrice e che causa un graduale e irreversibile peggioramento delle proprietà meccaniche. Sia il poliestere sia il vinilestere tendono a degradare sotto l’effetto dell’acqua a causa della presenza di gruppi idrolizzabili nelle loro strutture molecolari. Il risultato di tutto ciò è che un sottile laminato di poliestere può conservare il 65% della sua resistenza allo scorrimento interlaminare dopo un periodo di immersione in acqua di un anno, mentre un laminato epossidico ne conserverà il circa 90%.

Resistenza al calore e al fuoco

Q

uesta caratteristica è da sempre conosciuta come il punto debole tra le proprietà dei materiali compositi a matrice polimerica. Pur premettendo che ciò sia sostanzialmente vero, occorre ricordare gli enormi progressi fatti negli ultimi sviluppi tecnologici dei polimeri riguardo a una delle caratteristiche di maggiore importanza concreta

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sull’argomento di resistenza al calore dei compositi: cioè l’emissione di fumi pericolosi. Infatti questo aspetto che interessa, anche se non esaustivamente, per gli aspetti di sicurezza. Esistono infatti polimeri con bassa emissività che danno forti garanzie sugli aspetti di sicurezza. Inoltre, è possibile aggiungere alla matrice additivi ignifughi, ma la loro reale efficacia è legata alle proprietà reologiche della resina, in quanto la fase di impregnazione può diventare maggiormente complicata e non sempre permette di elevare la quantità di fibre presenti.

Trasparenza ai raggi X

A

nche se non si tratta di una proprietà frequentemente richiesta, è importante sapere che compositi con fibre di grafite/carbonio sono trasparenti ai raggi X: questo fenomeno è sfruttato in attività radiografiche ortopediche, in cui il materiale adoperato non maschera la struttura ossea sottostante e il decorso della terapia adottata può essere seguito perfettamente senza intralci.

Design flessibile e costi di lavorazione ridotti

G

razie alla loro enorme flessibilità nel campo del design e per la capacità di permettere la tecnica del near net shape (capacità di uscire dallo stampo con alta qualità di finitura) i compositi sono nettamente avvantaggiati rispetto


agli altri materiali. Inoltre, sono adattabili a tutte le situazioni, e hanno la capacità di produrre pezzi finiti senza necessità di lavorazioni aggiuntive. L”esempio storico è lo scafo in fibra di vetro di molte imbarcazioni. La possibilità di includere più parti in un unico pezzo riduce ovviamente i costi di lavorazione anche per forme complesse, che se realizzate con materiali tradizionali richiederebbero una molteplicità di operazioni aggiuntive di assemblaggio.

Settore aeronauticoaerospaziale

L

e prime applicazioni storiche (risalenti intorno agli anni 1960-70) dei compositi avanzati sono state sviluppate in quei settori che più di altri erano interessati a prestazioni più elevate in quanto permettevano maggiori performance commerciali e di mercato all’interno del settore. L’industria aeronautica sia civile sia militare, in particolare, viveva in quegli anni un notevole periodo di espansione e non badava a spese pur di assicurarsi le migliori performance dai propri aerei. Ciò ha infatti costituito il primo banco di prova di utilizzo di materiali compositi che promettevano infatti maggior efficienza nel rapporto proprietà/ peso, assicurando maggior quantità di carico pagante. Le prime applicazioni di quegli anni sono ancora in esercizio dimostrando come la fiducia sia stata in realtà ben riposta. La situazione odierna è inoltre modificata in termini di caratteristiche dei compositi essendo intanto notevolmente aumentate le proprietà dei compositi stessi, mentre le industrie aeronautiche hanno

iniziato a considerare più attentamente gli aspetti economici dei materiali: il rapporto analizzato è divenuto oggi il rapporto proprietà/costo. Passando dalle prime applicazioni degli anni citati alle applicazioni odierne si può seguire lo sviluppo delle applicazioni in aeronautica e confermare come i compositi siano ormai i materiali di maggiore interesse nelle strutture in volo: dalle applicazioni dapprima a elementi non strutturali, poi a elementi semi-strutturali si è passati di recente alle applicazioni all’intera fusoliera di aerei di piccole e grandi dimensioni. Basta pensare che risparmiando un chilogrammo su un aero medio-piccolo come l’Airbus A 320, in un anno si risparmiano circa 300 kg di carburante. Con l’impiego di fibre di carbonio in resina polimerica, si arriva ad una riduzione in peso del 20% rispetto all’alluminio. Le parti di un aeroplano in cui si utilizzano maggiormente i materiali compositi sono: parti di ali e code, fusoliere, antenne, carrelli di atterraggio, sedili pavimenti, pannelli interni, serbatoi, pale di elicottero. In particolare per la realizzazione di pannelli e pavimenti vengono utilizzate strutture sandwich con anima a nido d’ape d’alluminio (Nomex) e pelli in carbonio o Kevlar; per le pelli dell’aereo si impiegano strutture ibride in alluminio e fibre di vetro oppure laminati in fibra di carbonio con resina epossidica. Lo svantaggio maggiore di tali materiali è legato soprattutto agli elevati costi di produzione. Infatti i processi utilizzati per la produzione degli elementi di un aereo sono caratterizzati da bassa automazione e uso di tecniche manuali che richiedono tempi di produzione lunghi ed un elevato impiego di risorse umane. Oltre che per le strutture aeree, sono stati effettuati enormi passi nelle

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Aereo militare Caccia F-117

applicazioni spaziali. In termini di utilizzo di materiali innovativi, le applicazioni aerospaziali rappresentano sicuramente il settore più importante anche rispetto all’industria aeronautica. In questo settore, in molti casi, non è adatto nessun altro tipo di materiale, sia per motivi di peso che di variazioni termiche. La riduzione di peso rappresenta il motivo principale per l’impiego di compositi fibro-rinforzati in molti veicoli. Nello Space Shuttle, ad esempio, il risparmio totale in peso grazie al composito fibro-rinforzato è di 1200 kg. I sistemi a fibra di carbonio sono quei materiali che più spesso vengono associati alle applicazioni aerospaziali. L’elevata rigidezza e l’eccellente stabilità termica su un ampio raggio di temperature li rende ideali in ambiente

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spaziale: molti laminati in resina epossidica rinforzata con fibra di carbonio possono essere progettati per ottenere un coefficiente di espansione termica vicino allo zero. Carenature, bracci di manipolazione, parabole, pannelli solari di allineamento, piattaforme e banchi ottici, complementari per le quali la rigidezza è una caratteristica indispensabile, soltanto negli ultimi anni essi stanno trovando applicazione nelle strutture principali. In passato l’esigenza di combinare rigidezza e resistenza, conducibilità termica ed elettrica ha favorito l’impiego dei metalli. Tuttavia, le richieste per la riduzione dei pesi sono state decisive per lo sviluppo di nuovi materiali e ci sono ad oggi dei satelliti costituiti in predominanza da sotto sistemi di strutture in composito.


Settore nautico

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e ragioni principali richiamate all’inizio di questo capitolo sono tutte estremamente interessanti nel settore della nautica e in quello marino in generale, a partire dai bassi pesi, fino alle caratteristiche di rigidità. e di resistenza all’impatto e agli agenti corrosivi in generale. Ciò ha significato una sviluppo estremamente veloce nel tempo dei compositi inizialmente con uso di fibre di vetro, ultimamente sempre più con uso di fibre di carbonio. Naturalmente le applicazioni più esaltanti e affascinanti si sono avute nei campi in cui le performance risultano maggiormente premianti, come la vela da competizione o nei motoscafi offshore. Tuttavia si incontrano maggiori interessi, negli anni recenti, verso applicazioni di tipo non da diporto estremo ma di lavoro o commerciale o militare. Le tecnologie di fabbricazione di strutture marine ha subito forti variazioni negli ultimi tempi, passando dalle tecnologie essenzialmente manuali, che pure sopravvivono in taluni casi, a tecnologie maggiormente sofisticate ma

che offrono risultati notevolissimi dal punto di vista della qualità dei risultati e della loro ripetibilità, come in particolare le tecniche basate sui vari tipi di infusione, come la tecnica SCRIMP (Secmann Composite Resin Inƒusion Molding Process). Le tecniche di infusione hanno inoltre il grande vantaggio di mantenere il livello di agenti fastidiosi nell’ambiente di lavoro sotto i limiti sempre più ristretti imposti dalle normative europee. Dal punto di vista delle proprietà meccaniche offerte dai compositi si cita il valore elevato dei moduli elastici presentati dai compositi che usano fibre di carbonio, che permette di ridurre i pesi e ottenere quindi proprietà ulteriori non possibili con altri materiali: per esempio, la possibilità di avere altissimo modulo per realizzare l’albero di imbarcazioni da regata permette di diminuire il peso dell’albero stesso, ma soprattutto comporta l’abbassamento del baricentro globale dell’imbarcazione e quindi di presentare minori inclinazioni sotto l’azione del vento e una andatura più sostenuta e migliore governabilità.

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Settore sportivo

L’

Italia eccelle nella produzione di attrezzi e articoli sportivi ad alta tecnologia nei quali si fa largo uso di materiali compositi avanzati. La continua ricerca e l’innovazione tecnologica in questo settore hanno riconosciuto a tali materiali un ruolo di primaria importanza, non solo da un punto di vista tecnologico, poiché essi non sono sostituibili dai materiali tradizionali, ma anche da un punto di vista commerciale, essendo oggetto di una crescente domanda. Le applicazioni, un tempo riservate ai settori ad alta tecnologia quali quelli aerospaziale, aeronautico e militare, che notoriamente fruivano di elevate disponibilità finanziarie, si sono largamente diffuse in altri ambiti e sembra che tale diffusione sia destinata a coinvolgere anche settori che producono beni di consumo. L’analisi tecnologica dei materiali compositi, in particolare di quelli avanzati,

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consente di evidenziare le ragioni che li rendono idonei ad applicazioni strutturali, con particolare riferimento al settore sportivo. Risulta essenziale distinguere all’interno di quest’ultimo le diverse discipline sportive poiché non in tutte si adoperano attrezzi e inoltre non tutti gli attrezzi sportivi sono realizzati necessariamente con materiali compositi. Sicuramente fra gli ambiti in cui non si può prescindere dall’impiego di questi materiali e nei quali ciò diventa rilevante anche dal punto di vista commerciale possiamo annoverare il ciclismo, lo sci, l’automobilismo, il tennis, la pesca sportiva, il golf, il tennis, la canoa, il tiro con l’arco, il wind surf e il ciclismo o altri sport in cui sia necessario poter disporre di attrezzi leggeri e resistenti.

Pesca

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uesto è uno dei campi di applicazione in cui è possibile sfruttare al meglio le peculiarità delle fibre di carbonio (leggerezza, rigidità, alta sen-


sibilità). Le necessità da parte di coloro che praticano questo sport si sposano perfettamente con le proprietà dei compositi, la fibra di carbonio infatti è diventata il materiale maggior utilizzo nel settore ed in particolare nella produzione di canne da pesca ad uso agonistico e dilettantistico. Con la CF infatti si aumenta notevolmente la sensibilità, ovvero la capacità di trasmissione delle sollecitazioni dalla canna alla mano del pescatore, in modo che anche le più tenui vibrazioni sono percepibili.

Tennis

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l tennis è uno sport che comporta forza e resistenza e che richiede grandi quantità di moto. Le racchette che utilizzano fibre di carbonio possono essere di gran lunga più leggere di quelle che utilizzano legno o metallo, si riduce quindi l’onere sul giocatore facilitando la sua performance sportiva. Questo è il motivo per cui i compositi sono diventati popolari e hanno soppiantato drasticamente i consueti materiali. Le racchette risultano inoltre più attraenti per i giocatori anche grazie alla loro vita utile più lunga.

Golf

I

n particolare negli alberi da golf, che risultano molto più leggeri di quelli in metallo, la velocità di rotazione quindi a parità di forza diventa più alta. In principio, gli alberi in carbonio erano utilizzati tra i giocatori senior e donne, data la possibilità di aumentare la distanza di tiro. Ora gli alberi sono comunemente utilizzati dalla maggior parte dei giocatori di golf professionisti e dilettanti.

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Canottaggio

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a velocità è il fattore dominante per le corse di canoa. I compositi, in particolare quelli del carbonio, hanno avuto quindi grandi successi applicativi data la possibilità di ridurre notevolmente il peso degli scafi per ottenere una maggiore velocità a parità di sforzo applicato. Inoltre, le canoe in fibra di carbonio grazie alla loro resistenza meccanica risultano più resistenti e durature, rendendo difficile la rottura e permettendo di affrontare le rapide. L’uso di fibre di carbonio, ha in oltre facilitato ed avvantaggiato i fruitori per la possibilità di un più agevole trasporto.

Le motivazioni sono che l’intorpidimento delle mani quando si colpisce palline possono essere ridotti, la velocità nel colpire la palla è maggiore e la distanza di volo si allunga, inoltre il suono e la sensazione di colpire sono molto simili a quelle delle mazze in legno.

WindSurf

C

Baseball

L’

uso di fibra di carbonio nel baseball ha guadagnato il favore del pubblico amatoriale nella costruzione di mazze.

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osì come per il canottaggio in questa disciplina è essenziale che le strumentazioni siano robuste e leggere in modo da facilitare lo scivolamento in acqua e favorire il controllo del mezzo. In particolare i compositi vengono utilizzati per il boma, che è un tubo di diametro variabile che circonda la vela fissandosi all’albero, e per l’albero, così


da consentire la conduzione e la manovra del windsurf. L’albero viene inoltre rivestito con un materiale poliammidico che non altera le prestazioni dell’albero, non lo appesantisce e lo protegge nel contempo da graffi, fenomeni meccanici di sfregamento e raggi UV. Il rivestimento non modifica in nessun modo l’estetica dell’albero, anzi, la mantiene intatta più a lungo ed è assolutamente invisibile perché polimerizzato con l’albero stesso.

Telaio da bicicletta

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telai di biciclette da corsa sono oggi sottoposti a sofisticati studi della più avanzata ingegneria. Il progettista si trova di fronte ad un’esigenza estremamente facile da capire ma estremamente complicata da assecondare cioè

l’esigenza del ciclista il quale richiede un mezzo in grado di fargli fare maggior velocità in salita, in pianura, in discesa e su ogni tipo di terreno a parità di sforzo e di potenza sviluppata sui pedali, considerando che le competizioni hanno una durata superiore alle 4-5 ore. Si può facilmente comprendere gli obbiettivi progettuali che sono quindi leggerezza, resistenza alle sollecitazioni statiche e dinamiche, confort, reattività, rigidezza nel piano trasversale ed elasticità nel piano longitudinale, tenacità, affidabilità, guidabilità ed estetica. Da ciò si può intendere la difficoltà che può incontrare il progettista nella scelta del materiale e della sua distribuzione nelle tubature del telaio data l’esigenza di integrare caratteristiche opposte le une alle altre. Compito del progettista è trovare il giusto equilibrio tra le caratteristiche in modo da assecondare il più possibile l’esigenza sopraccitata del ciclista professionista.

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Il carbonio appare oggi come l’ultima frontiera, il materiale cioè più recente e che ha ancora le maggiori potenzialità inespresse. Qui sta infatti la netta differenza del carbonio rispetto a tutti gli altri materiali: mentre normalmente si producono tubi di metallo che sono poi saldati insieme, con il carbonio il metodo di realizzazione dei telai è completamente diverso. Non si parte da tubi, ma da “pelli” composte da fibra di carbonio preimpregnata di resina. Si creare poi uno stampo, che può avere le forme più svariate; ecco perché i telai in carbonio hanno geometrie stranissime, frutto, come sempre succede, sia di analisi tecniche e strutturali che di moda e parametri estetici. Anche sotto questo aspetto troviamo una netta differenza rispetto ai materiali classici: orientando opportunamente le fibre, anche a pari spessore del materiale, si ottengono caratteristiche di resistenza, rigidità e elasticità ben diverse. Esistono anche telai realizzati con tubi di carbonio, ma questa soluzione è sempre più rara. Infatti, data la possibilità di realizzare qualunque geometria, non si vede perché ricorrere proprio ai tubi che oltretutto, richiedono di essere uniti tramite giunzioni in metallo incollate che rappresentano un notevole punto debole dell’intera struttura. Un telaio completo in carbonio, contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, ha un peso pari ai migliori telai di acciaio ed alluminio o poco inferiore. Un telaio in carbonio ha come caratteristica di essere più rigido e quindi scattante, ma meno pronto ad ammortizzare le asperità del terreno. È compito del costruttore riuscire, con le giuste dimensioni dei vari tubi, a dare al telaio in carbonio le caratteristiche volute.

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Tessuto Tecnico

L’

incorporazione del carbonio nei tessuti promuove il benessere in vari modi. Le cariche elettriche nell’atmosfera (ad esempio quelle dei telefoni cellulari) possono influire sulla prestazione agendo negativamente sulla contrazione muscolare, fonte di crampi e affaticamento. Le fibre di carbonio assorbono e disperdono le cariche elettriche, evitando che rimangano vicino al corpo. Oltre a proteggere l’atleta da queste interferenze, il carbonio abbassa la concentrazione di acido lattico durante l’attività e migliora la circolazione sanguigna, fornendo ossigeno in maniera più efficiente alle cellule. Il carbonio fa da scudo per il corpo assorbendo l’energia statica, l’elettrosmog e i raggi UV. È naturalmente antibatterico e inibisce lo sviluppo dei batteri che causa-


no il cattivo odore. Le fibre di carbonio aumentano anche la velocità di evaporazione dell’umidità, mantenendo la pelle asciutta e fresca. Oltre a fornire le prestazioni tipiche del carbonio. È altamente traspirante e contribuisce a mantenere la temperatura del corpo costante durante l’attività.

Settore dei trasporti

B

enché possa apparire di difficile interpretazione, il settore dei trasporti non dimostra interesse verso i compositi in tutte le sue applicazioni. Alla luce delle caratteristiche peculiari di questi materiali si possono però facilmente individuare le applicazioni più interessate e quelle meno interessate, considerando in partenza due caratteristiche maggiormente critiche per i compositi: costi di produzione; ritmi produttivi. Come si è visto nel trattare le

tecnologie di fabbricazione, la necessità di passare attraverso la polimerizzazione della matrice rende il processo di fabbricazione in genere lento o almeno velocizzabile con difficoltà. Di conseguenza i ritmi di produzione sono difficilmente paragonabili con quelli produttivi relativi per esempio allo stampaggio di lamiere metalliche, anche se in molti casi alcune tecnologie dei compositi stanno rapidamente evolvendo verso maggiori velocità di produzione. L’aspetto costi, invece, è un argomento da trattare con attenzione in quanto benché sia vero che i costi unitari dei materiali compositi possono essere maggiori di quelli relativi a materiali tradizionali, il computo esatto del costo andrebbe fatto riferendosi all’intero ciclo di vita dell’elemento, includendo costi ritenuti accessori ma che in realtà possono incidere molto sul costo globale come costi di trasporto, manutenzione, riparazioni, montaggi, giunzioni, resistenza ad atti vandalici e resistenza alla corrosione.

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Il discorso cambia drasticamente quando si passa a campi applicativi in settori particolarmente avanzati come vetture sportive e Supercar. In Formula 1 i compositi a fibra di carbonio vengono utilizzati per tutte le strutture, anche per particolari piccoli e non strutturali quali lo sterzo o i condotti di ventilazione dei freni. In questo caso vengono utilizzate le tecnologie aeronautiche. La Ferrari, la Enzo, per esempio, ha il telaio la carrozzeria e altre parti strutturali, in materiale composito a base fibra di carbonio. Ad ogni modo a prescindere da queste applicazioni, le case automobilistiche più importanti prevedono nel prossimo futuro un utilizzo sempre crescente anche delle fibre di carbonio, ciò sarà realizzabile abbattendo i prezzi delle materie prime sfruttando i maggiori volumi di produzione, e utilizzando nuove e migliorate tecnologie. La sostituzione di componenti più leggeri non solo contribuisce al risparmio energetico ma si ripercuote anche nelle dimensioni del sistema frenante, del motore, dei serbatoi di carburante che potranno essere ridotte. Per tutte le ragioni esposte, positive o negative relative ai compositi, i loro utilizzi come dimostrato sono da considerarsi attraenti per il settore trasporti quando le applicazioni richiedono in particolare materiali leggeri con caratteristiche elevate, come nel caso di mezzi di trasporto per lavoro, marini o aerei. È stato più lento lo sviluppo dell’interesse nel settore ferroviario dove il fattore economico è sempre stato predominante, analogamente a quanto accaduto nel settore auto-motive per auto passeggeri di base: anche in questo caso, però, l’uso di materiali interessanti sia come prestazioni meccaniche sia per gli aspetti accessori sta evolvendo verso l’uso più intenso di compositi.

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Settore civile

I

n maniera similare a quanto è accaduto per le applicazioni dei compositi nel trasporto ferroviario, le applicazioni nel settore civile delle costruzioni hanno dovuto attendere molti decenni, a partire dalle loro prime dimostrazioni nel trasporto aereo, prima di suscitare un reale interesse applicativo. Infatti, soltanto negli ultimi anni si è assistito a uno sviluppo molto veloce delle applicazioni in alcuni settori dell’ingegneria e architettura civile di compositi strutturali, cui vengono affidati compiti primari. Mentre i principali ostacoli sono da sempre stati individuati nella bassa resistenza al fuoco e alla alta emissione di fumi in caso di incendio, attualmente il netto miglioramento di questa ultima proprietà, ha decisamente spinto le applicazioni dei compositi verso alcuni tipi di intervento così riassumibili:

• restauro dei monumenti; • riabilitazione di strutture in cemento armato;

• strutture di ponti innovative; • strutture in ambienti corrosivi. L’elenco riportato, non certamente esaustivo, coincide con i settori che mostrano il maggior numero di applicazioni progettate e realizzate con compositi polimerici; i motivi principali che spingono ormai in maniera irreversibile verso questi materiali si possono riassumere in:

• bassi pesi in gioco rispetto agli interventi con materiali tradizionali; • reversibilità degli interventi se necessario; • alta resistenza ad agenti corrosivi per molti tipi di composito;


• bassa invasività degli interventi; • facilità nelle costruzioni modulari e nei trasporti;

• versatilità negli aspetti estetici e di design.

Una caratteristica delle applicazioni nel settore civile, tuttavia, è il limitato sviluppo delle tecnologie di trasformazione e lavorazione che ancora non sono state sviluppate adeguatamente per le necessita specifiche, a causa del breve periodo ad oggi utilizzato per applicazioni distribuite e consolidate, e anche per le indiscutibili difficoltà legate alla condizioni cantieristiche presenti in loco. Un esempio di come il settore civile si stia interessando sempre più ai compositi è rappresentato dagli studi portati avanti da diversi produttori di materiali articolari come per esempio le malte. Un recente studio ha portato alla verifica che l’inserimento di fibre corte all’interno di malte cementizie, dosandone la quantità e il tipo, può procurare notevoli vantaggi nelle proprietà meccaniche, soprattutto al taglio, permettendone l’utilizzo in applicazioni fin’ora impensate. Il risultato è un materiale a matrice cementizia con caratteristiche meccaniche e di resistenza a temperatura elevata, rinforzato con fibre aventi elevate caratteristiche meccaniche, sia informa sciolta, sia in forma composita mediante inglobamento in un’opportuna matrice polimerica, caratterizzate da una geometria e finitura superficiale atte a garantire la migliore aderenza nella matrice cementizia. Il materiale così ottenuto presenta caratteristiche di:

• elevata resistenza alle alte temperature;

• elevata resistenza meccanica; • assenza di microfessurazioni; • elevata resistenza alllossidazione

e in generale agli agenti corrosivi; • rapidità e semplicità di posa in opera; • assenza di componenti tossiche. Inoltre non necessita di manodopera altamente specializzata (si prepara e si posa in opera come un tradizionale cemento evitando errori di posa in opera). Nel campo del restauro di monumenti o strutture in c.a. e di ripristino di funzionalità di opere d’arte, i compositi hanno assunto un ruolo primario per quanto detto in precedenza. I motivi che richiedono interventi sono per la maggior parte dei casi derivanti da:

• • • •

corrosione ambientale; assenza di manutenzione; azioni vandaliche; azioni meccaniche varie;

e in tutti i casi occorre intervenire anche per far sì che la necessità d’intervento non possa reiterarsi, come per esempio nel caso di corrosione ambientale affrontata con materiali tradizionali.

Settore meccanico

L

e possibili applicazioni in campo meccanico dei materiali compositi polimerici sono ovviamente illimitate, e dovunque siano necessarie le caratteristiche di rigidità, leggerezza e resistenza accompagnate dalla possibilità di proporzionare questi parametri secondo le necessità ottimali di progetto nelle diverse direzioni, i compositi si stanno ormai diffondendo in maniera irreversi-

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bile; talché sarebbe forse più opportuno chiedersi dove i compositi non possono essere applicati. Anche in questo caso non è facile dare risposte e occorre riferirsi a poche condizioni principali: i compositi non nascono per tener conto di carichi singolari, cioè concentrati, e dovunque questi siano presenti occorre fare molta attenzione a intagli e a distribuire comunque il carico tra le fibre. Analogamente i compositi non sono particolarmente adatti a sopportare azioni derivanti da carichi superficiali, quali usura e attrito, mentre sono da applicare certamente nei casi che si avvicinano a strutture sollecitate in maniera principalmente monodirezionale. Un esempio di tale applicazione è rappresentato da funi e cavi, il cui materiale può essere inteso come un composito con fibre nude, cioè senza matrice. La sostituzione dei singoli fili metallici in funi ad alta efficienza e basso peso, di enorme interesse nelle strutture di ponti o altre in cui lo stesso peso delle funi è penalizzante, con fili in materiale composito è attualmente possibile, se si tiene conto da un lato delle sollecitazioni complesse del filo e dall’altro della possibilità di avere proprietà specifiche (cioè rapportate al peso) estremamente elevate usando fili in composito, in cui la struttura elicoidale da attribuire, necessariamente, al filo non penalizzi la fune fin dall”inizio, cioè costruendo direttamente i fili con andamento elicoidale come necessario. Un ulteriore esempio di come sia possibile sfruttare pienamente le caratteristiche anisotrope dei compositi è rappresentato dal caso di bombole o recipienti in pressione per l’immagazzinamento di gas. È noto che le sollecitazioni derivanti dalla pressione interna, in questo caso, sono essenzialmente presenti nelle due sole direzioni assiale e tangenziale del

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contenitore, per cui la struttura si presta particolarmente bene alla progettazione con compositi unidirezionali con fibre posizionate in queste due direzioni. Il paragone con bombole in materiale tradizionale mostra vantaggi notevoli in termini sia di peso del contenitore, sia di sicurezza allo scoppio, a causa del modo di rottura del composito. In generale hanno, e avranno, maggiore importanza nel settore della meccanica le applicazioni di compositi per alte e altissime temperature. Le alte potenzialità dei compositi ceramici sono state illustrate e sviluppi recenti confermano l’interesse industriale verso questi materiali.

Giunzione dei compositi

G

li argomenti legati al modo con cui gli elementi in composito possono essere uniti tra loro, ad altri componenti o a strutture metalliche è talmente vasto e importante che occorre necessariamente rimandare a testi dedicati per poter affrontare la progettazione delle giunzioni o collegamenti nel modo più opportuno. In questo paragrafo riportiamo solo alcune osservazioni di base che possano aiutare nella scelta iniziale del tipo di collegamento. La considerazione principale da fare riguarda i meccanismi di funzionamen- to dei compositi; la presenza di fibre immerse in una matrice di materiale diverso indica la disomogeneità del composito a livello microscopico, anche se a livello macroscopico si tende a valutarlo come materiale omogeneo. La disomogeneità comporta la nota diversità di comportamento tra fibre e


matrice a livello locale, con possibilità di incremento di sollecitazioni locali per intaglio. L’azione da trasmettere mediante una giunzione è generalmente il trasferimento del carico applicato tra il primo e il secondo elemento, considerando però che, mentre all’interno del composito si tende ad affidare il carico essenzialmente alle fibre in modo continuo, nella giunzione le fibre sono necessariamente discontinue: la trasmissione deve quindi interessare anche la matrice tramite azioni di taglio. La caratteristica fondamentale dei compositi, cioè la possibilità di orientare le fibre come occorre, si ottiene agendo sul formato del materiale, cioè sul modo con cui le fibre sono sistemate nel composito; pertanto la azioni da trasmettere mediante la giunzione devono necessariamente tener conto del formato delle fibre. Gli effetti locali descritti tendono a produrre effetti indesiderati o non prevedibili facilmente, per cui si deve tendere a distribuire il più possibile tali effetti su ampie aree. Da tale osservazione si deduce che in molti casi giunzioni mediante incollaggio possono risultare preferibili. Notevolissimi progressi raggiunti ultimamente permettono di poter fare affidamento su collanti con ottime prestazioni di taglio. Le giunzioni ottenute mediante incollaggio devono basarsi sulla presenza esclusivamente, nella giunzione, di sforzi di taglio. La presenza, sovente verificata, di presenza di sforzi anche di peeling o normali, non permette di sfruttare correttamente il collante e quindi si rende necessaria la presenza, univoca o in parallelo al collante, di giunzioni

meccaniche di tipi diversi, come chiodi, rivetti e bulloni purché considerino quanto detto relativamente agli effetti di intaglio possibili.

Compositi per applicazioni estetiche

N

egli ultimi decenni i materiali compositi sono stati utilizzati in un numero sempre crescente di applicazioni, sempre in ambito strutturale, e col tempo sono sempre più utilizzati grazie alle loro specifiche proprietà fisiche, chimiche e meccaniche, ormai ben note, quali basso peso specifico, compattezza, stabilità chimica, resistenza e rigidità. La continua ricerca scientifica e tecnica, che per molti anni si è interessata più agli aspetti strutturali dei compositi, sta ora esaminando anche le caratteristiche estetiche di questi materiali. È infatti, anche se da pochi anni, progettisti e disegnatori industriali cominciano a utilizzare i materiali compositi in diverse applicazioni mettendo in mostra non solo le proprietà classiche prima ricordate, ma anche le loro proprietà estetiche al fine di produrre accessori originali e innovativi e realizzare oggetti esclusivi, anche di uso comune, arredamenti, decorazioni d’interni e gioielli. L’uso dei materiali compositi nell’industrial design sembra avere valide ragioni: gli aspetti estetici innovativi, come la possibilità di avere:

• rugosità controllata;vasta gam-

ma di colori usando fibre di vetro; • caratteristiche di riflessione e di trasparenza interessanti usando

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fibre di vetro;

• aspetti di estetica superficiale

modellabili usando fibre di carbonio; • forme facilmente adattabili al design industriale; garantiscono un futuro di sviluppo estetico a questi materiali, dovuto alla larga variabilità intrinseca del materiale derivante dalla possibilità di modificare, entro intervalli di valori piuttosto ampi, i parametri coinvolti nella loro realizzazione quali il tipo di fibra, di resina, di lavorazioni tecnologiche e conseguentemente la possibilità di ottenere i risultati diversi indicati. L’uso dei materiali compositi nell’industrial design sembra avere valide ragioni, visto che gli aspetti estetici innovativi, la possibilità di avere una rugosità controllata e di ottenere una vasta gamma di colori, le caratteristiche di riflessione e di trasparenza sono sicuramente punti di partenza interessanti e incoraggianti per continuare a percorrere questa nuova strada. Altri aspetti essenziali che riguardano questi materiali, grazie ai quali si sta verificando una loro ampia diffusione nelle applicazioni estetiche, sono innanzitutto la tecnologia necessaria al loro ottenimento, che risulta semplice, economica e sempre più avanzata, e che, oltre a giustificare lo spiccato interesse verso i compositi, evidenzia anche le potenzialità che essi hanno in diverse applicazioni, ed, inoltre, la larga variabilità intrinseca del materiale stesso, che deriva dalla possibilità di modificare, entro intervalli di valori piuttosto ampi, i parametri coinvolti nella loro realizzazione, quali il tipo di fibra, di resina, di lavorazioni tecnologiche e conseguentemente la possibilità di ottenere risultati diversi.

la tecnologia 88

Per esempio, la rugosità e il grado di finitura superficiale dipendono fortemente dal formato di fibre utilizzato e dal tipo di lavorazione, le caratteristiche ottiche di riflessione e lucentezza dipendono a loro volta dalla rugosità della superficie, mentre la trasparenza è condizionata dallo spessore del composito, dal colore e dal formato di fibre utilizzato. I materiali più utilizzati in questo campo sono le fibre di vetro e le fibre di carbonio, che si sono imposte rispetto agli altri tipi di fibre grazie a:

• costo relativamente basso, o co-

munque molto inferiore a quello delle fibre di altri materiali; • facile reperibilità sul mercato; • semplicità di uso e trattamento, soprattutto per quel che riguarda le fibre di vetro e i prepreg; • aspetto, costituzione e colori particolarmente adatti all’industrial design. In particolare proprio quest’ultimo punto ha sollecitato la creatività dei designer e dei progettisti, ampliando gli orizzonti di utilizzo dei materiali compositi in fibra di vetro e in fibra di carbonio. Effettuata una generale descrizione dei compositi come macroclasse di materiali e descritte le principali caratteristiche trasversalmente estese a tutte le sue differenti tipologie, è ora possibile passare alla descrizione vera e propria della fibra di carbonio. Addentrandosi con consapevolezza nell’analisi più utile ai fini di una cosciente ed efficace proposta progettuale.


a carbon fair 89


La Fibra di Carbonio

I

l carbonio è l’elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo C e come numero atomico 6. Il carbonio ha configurazione elettronica 1s2 2s2 2p2 e sembrerebbe pertanto divalente.

tizza che i 4 orbitali atomici del carbonio vengano “rimescolati”, o ibridati, per dare 4 orbitali di legame energicamente equivalenti, detti sp3 (in quanto derivanti dal “rimescolamento” di un orbitale s e dei tre orbitali p). Il fenomeno è noto come ibridazione sp3. L’atomo di carbonio appartenendo al quarto gruppo della tavola periodica, possiede quattro elettroni di valenza è dunque capace di formare quattro legami che nella gran parte dei casi sono legami di tipo covalente.Il carbonio non essendo né fortemente elettronegativo

2p 2s

sp3

Ibridazione

1s In realtà, tranne pochissime eccezioni (ad esempio, CO), il carbonio forma sempre 4 legami. Perché possa essere tetravalente, devono essere coinvolti tutti gli elettroni dello strato esterno: 2s2 e 2p2. Con poca spesa di energia (fra l’altro compensata dalla possibilità di formare 4 legami covalenti anziché 2 soltanto) il carbonio può disaccoppiare gli elettroni dell’orbitale 2s e promuovere uno di essi nell’orbitale vuoto 2ps, assumendo una configurazione elettronica di tipo: 1s2 2s1 2p3. In questo modo, i 4 legami del carbonio non sarebbero tutti equivalenti, essendo formati da orbitali atomici di diversa energia. Per spiegare questa osservazione si ipo-

1s né fortemente elettropositivo, non può che formare con gli altri atomi legami covalenti. Il carbonio ha tre forme allotropiche standard piu una forma allotropica esotica:

• diamante (ibridizzazione sp3, il mi-

nerale più duro che si conosca) ha un comportamento essenzialmente isotropo ossia, con caratteristiche meccaniche identiche in tutte le direzioni

• grafite (ibridizzazione sp2,una delle sostanze più soffici) ha un comportamento fortemente anisotro-

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po, possiede una grande resistenza meccanica (soprattutto a trazione) nel piano in cui si sviluppano i cristalli, mentre risulta estremamente debole se sottoposta a trazione in direzione ortogonale e tale piano dal momento che i vari piani cristallini sono legati tra loro solo da deboli legami di Van del Waals

• fullerite (fullereni, ibridizzazione sp2, molecole di scala nanometrica, cave con superficie grafitica).

Fabbricazione

L

e fibre di carbonio e grafite vengono prodotte a partire da precursori, tipicamente polimerici, che vengono sottoposti a processo di pirolisi e conversione parziale (fibre di carbonio) o totale (fibre di grafite) in carbonio. I materiali precursori sono costituiti principalmente da fibre di poliacrilonitrile (PAN), o pece (pitch) ottenuta nei processi di distillazione del petrolio. In funzione del materiale precursore si parla di fibre ex-PAN e ex-pitch.

Fibre di Carbonio ex-PAN

I

l poliacrilonitrile è un polimero atattico lineare, contenente un grosso numero di gruppi laterali nitrati polari. A causa di questa natura polare, il PAN ha una temperatura di transizione vetrosa di circa 120°C e tende a decomporsi prima di fondere. Di conseguenza deve essere prodotto attraverso l’utilizzo di solventi altamente polari.

la tecnologia 92

In realtà, il PAN puro viene usato raramente per la produzione di fibre; solitamente il PAN commerciale contiene dal 6 al 9% di altri monomeri che ne abbassano la temperatura di transizione vetrosa e influenzano la reattività della struttura polimerica.

Produzione di precursori PAN

L

e fibre di carbonio ex-PAN vengono quasi sempre prodotte attraverso il metodo del wet spinning (con solventi). La soluzione utilizzata è composta per il 10-30% di PAN dissolto in un solvente polare. Questa soluzione viene filtrata ed estrusa attraverso una filiera in un bagno di coagulazione. I parametri che controllano la velocità delle fibre nel bagno di coagulazione sono:

• concentrazione della soluzione; • concentrazione del bagno di coagulazione;

• temperatura del bagno; velocità di estrusione.

Il trasferimento di massa all’interfaccia fibra-liquido è relativamente lento a causa dell’alta concentrazione del solvente nel bagno di coagulazione e quindi il solvente può diffondere radialmente all’interno della fibra più velocemente di quanto possa diffondere allontanandosi dalla superficie della fibra. Di conseguenza, la concentrazione di solvente risulta uniforme attraverso la sezione della fibra durante la solidificazione. Inoltre, la fibra si ritira uniformemente in direzione radiale conferendo la caratteristica forma circolare della sezione delle fibre estruse ex-PAN.


Stabilizzazione delle fibre

Quando la soluzione di poliacrilonitrile viene forzata attraverso la filiera, la struttura polimerica, mentre solidifica, tende ad orientarsi parallelamente alla direzione del flusso. Infatti, è stato verificato che l’utilizzo di PAN in solvente contribuisce a sciogliere i legami del polimero durante la solidificazione incoraggiandone l’orientazione. Prima dell’arrivo alla filiera, le lamelle di soluzione sono unite e tenute assieme da un network tridimensionale mentre durante l’estrusione l’orientazione viene incoraggiata dallo stiramento delle molecole. Proprio questo step diventa essenziale per la produzione di una fibra con resistenza e modulo adeguati sopperendo ad un grado massimo di cristallinità del materiale del 50%. Lo stiramento infatti non riesce ad aumentare la cristallinità ma la sua influenza sulle proprietà meccaniche è limitata all’orientazione delle fibre in direzione del flusso.

C

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a funzione del processo di stabilizzazione è di reticolare la struttura uscente dal bagno di coagulazione in modo che le orientazioni molecolari e delle fibre non vadano perse durante il riscaldamento finale. Le molecole vengono quindi legate insieme e ne viene aumentata la rigidezza intrinseca di legame in modo da eliminare il rischio di rilassamento o di scissione delle catene polimeriche nel trattamento finale. Il processo consiste nel riscaldamento a temperature comprese fra 230°C e 280°C con contemporanea applicazione di una tensione che limiti il rilassamento della struttura. La velocità del processo di stabilizzazione ossidativi è controllata dalla temperatura del forno e dalla tensione applicata. In questa fase il calore rompe il legame trivalente esistente nella cella elementare del polimero tra azoto e carbonio e determina la formazione di una struttura ciclica ad anello chiamata tetraidropiridina.

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Aumentando la temperatura, sempre in gli anelli precedentemente formati diRiscaldamento presenza di aria, fino a 700 째C, avviene il ventano aromatici. C C C C C C C C C C Nprocesso N di ossidazione N NduranteNil qualeN Il processo N Nlibera idrogeno N Nallo stato vengono rotti i legami esistenti tra cargassoso. bonio e idrogeno. Come conseguenza,

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N Una volta N stabilizzate, N Nle fibreNvengono N portate a 1000/1500째C in atmosfera inerte. Durante questa fase, la maggior Nparte degli N elementi N non Ncarboniosi N nel-N

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laN fibra vengono volatilizzati N N N sotto forma di metano, idrogeno, acqua, monossido di carbonio, biossido di carbonio, ammoniaca N e altri N gas. N N

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N NN NN NN NN NN N N N NN laNtemperatura, N Aumentando sosa a seguito della progressiva fusione sempre in assenza di aria, fino a valori di laterale dei polimeri a nastro per realizcirca 1300 °C, gli atomi di azoto vengozare nastri sempre più larghi. no gradualmente espulsi in forma gas-

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Come risultato, si ottiene il ritiro della fibra che diminuisce in diametro. Inizialmente, la fibra appena formata ha un diametro di 35μm, viene poi stirate fino al diametro di 10,5μm mentre il ritiro durante la carbonizzazione porta il diametro fino a 7 μm. Il diametro limitato delle fibre ex-PAN è quindi conseguenza dell’alta perdita di peso della fibra durante il processing.

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PAN controllo tensione

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ricircolo controllo Ossidazio ne tensione N2 scarico

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Struttura delle Fibre ex-PAN

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ecenti studi hanno dimostrato che la struttura delle fibre di carbonio exPAN risulta analoga alla struttura delle fibre di precursore e che l’ampiezza delle ondulazioni della struttura fibrosa è più alta al centro e minore in corrispondenza della superficie della fibra. Ciò indica che il modulo elastico non è uniforme ma varia attraverso la sezione trasversale. Ulteriori studi al TEM (Transmission Electron Microscopy) hanno dimostrato l’esistenza di vuoti aghiformi tra i cristalliti in corrispondenza della superficie esterna della fibra e che inoltre, in questa regione, i piani di ciascuno strato sono paralleli alla superficie. Al contrario, nel cuore della fibra, gli strati sono significativamente piegati, a volte anche con angoli di 180°.

A

B

Misoriented crystallite linking two cristallites parallel to fiber axis

Tensile stress causes basal plane rupture in Longitudinal direction

A

B

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Misoriented crystallite linking two cristallites parallel to fiber axis

Tensile stress causes basal plane rupture in Longitudinal direction

Catastrophic failure occours Crystallite size > critical flaw size

Anche se l’orientamento degli strati tende ad essere parallelo all’asse della fibra, gli strati non risultano allineati ma, talvolta, i cristalliti presentano una grossa disorientazione(fig.9a). Applicando una tensione parallelamente all’asse della fibra, i cristallini si allineano fino a che non compare una discontinuità nella struttura(fig.9b). Se la tensione applicata è sufficiente, il cristallita subisce A frattura A e rilassaBlo sforzo all’interBC una Misoriented crystallite linking Tensile stress causes basal Catastrophic failure occours two cristallites parallel to fiber axis plane rupture in Tensile Crystallite size > criticalbasal flaw size no della fibra(fig.9c). Misoriented crystallite linking stress causes Longitudinal direction two cristallites parallel to fiber axis

plane rupture in Longitudinal direction

C Catastrophic failure occours Crystallite size > critical flaw size

a carbon fair la tecnologia

97

Catastro Crystallite


Proprietà

Basso modulo

Basso modulo

Modulo altissimo

Modulo di trazione, GPa

170-240

308 -620

690-965

1900-2750

2410

0.5

0.4-0.27

900

220-130

...

400-1100

-0.9

-1.6

2.0

2.2

99

99

11

10

Resistenza La fibraMPa sia rompe trazione,

nel momento in cui 1380-3100 la grandezza del cristallita fratturato Elongazione raggiunge l’ampiezza critica0.9 del difetto. L’unicaelettrica altra condizione 1300 secondo cui Resistenza laµΩ·h·°cm fibra può rompersi è che i cristalliti Conduzione ... attorno alla discontinuità abbiano una termica, W/m·K lunghezza tale da permettere ad una Coef. dil ... vicini. cricca di propagarsi nei cristalliti termica IlDensità disordine intercristallino1.9 delle fibre ex-PAN risulta essere responsabile della Percentuale 97 di dimaggiore carbonioresistenza a compressione questa classe di fibre. Diametro 11 dei filamenti

Modulo Alto Modulo standard intermedio modulo

Proprietà

Modulo commerciale

Modulo di trazione, GPa

288

220-241

290-297

345-448

Resistenza a trazione, MPa

380

3450-4830

3450-6200

3450-5520

Elongazione

1.6

1.5-2.2

1.3-2.0

0.7-1.0

Resistenza elettrica µΩ·h·°cm

1650

1650

1450

900

Conduzione termica, W/m·K

20

20

20

50-80

Coef. dil termica

-0.4

-0.4

-0.55

-0.75

Densità Percentuale di carbonio

1.8

1.8

1.8

1.9

95

95

95

99

Diametro dei filamenti

6-8

6-8

5-6

5-8

la tecnologia 98


Fibre di carbonio exPitch

I

l precursore di questo tipo di fibre è la mesofase (stato di aggregazione della materia intermedio tra quello liquido e quello solido) derivante dalle pece. Essa possiede una struttura aromatica altamente condensata che conferisce alla fibra un’ottima stabilità termica. Il processo di formazione delle fibre utilizzato è tramite l’utilizzo di solventi che economizzano la produzione. Per questo motivo le fibre ex-pitch hanno a lungo costituito un’alternativa alle ex-PAN proprio per tali vantaggi economici. Ciascuna delle due strutture presenta però i suoi vantaggi e l’economicità del processo di ottenimento delle ex-pitch si è rivelata con il tempo molto relativa.

Produzione della mesofase

I

l precursore in questo caso è un materiale liquido cristallino costituito da idrocarburi aromatici polinucleari. Attraverso una polimerizzazione termica, si produce pece in parte mesofasica e in parte isotropica in modo da ridurre la viscosità e la temperatura di estrusione. Questi precursori sono polimerizzati a partire da petrolio o catrame, composti entrambi altamente aromatici e isotropici, alla temperatura di 400-410°C per un tempo di circa 40 ore. La catrame da’ vita ad un prodotto mesofasico altamente aromatico mentre dal petrolio si ottiene una struttura più aperta ed un maggior contenuto di catene alifatiche.

Produzione delle fibre di mesofase ex-Pitch

L

a pece mesofasica rammollisce e scorre molto sotto la temperatura di degradazione e quindi può essere facilmente estrusa in forma di fibre. All’uscita del filtro, il precursore passa attraverso un piatto con numerosi fori e viene successivamente temprato dall’atmosfera circostante formando fibre solide. Questo processo è molto sensibile a piccoli cambiamenti nelle condizioni. La fibra appena estrusa possiede una resistenza a trazione pari al 20% di quella della fibra finale; ne risulta una notevole fragilità della pece mesofasica così come estrusa e una forte dipendenza della resistenza a trazione dai parametri di processo. Durante la formazione delle fibre, poiché la viscosità è altamente dipendente dalla temperatura, le fibre si raffreddano molto velocemente; a 2 cm dall’uscita dalla filiera si trovano già 100°C sotto la loro temperatura di transizione vetrosa. Possono quindi rompersi facilmente durante la lavorazione e risultano difficili da maneggiare prima della carbonizzazione.

Stabilizzazione

L

a pece mesofasica è un materiale termoplastico e, di conseguenza, appena estrusa, deve essere stabilizzata per evitare rilassamento nel trattamento termico finale. La stabilizzazione ossidativa è impiegata per reticolare le fibre e coinvolge pro-

a carbon fair 99


cessi di reazione chimica e diffusione. Durante la stabilizzazione, non si applica alcuna tensione perché le fibre sono già altamente orientate. Il range di temperatura di esposizione è compreso fra 230°C e 280°C. La velocità di stabilizzazione ossidativa dipende dai seguenti parametri: temperatura; concentrazione di idrogeno; struttura chimica delle molecole mesofasiche. Durante la prima fase della stabilizzazione, le fibre guadagnano peso attraverso la formazione di chetoni, aldeidi e acidi carbossilici. Al contrario, vengono espulse molecole d’acqua. A temperature più alte viene prodotta anidride carbonica e la fibra inizia a perdere peso. Lo scopo del trattamento è comunque sempre quello di reticolare le fibre cercando di minimizzare la perdita di elementi carboniosi. La fibra viene portata a 1500°C-3000°C in atmosfera inerte in modo da eliminare gli elementi non carboniosi che vengono volatilizzati sottoforma di metano, idrogeno, acqua, ossido e biossido di carbonio e altri gas. La perdita di massa è inferiore rispetto a quanto accade per le fibre ex-PAN e quindi per ottenere una fibra di 10 μm basta estrudere una fibra del diametro di 12 μm. Minore è il diametro da estrudere, maggiore sarà però il costo del processo. L’aumento della temperatura di trattamento finale migliora il grado di orientazione preferenziale all’interno della fibra e quindi il modulo delle fibre expitch. Risulta inoltre determinante per la variazione di molte altre proprietà.

la tecnologia 100

Struttura delle fibre ex-Pitch

I

l trattamento con solventi per fibre mesofasiche riesce a sviluppare moduli significativamente alti. Ciò costituisce una conseguenza della microstruttura della sezione trasversale e della orientazione molecolare lungo l’asse del precursore liquido-cristallino. Se non incombe alcun processo di rilassamento durante il trattamento termico, la carbonizzazione tende a perfezionare la microstruttura trasversale e l’orientazione assiale. Tipicamente, la microstruttura trasversale è radiale o stratificata e i piani degli strati tendono ad allinearsi parallelamente all’asse della fibra. Questo tipo di strutture rende le fibre ex-pitch più sensibili ai difetti delle exPAN ma conferisce comunque a queste fibre proprietà maggiori di modulo elastico.


Proprietà

Basso modulo

Basso modulo

Modulo altissimo

Modulo di trazione, GPa

170-240

308 -620

690-965

Resistenza a trazione, MPa

1380-3100

1900-2750

2410

Elongazione

0.9

0.5

0.4-0.27

Resistenza elettrica µΩ·h·°cm

1300

900

220-130

Conduzione termica, W/m·K

...

...

400-1100

Coef. dil termica

...

-0.9

-1.6

Densità

1.9

2.0

2.2

Percentuale di carbonio

97

99

99

Diametro dei filamenti

11

11

10

Modulo Alto Modulo standard intermedio modulo

Proprietà

Modulo commerciale

Modulo di trazione, GPa

288

220-241

290-297

345-448

Resistenza a trazione, MPa

380

3450-4830

3450-6200

3450-5520

Elongazione

1.6

1.5-2.2

1.3-2.0

0.7-1.0

Resistenza elettrica µΩ·h·°cm

1650

1650

1450

900

Conduzione termica, W/m·K

20

20

20

50-80

Coef. dil termica

-0.4

-0.4

-0.55

-0.75

Densità Percentuale di carbonio

1.8

1.8

1.8

1.9

95

95

95

99

Diametro dei filamenti

6-8

6-8

5-6

5-8

a carbon fair 101


Capitolo 3

Lâ&#x20AC;&#x2122;azienda

a carbon fair 103


Identità ed immagine del committente

L’identità visiva è differenza, nel senso che assicura il riconoscimento e la buona riuscita dell’azienda e che esprime la sua specificità. D’altra parte l’identità visiva è la permanenza in quanto rende conto del perdurare dei valori industriali, economici e sociali dell’azienda. Il permanere non deve essere considerato in questo caso come una semplice ripetizione ma come un divenire con una sua logica e con una successione orientata. (…) l’identità si concepisce o si apprezza secondo i due assi del “sistema” (l’asse paradigmatico) e del processo (l’asse sintagmatico). Tale doppia dimensione si ritrova del resto implicitamente nelle richieste che le aziende rivolgono agli uffici di design (Floch 1995:60)

P

artendo dalla definizione di identità visiva fornita da Floch, dobbiamo procedere ora individuando e analizzando manifestazioni della marca per risalire ai “sistemi” che le regolano e quindi ai valori di base dell’enunciazione fondamentale. Dobbiamo pertanto identificare le manifestazioni da prendere in esame e dovranno essere di tipologie anche molto differenti, dalla semplice manifestazione del logo, all’analisi dei prodotti, al sito web e a tutte le maggiori espressioni. Questo produrrà il più ampio spettro sensibile da cui commutarne i valori. Manifestazioni da esaminare della brand identity:

• Logo • Grafiche • Web • Prodotti

• Spazi espositivi

l’azienda 104


Il logo Fig.1

I

l logo Reglass presenta le sue “invarianti plastiche”, per dirla come Floch (Cfr. 1995) o il suo livello dei “discorsi” per dirla con Semprini (Cfr. 2005), in maniera molto vivida e diretta.(Fig. 1) Esso infatti è una composizione rapida ed efficace del nome “Reglass” rappresentato da un carattere tipografico senza grazie, dal profilo netto di un parallelogramma. Tutte le lettere sono di geometrizzazione costante, costruite su una griglia a moduli parallelogrammici, equispesse ed equidistanti tra loro a scandire un ritmo regolare. Il logo si sviluppa da sinistra a destra ed ha una estensione prevalentemente orizzontale. Gli estremi delle lettere “G” ed “L” sono prolungati fino al limite estremo dell’area che circoscrive il logo. Questi tre elementi formano due linee tensive che attraversano la composizione. La prima linea, quella formata dalla estremità inferiore della lettera “G” e dal segmento orizzontale della lettera “L” forma una vera e propria base al logo. Questa sorta di base, per le sue proporzioni estremamente allungate ha le caratteristiche formali di continuità e regolarità di una barra o di un tubo. Questa barra di base, inoltre conferisce una sorta di effetto anisotropico orizzontale al logo. Effetto spezzato solo dalla presenza dell’elemento verticale al centro della composizione. La seconda linea, quella che attraversa la scritta nella sua metà verticale, formata

dal segmento verticale della lettera “L”, crea un effetto di “sfondamento” oltrepassando in altezza tutte le altre lettere livellate alla stessa quota. Questo sfondamento verticale, oltre che alleggerire visivamente la composizione, la slancia e la fa avanzare grazie all’inclinazione sempre della griglia parallelogrammica. La struttura del carattere quindi delinea una presenza scandita, ritmata, chiara, delimitata da contorni chiusi e presenta tutte le qualità plastiche dello stilema indicato come “classico”1. Il colore, un rosso vermiglio, è presente uniformemente in tutte le parti del logo. Questo è un rosso molto acceso, caldo e brillante, che stimola, come il “rosso Ferrari”, il livello percettivo viscerale2. Da questo ne desumiamo che le invarianti plastiche del logo sono:

• Struttura: configurazione comples-

sa, ripetizione, linee tensive contrapposte, prima-dopo. • Colore: monocromatico, caldo. • Forme: spessori uniformi, linee dritte, struttura a parallelogrammo. Abbiamo fin qui tentato di identificare i tratti visivi invarianti del logo Reglass, che consideriamo segni. Così facendo, non abbiamo tuttavia definito questi tratti come significanti di tali segni. Queste invarianti plastiche del logo però, non potranno essere analizzate prescindendo dall’analisi del “messaggio” complessivo di tutti i “discorsi” della Reglass. Solo mediante la prova di commutazione tra tutte le invarianti di espressione e le unità semantiche che ne costituiscono i contenuti si potrà stabilire l’esatta qualità del rapporto tra sinificanti e significati. Possiamo tuttavia annotare quali sono i valori che possiamo desu1 2

FLOCH, 1995 Cfr. NORMAN, 1990.

a carbon fair 105


mere dalla sola manifestazione logo. Sulla base dei significanti si può segnalare che il messaggio che viene trasmesso è di: ◊ ◊ ◊ ◊ ◊

dinamismo; solidità; avanzamento; progressione; prestazione.

Quindi per progredire nella ricerca è necessario passare all’analisi di un corpus più ampio che comprenda messaggi istituzionali e pubblicitari della società.

Grafica del sito web

tore e svuotandolo dei suoi contenuti (testi e foto), e considerando questa “espressione” come puro segno grafico, ne andremo a descrivere la forma della sostanza3, - e le invarianti plastiche di essa - lasciando l’analisi del contenuto (testi e foto) al paragrafo successivo e del “contenuto” (messaggi e valori) alle somme finali. La grafica del sito Reglass presenta i suoi discorsi in modo omogeneo tra le varie pagine, non apportando mai variazioni sostanziali della struttura dei menù, orizzontale sotto l’header e verticale sul lato sinistro, eliminando quest’ultimo solo nel contesto della pagina iniziale, (Fig.2) che si presenta alla sua apertura così:

L

a grafica che andremo ad analizzare sarà quella della struttura del sito web. Considerando il sito un conteni-

Fig.2

l’azienda 106

3 Cfr. sul tema SAUSSURE 1916, HIJELMSLEV 1943, MARSCIANI & ZINNA 1991.


Il sito è scandito da tre elementi orizzontali: il primo dall’alto è il menù, anticipato dal logo sull’estrema sinistra, è un rettangolo basso che si sviluppa in lunghezza. È di colore bianco, le scritte inattive sono nere, e la voce selezionata appare bianca su fondo rosso. La parte centrale è sempre un rettangolo, che questa volta occupa tutta la larghezza della pagina è di colore bianco, e contiene scritte in nero, in rosso e foto. La parte in basso, è costituita da un rettangolo di pari lunghezza rispetto al precedente, ma di altezza leggermente inferiore, è di colore rosso ed al suo interno ha foto e scritte bianche. Come la precedente manifestazione analizzata (quello del logo) questa è caratterizzata dall’alternanza di pieni e vuoti regolari, con contorni chiari e netti, di colore bianco e rosso. Anche la disposizione dei vuoti (bianchi) e dei pieni (rossi) è isomorfa allo schematizzazione del logo. Intuitivamente, un isomorfismo è definito dalle parole del matematico Douglas Hofstadter: La parola isomorfismo si usa quando due strutture complesse possono essere mappate una nell’altra, in modo che per ogni parte di una struttura c’è una parte corrispondente nell’altra struttura, dove corrispondente significa che le due parti giocano ruoli simili nelle loro rispettive strutture. (HOFSTADTER, 1979:49)

riore, sono spiccatamente in prevalenza piene e rosse rispetto alle parti superiori e ne delimitano l’ampiezza massima anche lateralmente. Esse hanno inoltre uno sviluppo sintagmatico, di susseguirsi di elementi, nel verso della loro orizzontalità. Le parti alte sono entrambe accomunate dal fondo vuoto e bianco e da un elemento pieno-rosso-dinamico che arriva a delimitare i relativi sistemi nell’estremità superiore. Questo elemento presenta caratteristiche dinamiche sia nel logo (inclinazione) che nel sito (movimento fisico). Possiamo dunque elencare le invarianti plastiche del sito in: Struttura: configurazione complessa, divisione sopra - sotto Colore: monocromatico caldo Forme: spessori regolari, linee dritte e ortogonali, chiuse Terminata anche la analisi dei tratti invarianti plastici della grafica del sito Reglass, tentiamo ora di procedere con la schematizzazione dei contenuti più significativi di esso, che andremo a dipanare nel prossimo paragrafo.

Questo fenomeno lo possiamo intravedere nella struttura distributiva degli spazi e dei pesi visivi della home page del sito. Alla parte del logo inferiore, quella della sottolineatura rossa, corrisponderebbe la parte medio-bassa della schermata: entrambe le parti infatti chiudono il sistema nell’estremità infe-

a carbon fair 107


Contenuto del sito web

C

ercheremo ora, prendendo in considerazione i contenuti del sito web, di analizzare e ricostruire il tipo di discorso che presenta Reglass per creare la propria immagine. Nella pagina iniziale è presente come primo contenuto, nella zona di massima visibilità, il discorso sui valori di base e sulla storia dell’azienda. Questo discorso narra della fondazione, oltre 100 anni fa, della prima ditta di commercio e riparazione di biciclette. Prima di esso, e in modo più esplicito e diretto, sono manifesti i valori di base 100annisonountraguardoimportante. Un traguardo che la famiglia Pirazzini ha raggiunto giungendo alla terza generazione, grazie al mantenimento costante di principi fondamentali: qualità, affidabilità, assistenza, innovazione. Era il 31 gennaio 1911 quando il signor Paioli Ricciotti fondò la sua prima società, improntata sul commercio e la riparazione di biciclette ed accessori. (www.reglass.it)

In questa prima parte del discorso notiamo la sottolineatura della componente valoriale che muoveva e muove la creazione dei discorsi Reglass nel tempo.

• • • • •

Qualità Affidabilità Assistenza Innovazione Tradizione familiare

Questi sono incorniciati dalla componente temporale che determina un punto di arrivo, un “traguardo importante”, tramite un processo di “mantenimento costante” di essi che ha permesso il rag-

l’azienda 108

giungimento dell’obiettivo, e il racconto quasi mitologico del punto di partenza, il mito di fondazione. Notiamo quindi le invarianti plastiche che strutturano l’enunciazione sono:

• Prima-dopo • Dinamicità costante • Tensione La Reglass quindi vuole porre l’accento sulla continuità con il passato e sul continuo rinnovamento della propria immagine, governato però da una trascendenza valoriale profonda e forte, che conferisce credibilità, competenza e continuità al discorso. Questo di per sé è un elemento molto positivo perché, come spiega Semprini il rinnovamento è fondamentale per combattere l’entropia. Egli infatti sostiene che “una marca si inserisce sempre nel tempo e, in modo particolare, in continuità con il suo passato”. Questo spiega inoltre perché “una marca di prestigio è prima di tutto una marca che sa rendere perenne il suo progetto e perdurare nel tempo”.(Semprini, 2005:86)

Prodotti

I

n questo paragrafo affronteremo tramite una linea temporale il tema dello sviluppo della produzione che la Reglass ha avuto nella sua storia, il tema della sua genesi e del suo ampliamento, cercando anche di inquadrarla tra le ditte a lei strettamente legate storicamente. Cercheremo anche di individuare i moventi e gli obiettivi del loro lavoro, e soprattutto i motivi che spingono al tipo di racconto che propongono.


Storia e produzioni Reglass: 1911: Paioli Ricciotti fonda la prima società di commercio e riparazione di biciclette ed accessori. 1943: Drammatico bombardamento dell’officina. 1954: Dopo la ricostruzione da parte delle figlie, diventano fornitori di aziende di livello eccelso, come MotoGuzzi, Benelli, Garelli e Ducati. 1961: Loredana Paioli decide di differenziare i propri obiettivi, iniziando un percorso produttivo legato prettamente agli articoli sportivi ed alle resine fenoliche. Nacquero così la Paioli Sport e la Reglass. Dall’intuizione verso lo sport della pesca nacque la Maver (Materiali in Vetro Resina). 1975: Reglass dalla metà degli anni settanta inizia prima la sperimentazione, poi la produzione di rulli con la fibra di carbonio. Anni ‘90: Luca Pirazzini, conscio del livello tecnologico che l’azienda ha raggiunto, inizia a differenziare i propri prodotti, proponendo per primo telai in carbonio da bicicletta e successivamente alberi da windsurf. Nasce il brand Maverx, connubio perfetto tra artigianalità e tecnologia. Reglass, che si occupava della realizzazione e lo studio delle parti tubolari per canne da pesca e per i prodotti sportivi in genere ha da sempre basato la sua filosofia aziendale sulla ricerca e sull’innovazione, differenziando in maniera

sempre più decisa il suo campo di intervento: infatti gli anni ‘90 segnano anche l’ingresso di Reglass nella produzione industriale non più solamente legata all’ambito sportivo; cambiano le tecniche di stampa, evolvono le produzioni di prodotti. Nasce la Reglass HT che ha cominciato ad esplorare nuovi campi applicativi. Vengono realizzate boccole antiusura ad elevatissime capacita di carico, prodotti industriali legati alla nautica, come alberi di trasmissione e componenti per winch, prodotti per il mondo dell’automotive di lusso nelle supercar, barre oscillanti e di torsione, fino a giungere ad applicazioni tecnologicamente all’avanguardia quali quelle del settore aerospaziale. La filosofia di ricerca è divisa in 3 linee: • •

ricerca sui nuovi materiali eliminazione dei difetti nel processo • miglioramento e innovazione nel prodotto Ricerca e sperimentazione vengono applicate costantemente. Circa l’8% del fatturato di produzione viene reinvestito in ricerca e sviluppo. Diversi progetti di ricerca in corso o già conclusi da Reglass sono stati riconosciuti meritevoli di finanziamento pubblico e sono stati conclusi con successo. Reglass vanta numerosi brevetti ed è compresa nell’elenco dei Laboratori di ricerca certificati dal MIUR (Ministero dell’Università e della Ricerca Italiano). Sono attivi al momento oltre 20 brevetti nazionali ed internazionali.

a carbon fair 109


Settori applicativi:

• Attrezzature sportive: alberi

da windsurf di alta gamma, canne da pesca high end.

• Tubi e rulli industriali:

per le industrie della stampa, packaging,carta e tissue.

• Alberi di trasmissione: per au-

tomotive, torri di raffreddamento e macchinari.

• Componenti strutturali: per strutture civili ed industriali.

• Parti ed accessori: per nautica da competizione ed auto supersportive.

• Parti ed accessori: per aeronautica ed aerospazio, componenti di satelliti.

• Sport & tempo libero: canne da pesca ed alberi da windsurf.

La storia della famiglia Pirazzini continua ad andare avanti e soprattutto a guardare verso quel futuro che, grazie all’esperienza ed alle capacità imprenditoriali maturate ‘sul campo’ e a quel perfetto mix tra artigianato e tecnologia, sembra sempre così vicino da poterlo toccare con mano. E questi primi 100 anni sembrano solo l’inizio della storia. (www.reglass.it )

Come recita la chiosa della presentazione storica della Reglass, il progetto di mantenimento della marca e del suo sviluppo contro la naturale entropia, rende disponibile la marca stessa verso la ricerca di nuovi territori per nuove manifestazioni, e impegnandosi a li-

l’azienda 110

vello “familiare” pur essendo una Spa, concretizza un legame fiduciario con i clienti in modo aperto, informale e trasparente. Inoltre concretizza in maniera esplicita la caratteristica di un identità produttiva potenzialmente “complessa” (Cfr. Floch, 1995) abbinando al valore industriale di “tecnologia” il lavoro e la cura artigianale che richiede il prodotto mediante determinate lavorazioni. Invarianti plastiche del contenuto del sito:

• • • • •

Passato / presente / futuro Valori persistenti Familiarità Tensione e spinta Competenza

Analizzato così il contenuto del sito, e cercando di districarne le istanze enunciative, possiamo passare al paragrafo successivo, dove andremo a trattare il tema degli spazi espositivi fieristici e commerciali della ditta Reglass.

Spazi espositivi

R

eglass partecipa ormai da molti decenni a importanti fiere nazionali ed internazionali tra diversi settori e tipologie merceologiche. Per questo ha la necessità di preparare ciclicamente numerose esposizioni ed allestimenti. Gli spazi espositivi della ditta Reglass devono essere attrezzati per la funzione pratica della presentazione di materiale (rulli e tubi) e per la funzione rappresentativa di temporary flagship. Questo comporta necessità di comodità, visibilità, trasportabilità, eleganza, accoglienza e fascinazione del cliente.


Gli spazi espositivi che la Reglass occupa all’interno delle fiere di settore, generalmente sono costituiti dagli elementi standard classici delle strutture fieristiche. Lo spazio generalmente non è mai di dimensioni superiori ai 18 m², ed è delimitato da una struttura di divisione degli spazi costituita da montanti e traversi in alluminio con tamponature e dispone di fari alogeni puntati verso il centro dello spazio, fissati sui traversi in alluminio all’altezza media di 2,5 m. Talvolta, su richiesta lo stand può essere dotato di un tavolo della dimensione di 2 m x 1m, di qualche seduta e di un cestino per i rifiuti. La necessità pratica della Reglass è quella di dotare lo spazio, oltre che di tavoli, sedie e sistemi di segnaletica ed identificazione della ditta dall’esterno, di supporti per materiale cartaceo e piccoli campioni, che possono essere identificate nella tipologia di arredo della vetrinetta o della libreria, e di sistemi per sorreggere campioni tubolari di dimensioni più consistenti, come canne da pesca, tubi di varie sezioni e lunghezze e mandrini. Sarebbe anche necessario poter disporre della possibilità di creare spazi semi-isolati, ove appartarsi con i clienti. Partendo dalla situazione attuale di preparazione dello stand fieristico della ditta Reglass, troviamo viva la possibilità di sfruttare il materiale che loro stessi producono, per creare tutti gli oggetti e le attrezzature di cui hanno bisogno. Questo rappresenterebbe un motivo ricerca e approfondimento su un tema, quello dell’arredamento, che la Reglass non ha ancora potuto affrontare, e la possibilità di comunicare in maniera più articolata e completa l’immagine del loro brand e le potenzialità del materiale. Senza l’ob-

bligo di dover progettare e sostenere la nascita di un nuovo ramo di azienda specializzato nella produzione di mobili, e quindi di investire nella produzione, i mobili ipotizziamo che debbano risultare molto facili da costruire. Sfruttando le tecniche e i semilavorati di cui già la ditta ha una produzione avviata e dei quali pertanto dispone. Un altro dei fattori fondamentali da tenere in considerazione, sarà la capacità di queste strutture in fibra di carbonio, di essere assemblate e disassemblate nel modo più semplice e completo. Questo a nostro avviso è un punto centrale della progettazione, perché permette di unire il vantaggio della leggerezza della fibra di carbonio al poco volume di ingombro occupato dal materiale disassemblato nel trasporto.

Conclusioni sull’identità del committente

C

ercando dunque di riassumere in maniera più chiara, specificata e schematica la corporate image, - ovvero come l’azienda viene percepita dai suoi ricettori a partire dalle sue manifestazioni - considerando le invarianti plastiche che abbiamo in precedenza analizzato nei precedenti paragrafi: il logo, il sito web, i prodotti, gli spazi espositivi, ecc.

− − − − − − − − − −

Configurazione complessa Divisione sopra / sotto Monocromatico Caldo Spessori regolari Linee dritte e ortogonali chiuse Passato / presente / futuro Valori persistenti Familiarità Tensione e spinta

a carbon fair 111


− Prima-dopo − Dinamicità costante − Competenza La corporate identity è ciò che l’azienda si prefigge di essere, il suo scopo ultimo, la giustificazione della sua esistenza che la contraddistingue da tutte le altre.

• • • •

Qualità Affidabilità Assistenza Innovazione • Ricerca • Miglioramento dei processi e dei prodotti

L’azienda Reglass cerca di mettere l’accento sulle competenze di cui sono portatori, e mostrando come la hanno acquisite, prefigurano come le svilupperanno. La ragion d’essere della marca, la sua mission, possiamo pertanto dire che consiste nella “ricerca, assistenza e innovazione al servizio del cliente”. La peculiarità di questa azienda risiede infatti proprio nell’attenzione e la cura per il proprio cliente nell’offrirgli un offerta sempre valida, di alta qualità e professionalità Per inserire il nostro progetto coerentemente nell’ambito delle manifestazioni della ditta, dovremmo ora condurre un’analisi dei prodotti e dei settore merceologico in cui si inserisce l’azienda.

l’azienda 112


Identità ed immagine del progettista

V

orremmo ora definire e sintetizzare brevemente l’immagine del “progettista” e dei valori che, come fattore attivo nel progetto, tenderà ad inserire nel quadro generale. Il progettista, ritenendo la ditta Reglass all’avanguardia nei sistemi di produzione tecnologica della fibra di carbonio, cercherà di apportare il suo contributo caratterizzando maggiormente a livello espressivo i valori di arte e design, implementandoli il più possibile dentro di essa. Questo processo è volto alla creazione di prodotti nuovi, che rispettino l’identità preesistente e che aggiungano valore e “valori” al brand. Questa dinamica del tutto postmoderna, è considerata di vitale importanza dal progettista, che è chiamato in causa, oltre che per studiare soluzioni di ricerca formale ed espressiva, per combattere la naturale entropia della marca causata dal processo di milking (Semprini, 2005:88) che si instaura inevitabilmente laddove ricerca e produzione non vadano più di pari passo, a scapito di entrambe. Questo processo è dovuto al carattere evolutivo della marca, che deve rincorrere i mutevoli desideri e cambiamenti del contesto in cui è inserita. Pertanto per rinnovare il brand e cercare di distaccarlo dal gruppo della concorrenza, vorremo inserire parallelamente ai valori già analizzati nei capitoli precedenti della marca, valori del progettista, in modo da ibridare semanticamente la marca, e creare una identità “complessa”(Cfr. Floch, 2005).

Questo elemento arricchirebbe a livello semantico ed a livello formale i prodotti e le manifestazioni della marca, che riuscirebbe comunque a giustificare e a sostenere i nuovi discorsi perché partirebbero sempre dalla sua enunciazione fondamentale (Cfr. Semprini, 2005:120). Inoltre il progettista apporterà al processo di progettazione volontà atte ad inserire il risultato dello stesso nel contesto socioculturale in maniera critica e responsabile. Non rispondendo a nuovi bisogni e necessità dettate da nuovi modi di vivere, ma con la capacità di generare visioni future e critiche sull’utilizzo del materiale. Andremo pertanto a sommare i valori dei progettisti di:

− − − −

Design Ricercatezza Eleganza Etica

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Sintesi identitaria

L

a sintesi identitaria consiste nel sommare i valori del committente ad i valori del progettista. Questi valori andranno pertanto esplicati, al momento della definizione dei processi di progettazione della marca e quindi attuati nei processi di manifestazione della marca. Pertanto andremo ora a raccogliere i valori di entrambe le entità enunciative per sintetizzare un unico elenco di valori:

− − − −

Design Ricercatezza Eleganza Etica più

− − − −

Qualità Affidabilità Assistenza Innovazione − Ricerca − Miglioramento dei processi e dei prodotti

Questi saranno i valori che regoleranno sia i processi di progetto, che quelli di manifestazione di marca che vedremo nei prossimi capitoli.

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Potenziali concorrenti

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rocederemo ora ricercando e analizzando i potenziali concorrenti e i prodotti che possono fornire, rispetto allâ&#x20AC;&#x2122;identitĂ ed allâ&#x20AC;&#x2122;offerta della Reglass. Partiremo analizzando e comparando i discorsi che altre ditte concorrenti enunciano con i

Siti e discorsi

P

rendiamo dunque in considerazione un campione di ditte concorrenti situate in Italia, che hanno una tipologia di produzione, un mercato ed una comunicazione strettamente pertinente al nostro caso di interesse. Le ditte in questione sono la Cre.ve.r , la Italcanne e la Columbus. Esse nascono, come la Reglass, da produzioni artigiane familiari e dallâ&#x20AC;&#x2122;utilizzo di materiali compositi (come la fibra di vetro) che nel tempo sono andate innovandosi e ad adottare la fibra di carbonio come principale materiale di produzione e offerta sul mercato.

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Cre.ve.r

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a Cre.ve.r, è una ditta della provincia di Lucca, specializzata nella lavorazione dei materiali compositi come la fibra di carbonio, la fibra di vetro, il kevlar e l’alutex. Essa si propone per la realizzazione di semilavorati come lastre e tubi di tutti i materiali sopra elencati. Il sito ha colori piuttosto freddi e cupi, esaltando la tecnologia da loro elaborata tramite immagini specifiche delle

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fibre e dei semilavorati, che hanno importanza predominante su tutto il resto. Possiamo rilevare che la Cre.ve.r punta la sua comunicazione e la sua immagine sulla sua competenza tecnologica applicata al semilavorato ed al materiale di cui è composto. Infatti le parole più in evidenza dal grafico a nuvola elaborato sulla base del testo presente sul sito della Cre.ve.r sottolinea come le parole “materiali” e “compositi” formino la ridondanza più ampia.


Italcanna

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a Italcanna è una ditta di Capannori, anche essa in provincia di Lucca, ed è specializzata nella produzione di carbonio per la realizzazione di tubi ed in particolare, come suggerisce il nome stesso, di canne per la pesca. Anche in questo caso il sito propone un immagine di un primo piano di diversi tubi in fibra di carbonio, per fare percepire la tessitura del materiale e enfatizzarne le prestazioni con i toni della grafica del sito grigio scuro, e alla giustapposizione alle spalle delle canne stesse di uno

sfondo che mostra un paesaggio di solida e inscalfibile roccia, sempre di colore grigio. Anche in questo caso si assiste ad un’enfatizzazione delle prestazioni tecniche del materiale e da isotopie incentrate sull’enfatizzazione della prestazione più visceralmente tramite i colori e gli accostamenti sopracitati. Anche in questo caso, la cloud che si viene a creare con l’analisi dei testi del sito, enfatizza parole come prodotti, propri, composito, tubi, fibra. Come nel caso precedente la Italcanna promuove il suo lavoro a partire dal prodotto, e dalla sua prestazione, come testimoniano i colori e le parole simili in entrambi i casi.

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Columbus

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ontrariamente ai casi precedenti, la Columbus si propone con una prevalenza cromatica bianca e calda (rosso vermiglio). Situata a Caleppio di Settala nel milanese, la Columbus pone come priorità indicare nel sito la propria storia, mostrando il proprietario e descrivendo l’evoluzione della ditta stessa da produttrice di telai per biciclette, a telai per le Ferrari. La ditta Columbus, contrariamente alle precedenti, non sottolinea ed enfatizza le qualità intrinseche del materiale e delle prestazioni che può offrire, ma tramite il suo sito vuole prima di tutto comunicare la qualità della competenza, ed il modo nella quale essa è maturata nel tempo, nella lavorazione delle materie prime. Questa apertura antepone alle caratteristiche intrinseche del materiale le competenze, le motivazioni e la passione

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di chi gestisce da quasi cento anni la ditta, che si è più volte evoluta, fino ad arrivare a lavorare la fibra di carbonio. Nondimeno non indica un singolo prodotto o una singola tipologia di semilavorati, ma elenca il più ampio ventaglio di tipologie di prodotti e prestazioni. Come evidenzia in modo chiaro la nuvola di parole che scaturisce dalla analisi del testo di presentazione nel sito internet dalla Columbus, il termine più importante e preminente è proprio Columbus, seguito da Colombo. Questo evidenzia ancora meglio quanto per questa ditta l’immagine del brand e la fiducia verso la marca (e la famiglia che da generazioni la porta avanti) sia trascendente rispetto ai prodotti e i materiali utilizzati. Che questi siano acciaio, fibra di vetro o carbonio, la Columbus ha sempre il valore di affidabilità, cura e passione che garantisce per il prodotto.


Confronto

C

ome abbiamo visto, al contrario dei primi due esempi, la Columbus propone un modello di brand e di comunicazione del tutto simile a quello che propone la ditta Reglass, ponendo lâ&#x20AC;&#x2122;accento piĂš sul marchio che non sul prodotto. Questo ha permesso alla Columbus di poter spaziare liberamente, nel corso degli anni, in diversi territori di competenza e di prodotti, passando anche per gli accessori sportivi e lâ&#x20AC;&#x2122;arredamento, senza mai abbandonare o tradire il suo progetto di marca. La ditta Reglass a nostro avviso denuncia lo stesso potenziale e le stesse intenzioni. Nel corso degli anni ha affrontato produzioni diversificate e campi differenti, pur affermando sempre il medesimo intento e la medesima coerenza con la propria immagine. Infatti laddove correva il rischio di specializzarsi in modo troppo deciso, scorporava da se stessa un nuovo brand a gestire la commercializzazione della linea. Questo ha sempre reso Reglass , come Colombo, una ditta capace di affrontare differenti campi e temi con professionalitĂ , competenza e innovazione.

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Capitolo 4

Il Mobile in Fibra di carbonio

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Il mobile in fibra di carbonio

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e da un lato abbiamo esaminato un campione a nostro avviso significativo di ditte concorrenti dal punto di vista della immagine di marca e di posizionamento del brand, passiamo ora ad analizzare come aziende, designer, progettisti ed ingegneri hanno affrontato il tema del mobile in fibra di carbonio. Partendo dal presupposto che la maggior parte dei mobili in fibra di carbonio, sono sperimentazioni e esercizi di stile, per designer e progettisti, per il fatto che la realizzazione di questi è estremamente laboriosa, e richiede un costo di materiale e mano d’opera elevatissimo, sottolineiamo che realizzare un mobile in carbonio (per ora) è puramente una operazione di tipo pubblicitario, uno specchietto per le allodole che vuole sfruttare il richiamo mediatico e la comprensibilità di massa di un tema come l’arredo, che è veicolo del nome del progettista e dell’azienda che lo realizza. Con questo non vogliamo dire che progettare mobili in fibra di carbonio sia solo per questo fine, anche perché questa tecnologia è ancora agli inizi e presenta notevolissimi margini di perfezionamento produttivo e di riduzione del costo. Infatti possiamo ipotizzare che come tutte le tecnologie, sia nata per motivi bellici, e passata in settori elitari, ma che presto ricadrà a pioggia sull’infinità di altri campi di produzione e progettazione come sempre hanno fatto tutte le tecnologie, comportando-

ne un notevolissimo ridimensionamento del prezzo. Analizzeremo di seguito un campione di prodotti che si contraddistinguono per il particolare uso della fibra di carbonio in varie declinazioni per verificare ed illustrare i differenti risultati ottenuti dai progettisti, cercando di isolare i loro punti di forza e le debolezze.

Light light

Light light, Alberto Meda per Alias, 1987

Il primo caso di sperimentazione concreta da parte di un progettista di verificare le possibilità di utilizzo delle fibra di carbonio per oggetti d’uso domestico, si deve ad Alberto Meda in collaborazione con Alias. Questa azienda, nata nel 1979, si è da sempre inserita nel panorama del design del mobile contemporaneo con la volontà di sviluppare oggetti espressione di una costante ricerca materica e pro-

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duttiva, i cui valori chiave sono come recita il catalogo ” Leggerezza estetica, trasversalità e innovazione tecnologica”. Dopo il grande successo commerciale dell’azienda avuto grazie alla produzione della ormai storica sedia Spaghetti chair di Giandomenico Belotti, caratterizzata dalla innovativa tessitura in tondino di PVC di seduta e schienale. L’azienda non vuole deludere le aspettative di critica e pubblico e propone dunque ad Alberto Meda il tema della seduta in carbonio.

compressione; la struttura a sezioni libere per la seduta, che sfrutta la libertà di conformazione del materiale in forme libere; la superficie modellata e raccordata per la parte dello schienale e dei braccioli, che sfrutta la grande rigidezza del materiale e la sua facilità di lavorazione attraverso deposizione di tessuto. Queste scelte di grande coerenza progettuale permettono al designer di ottenere un risultato strabiliante, la light light così battezzata, è una sedia solida e robusta che pesa solamente 980 grammi.

Meda tra tutti i professionisti è sicuramente il più tecnico, formatosi infatti come ingegnere meccanico, è entrato a contatto con il mondo del design dell’arredo come ingegnere in Kartell, ha dunque la giusta visione progettuale per affrontare questo progetto estremo. L’ingegnere comprende da subito le potenzialità del materiale, vuole dunque contenere al massimo il peso, per evidenziare le prestazioni strutturali. Per queste ragioni le sezioni della struttura sono tirate all’osso ottenute ‘per levare’ con un approccio di natura scultorea. La comune idea di solidità e stabilità, creatasi nel tempo da una tradizione costruttiva basata sulla tecnologie del legno, del metallo e della plastica, si scontra con l’esilità della struttura di questa sedia. Il risultato formale non è condizionato da un linguaggio prederminato ma dall’obiettivo di indagare il limite del possibile.

Nonostante il risultato ottenuto da Meda, l’azienda si trova di fronte a problemi di tipo tecnico, in particolare la fase produttiva risulta essere troppo laboriosa, infatti la possibilità di disporre i tessuti nello stampo in modo controllato, distribuendo il materiale in funzione degli sforzi, richiede notevole manualità o l’uso di robot per automatizzare il taglio dei tessuti e la loro disposizione negli stampi. L’industrializzazione implica dunque processi ampiamente artigianali malgrado si operi in ambito di tecnologie avanzate.

La sedia si articola in un unico grande pezzo costituito però da differenti tipologie di elementi ottenuti di volta in volta sfruttando le metodologie di lavorazione del materiale. Rispettivamente si trovano: gli elementi di sostegno a sezione ellittica per le gambe, che sfruttano la resistenza per

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Il progetto della sedia dunque rimase in fase di pura sperimentazione, ebbe tuttavia uno straordinario successo mediatico, suscitando l’interesse di molte aziende per l’ottimo risultato ottenuto. Come dimostrato dalla impossibilità di una produzione continua dell’azienda, possiamo sin da subito evidenziare le debolezze progettuali di questo prodotto. Queste riguardano principalmente la fase di assemblaggio dei tre principali elementi costitutivi (gambe,seduta, schienale), attraverso geometrie fluide, dunque senza la necessita di un complesso intervento di raccordo totalmente manuale, che sommato all’alto costo


del materiale, aumenta a dismisura i costi di produzione. Dall’altro lato va considerata la grande capacità di Alberto Meda di interfacciarsi per la prima volta con un materiale la cui lavorazione ha principi non assimilabili alle tecnologie preesistenti. Nonostante ciò l’azienda e il progettista hanno messo a punto un progetto potenzialmente industrializzabile, puntando sulla suddivisione del processo produttivo, che dimostra come il progettista sia riuscito a comprendere il differente ventaglio di possibilità che la fibra di carbonio offre, attraverso processi tecnologici che permettono di ottenere tanto solidi tubi, quanto superfici elastiche. In generale poi va riconosciuto ad Alberto Meda la capacità di comunicare l’iperprestazionalità della fibra di carbonio all’interno di una forma composta ed equilibrata. La cui estetica trova ragione nelle tecnologie di lavorazioni e nelle qualità tecnologiche del materiale, senza abbandonarsi a facili gesti espressivi spesso ingiustificati, che connotano la produzione legata al carbonio.

Dipinta di blu

Dipinta di blu, Marco Papa per Adele-c

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ltro esempio di oggetto prodotto in fbra di carbonio, che questa volta è commercializzato è la sedia “nel blu dipinto di blu”. Questa seduta ibrida è prodotta dall’azienda Adele-C, marchio di recente storia, fondato da Adele Cassina, figlia dello storico imprenditore Cesare Cassina. Questa sedia è disegnata da Marco Papa, personaggio distante dal mondo del design, la cui formazione è prettamente umanistica e interna al campo dell’arte. L’origine dalla commissione è legata al ruolo di Art Director che l’artista ricopre all’interno dell’azienda. La sedia nasce dalla volontà di creare una seduta ibrida in cui sedersi in differenti posizioni. Per fare ciò il progettista ha scelto di collocare i due braccioli in modo asimmetrico rispetto alla seduta, e a due differenti altezze. Si può notare come il bracciolo più basso sia costituito da una generosa superficie che funge o da seconda seduta o da piccolo piano di appoggio. Importante connotazione funzionale ed estetica e quella che lo schienale è collegato alla seduta da un solo lato (il destro) in modo da: • consentire agevolmente attraverso una rotazione del busto verso sinistra una seduta alternativa a quella precedente; • suggerire un forte senso di dinamismo e leggerezza formale. Altre caratteristiche peculiari sono le gambe che sono ottenute attraverso una torsione di una lingua di carbonio, in generale la poltroncina non prevede l’uso di elementi discontinui ma è costituita da una superficie unica, che partendo dalla seduta si articola liberamente nello spazio generando braccioli, schienale e gambe. Le principali differenze rispetto alla se-

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duta light light di Meda, sono la forte continuità compositiva e tecnologica che sfrutta lo svilupparsi di un’unica stesura di fibra. Altra differenza sostanziale che è verificabile soprattutto osservando personalmente la sedia, è quella degli spessori. Al contrario della Light Light che raggiunge nelle gambe una sezione massima di tre centimetri, la Nel blu dipinto di blu possiede in generale spessori elevati, che raggiungono i sei centimetri nella parte di raccordo tra seduta e schienale. Evidentemente il progettista in accordo con gli esecutori è stato costretto ad aumentare gli spessori per consentire la multifunzionalità della seduta e rendere possibile l’azzardato dinamismo del disegno. Riassumendo possiamo concludere che i punti di forza del prodotto si limitano alla scelta produttiva di applicare la fibra in un unico stampo formando un unico pezzo finito. Così facendo si elimina la fase di unione dei vari pezzi che occorreva alla sedia di Meda riducendo i costi di produzione. Tuttavia è di dubbia l’efficacia tecnologica della seduta a monosuperficie, non tanto per il procedimento in se, che è quello più usato per i prodotti in carbonio, quanto per una evidente forzatura progettuale, per creare superfici così libere, le quali sembrano sfruttare il materiale per le sue caratteristiche estetiche più che tecnologiche. Il progettista ha voluto perseguire a tutti i costi una forma che il materiale non può sopportare salvo applicando forti spessori per irrigidire la struttura, tutto ciò ha alzato notevolmente il peso della seduta a sei chilogrammi circa, invalidando l’uso del materiale che notoriamente si distingue per la sua leggerezza. Da queste osservazioni si deduce che: • la sedia ha ragione di esistere come

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pezzo d’arte più che di industrial design anche se inserita in catalogo a 6.800 euro; i forti spessori molto visibili invalidano l’effetto finale di leggerezza che il nome stesso della sedia vorrebbe suggerire; la scelta del materiale risulta inappropriata e rivela l’inesperienza del progettista nell’uso della fibra, la struttura potrebbe essere in altri materiali più economici; • la fibra è utilizzata per comunicare l’esclusività del pezzo ed esaltarne l’espressività.

Linea Mast 3.0

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renderemo ora in esame i prodotti di una giovane azienda Mast 3.0 che stan investendo nella realizzazione di elementi di arredo in fibra di carbonio. Sin da subito è interessante notare come l’azienda propone i suoi prodotti sotto una luce di esclusività, lusso, assoluta novità ed estrema bellezza. Così recita il catalogo: Se i mobili in legno e derivati hanno rappresentato la generazione 1.0 dell’arredamento, mentre le materie plastiche ne hanno dominato la seconda, MAST 3.0 propone la vera rivoluzione nel mondo dell’arredamento: la fibra di carbonio, un materiale di derivazione aerospaziale prestato al settore automotive ad altissime prestazioni.

Un materiale che ora, per la prima volta con un’intera collezione, viene impiegato nel mondo dell’arredamento.


I presupposti sono dunque chiarissimi e visionando il catalogo colpisce la forza e la decisione con cui l’azienda vuole puntare nella prestazionalità di questo materiale. Spaziando molto nella produzione prenderemo in esame solo alcuni degli arredi per mostrare la linea progettuale che l’azienda persegue.

Manta , Robby Cantarutti per Mast 3.0

Eloquente al nostro fine è sicuramente la poltrona Manta, che spicca per il suo dinamismo compositivo. La seduta si sviluppa in una superficie continua dalla linea morbida e scattante frutto di un’attento utilizzo della fibra di carbonio visto lo spessore minimi della superficie. La seduta ha un andamento diagonale ed obbliga ad una postura molto simile a quella di una chaise longue o di un sedile della più moderna sportiva; la scocca è avvolgente e il suo profilo a sbalzo e sorretto da due sottili superfici che si sviluppano dalla scocca stessa continuando la curva del piano di seduta.

L’impressione generale è quella del più sofisticato styling automobilistico trasportato all’interno delle mura domestiche, e lo stesso nome dichiara molto bene gli intenti del progettista Robby Cantarutti.

Altro significativo prodotto del catalogo è il tavolo, disegnato dal Centro stile Mast 3.0 e Johnny Hugnot (si osservi la terminologia puramente automobilistica per indicare il team di progettisti), in cui con sottigliezza si mostra la volontà di inserire in un oggetto notoriamente statico, una componente di dinamismo formale.

Vogue, Centro Stile Mast 3.0 e Johnny Hu-

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gnot

Nel tavolo il carbonio è utilizzato esclusivamente per il piano, le gambe infatti sono realizzate in alluminio pressofuso, l’effetto generale è ancora di plasticità e dinamismo, accentuato dalla superficie continua tra piano e gambe che ci appaiono come incurvate all’interno. Il bordo arrotondato continua per tutto il perimetro del rettangolo e ci suggerisce che il piano è stato ottenuto attraverso stampaggio ad hoc, della fibra e non utilizzando lastre prefabbricate. Altra importante cifra stilistica è il contrasto tra piano nero e gambe cromate, che richiama ancora al mondo dell’ automotive. In fine l’ultimo oggetto, il porta bottiglie Spyro, del designer Maurizio Ciabattoni.

Spyro, Maurizio Ciabattoni per Mast 3.0

Questo oggetto in cui le bottiglie trovano spazio inserendo il collo all’interno di fori collocati lungo un nastro elicoidale in carbonio che sale fluido e scultoreo e ha per base una corona circolare a cui è attaccato. Ricapitolando, troviamo come caratteristiche similari a tutti e tre i prodotti la stessa generosità di disegno, che connota tutti gli oggetti del catalogo. Una quasi esasperata tendenza ad esaltare le prestazionalità della fibra attraverso forme molto spinte . La stessa tecnica produttiva che permette di ottenere oggetti attraverso l’uso di superfici stampate. È dunque da apprezzare: • la logica dello stampaggio, che permette realizzare agevolmente oggetti monoblocco con superfici a doppia curvatura la cui forma è staticamente autonoma; • la scelta di mantenere il più sottile possibile le superfici, risparmiando materiale e sfruttando la fibra per le sue qualità tecnologiche. Tuttavia ci pare in generale esagerata la connotazione formale degli oggetti. La fibra è sfruttata certamente con logica e competenza, ma con eccessivi riferimenti a linee Streamline, che se per le automobili trovano ragione nell’aerodinamica , in oggetti statici di arredamento ci sembrano gratuito gesto stilistico. Inoltre oggetti come il tavolo presentano dei limiti tecnologici, lo stampaggi infatti obbliga per cambiare le misure a dover creare altri stampi. Oppure poco logico ci sembra la scelta di separare base e parte portante nel portabottiglie aumentando i pezzi da produrre e obbligando ad una fase di incollaggio che potrebbe essere evitata attraverso l’uso di un solo stampo per

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Considerazioni l’intero oggetto.

C

on questa breve campionatura di prodotti esistenti in fibra di carbonio non vogliamo descrivere gli andamenti stilistici generali che hanno contraddistinto l’argomento, anche perché già molti sono i prodotti esistenti, ma abbiamo cercato di sottolineare nei vari prodotti gli aspetti positivi e negativi, in modo da prendere le soluzioni per noi migliori e cercare di non cadere in problematiche tecniche o di scelte estetiche che sarebbero poco inerenti al materiale in questione. Giudicare l’operato dei progettisti risulta sempre difficile, esplorare la ragione estetica lo è ancor di più, non ci possiamo dimenticare infatti che le differenti destinazioni di ogni prodotto portano a differenti risultati mutevoli caso per caso, tuttavia è risultato più consono isolare e mettere in luce il difetto o la debolezza tecnica del prodotto, che invece è sempre qualcosa di concreto e tangibile soprattutto alla luce della ricerca tecnologica scrupolosamente affrontata. Tornando alla natura estetica l’unico principio per noi valido e che ci ha consentito di avanzare obiezioni, è quello di utilizzare il materiale per le sue peculiari caratteristiche tecnologiche che lo rendono unico nel suo genere, e non dare forma ad oggetti il cui disegno è gratuito ed immotivato. Copiosa è la letteratura che riguarda le motivazioni estetiche di un progetto, tante e contraddittorie sono state le risposte date a questa domanda, resta per noi tuttavia fondamentale l’esperienza dei grandi maestri, la cui preziosa lezione resta sempre attuale e moderna.

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Capitolo 5

Il Metaprogetto

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Utente Modello

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questo punto ci dobbiamo premurare di identificare e definire concretamente a chi sarà rivolto il progetto. Identificando pertanto l’utente modello1 in maniera concreta dovremo specificare la sua forma di vita per individuare dove il suo interesse specifico ed i suoi progetti di vita2 possano condividere significati ed andare alla ricerca di valori nel mondo possibile3 offerto dal nostro progetto. La creazione di un mondo possibile risulta pertanto un punto chiave della progettazione, dovendosi offrire alla clientela nel modo più chiaro e preciso. Bisogna dunque ipotizzare e stabilire gusti, cultura, abitudini, occupazioni, letture, età, studio, consumi culturali, dove vive, moda, abbigliamento, ideologia politica e «tutto quanto possa riguardare le forme di vita di “quell’utente” possibile» (Cfr. Deni 2008). Possiamo dunque ipotizzare che il progetto in questione si offra in maniera convincente, visto l’alto costo delle lavorazioni e dello studio progettuale, ad una clientela di alta borghesia, imprenditoriale, che se ne possa servire sia per usi privati, che per esposizioni pubbliche e fieristiche di vario genere e natura. Nascendo come “corredo” per stand fieristico può essere sia indirizzato all’imprenditore o al direttore commerciale di una grande azienda per accrescere il livello estetico e tecnologico del proprio spazio commerciale o fieristico. 1 2 3

Cfr. Deni 2002. Cfr. Semprini 2005. Cfr. Semprini 2005.

Di livello culturale medio, predisposto all’ostentazione del lusso e mondanità, l’utente modello ricerca lo stupore e la sorpresa nel suo pubblico. Lo stupore del lusso, in passato era sinonimo di ostentazione ed eccesso, relegato nella dorata deissi del ludico, del superfluo e del mitico. Esso era innanzitutto alto costo per pezzi unici, simbolici e non riproducibili se non artigianalmente. Oggi questo lusso esibito in funzione della distinzione sociale, dell’alto valore di scambio, costituito da materiali preziosi e dalle alte prestazioni, sta sempre più lasciando il campo a un lusso “sensibile”, di auto-gratificazione, che sta passando dalla dimensione materiale alla dimensione immateriale. Per cui sta acquisendo anch’esso caratteristiche postmoderne di specificità, immaterialità, gratificazioni sensoriale e momentanea personalizzata. Le caratteristiche del lusso nella situazione attuale, portano in sé tre elementi indicati in maniera estremamente puntuale dallo studio di Luca Marchetti (2011). 1. Il residuo dell’avere, di derivazione arcaica, ci arriva dal passato e si è trascinato sino all’epoca moderna, presuppone che riferimenti materiali definiscano l’individuo: POSSIEDO QUINDI SONO.

21. Una dominante dell’apparire, laddove i riferimenti visivi iscrivono un “ruolo” che definisce ed identifica: SEMBRO QUINDI SONO.

3 Una emergenza dell’essere, in 1. quanto i riferimenti immateriali e sensoriali definiscono un vissuto e all’esperienza individuale: SONO STATO QUINDI SONO.

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Questo porta inevitabilmente a dover cercare di creare un mondo possibile denso di significati su tutti e tre gli strati precedentemente indicati del lusso. Per non creare e offrire valori che non incontrano più l’evoluzione dei progetti di vita degli utenti. Evoluzione che potrebbe sfociare nell’assioma SENTO QUINDI SONO, e quindi nella necessità di creare un prodotto che stimoli un esperienza sensibile e sinestesica. Coinvolgere e sconvolgere i sensi (in maniera anche minimale e sottile) sembra quindi essere l’obiettivo da centrare per arrivare a provocare una esperienza “perfetta”. Per creare uno stand o un elemento di arredo che crei quel gap tra le “sfide”, cognitive o estetiche (percepibili con tutti i sensi), che offre e le competenze individuali del fruitore. Questo per raggiungere gli scopi propri e utilitaristici dello stand fieristico, capitalizzando e prolungando il più possibile l’attenzione sulla situazione (vendita, esposizione, narrazione) in corso per gli utenti già all’interno, e attirare nuove persone nel proprio spazio espositivo. Tutto questo deve essere inteso a prescindere dal fatto che l’utente o l’acquirente sia chi compra lo stand o il pezzo singolo di arredo o chi lo fruisca da semplice spettatore. O per meglio dire, sempre per usare la definizione di Marchetti (2011), spectacteur.

il metaprogetto 132


VALORI ED USI DA COMUNICARE

I

n questo capitolo cercheremo di far confluire e cercheremo di sistematizzare la conclusioni tratte dalle analisi dei capitoli 1, 2, 4. Come spiegato da Deni4 è il momento in cui si va costruendo un “simulacro dell’utente modello, del committente/progettista e del prodotto”. In questa fase cercheremo di articolare la dinamica delle tendenze e dei valori. Per fare ciò ci avvarremo di schemi e del quadrato semiotico (Greimas & Courtés 1979). Questi valori saranno dunque prima sintetizzati e poi sistemizzati. Analizzando dunque i valori e il paradigma generale in cui inscriverli, possiamo subito citare quelli espressi direttamente da Reglass, in particolare: innovazione, ricerca, miglioramento dei processi e dei prodotti. Questi valori sono imputabili allo sviluppo del lavoro “artigianale” secondo una logica industriale; logica di quantità e sistematicità, sottrae sempre più la componente umana nel controllo del lavoro, conferendo ad esso puntualità e scientificità. Questo genera un processo continuo di evoluzione e tende all’industrialità come valore. In negazione al lavoro industriale troviamo quindi la discontinuità del lavoro artigianale, dove la variazione e la rivoluzione dei gesti e dei processi sono permessi e favoriti da un controllo più diretto sull’opera a livello manuale. Qui 4

DENI, PRONI, 2008.

si inseriscono i valori di ricerca artistica e formale propri dei valori identitari di base dei progettisti. Evolvendo, al contrario della ricerca e dello sviluppo tecnologico, la componente gestuale del lavoro artigiano, quest’ultimo evolve e tende al concetto di opera discontinua, unica, artistica. Risalendo pertanto la deissi negativa, il medesimo valore neutro di artigianalità si carica sempre di più di non continuità e di rivoluzione. Questo porta alla creazione dell’opera d’arte. Sovrapponendo il valore “industria” al valore “arte” troviamo il formarsi di un’identità complessa. Identità complessa opposta alla identità neutra del lavoro artigianale che per comodità (parafrasando i risvolti del Bauhaus) chiameremo “design”, come la nuova unità tra arte e tecnica5. Era infatti questo lo scopo e l’ideale di Gropius. Creare un procedimento che unisse questi due valori opposti. A dimostrazione di questo, a presiedere i laboratori dispone due insegnanti per disciplina, un tecnico ed un artista. L’ideale fasullo de “la forma segue la funzione” è stato associato al Bauhaus a posteriori, quando ormai esso era ampiamente decaduto e si tentava di reistituirlo mistificandolo. Se la forma “seguisse la funzione” ci troveremo in presenza di un processo di evoluzione continuo e tecnico-industriale, che sarebbe saldamente ancorato alla nostra deissi positiva (Fig. 3) e non rappresenterebbe per nulla l’intento di unione tra arte e tecnica di Gropius. Lo scopo di tutta l’attività plastica è la costruzione. Ornarla era, anticamente, il compito più nobile delle arti plastiche, componenti inse5 Ideale auspicato da Gropius nel 1923 in occasione della settimana del Bauhaus, H. M. WINGLER, 1972: 27.

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parabili della grande architettura. Oggi si trovano in una situazione di auto-sufficienza singolare, dalla quale si libereranno solamente attraverso la cosciente attuazione unita e coordinata da tutti i professionisti. Architetti, pittori e scultori debbono di nuovo imparare a conoscere e a capire la forma complessa dell’architettura nella sua totalità e nelle sue parti; solo allora le sue opere staranno un’altra volta piene di spirito architettonico che si è perso nell’arte del salone. Le antiche scuole di arte sono state incapaci di creare questa unità, e come potrebbero, dato che l’arte è una cosa che non si insegna? Devono tornare ad essere officine. Questo mondo di disegnatori e artisti deve, finalmente, cominciare ad orientarsi per la costruzione. Quando il giovane che sente passione per l’attività dell’arte plastica comincia come anticamente, per l’apprendimento di una professione, “l’artista” improduttivo non sarà condannato futuramente all’incompleto esercizio dell’arte, quando la sua abilità è preservata per l’attività artigianale, dove può prestare ottimi servizi. Tutti noi architetti, scultori, pittori dobbiamo rivolgerci al mestiere. L’arte non è una professione. Non c’è alcuna differenza essenziale tra l’artista e l’artigiano, l’artista è una elevazione dell’artigiano, la grazia del cielo, in rari momenti di illuminazione che sfuggono al controllo della volontà, fa fiorire l’arte incoscientemente, mentre, la base del mestiere è essenziale per ogni artista. Così si trova la fonte della creazione artistica. Formiamo, dunque, una sola

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corporazione di artigiani senza la distinzione di classe che alza un’arrogante barriera tra l’artigiano e l’artista. Insieme concepiamo e creiamo il nuovo edificio del futuro, che abbraccerà architettura, scultura e pittura in una sola unità, e che sarà alzato un giorno verso il cielo dalle mani di milioni di lavoratori, come il simbolo di cristallo di una nuova fede. (Walter Gropius, Bauhaus Manifesto and Program, Weimar, Aprile 1919)

Così formulata la nostra opposizione di valori e tendenze nel quadrato semiotico, arriviamo a indicare che: per fare riemergere l’artigianalità dei prodotti lavorati in fibra di carbonio, si è costretti a sommare al valore “industriale”, NON il valore neutro di sub-contrarietà “artigianale”, che rappresenterebbe un solo un abbassamento di intensità del valore industriale persistendo sulla stessa deissi (non potendo raggiungere la neutralità assoluta), ma “complessizzarlo” con il valore “artisticità” che rappresenta il suo contrario, in quanto prodotto esclusivo dalla “discontinuità rivoluzionaria” della “mano” (e della mente) umana. (Fig. 3)


Fig. 3

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Percorso narrativo possibile

I

n questo ultimo capitolo metaprogettuale, interverremo riassumendo valori e usi del progetto, creando un modello completo e articolato che illustri i passaggi di concretizzazione del senso e di formalizzazione dei prodotti. Questo modello, che sancirà l’intenzione di commutabilità del processo di manifestazione, e pertanto, che renderà espliciti i passaggi di astrazione dall’interpretazione delle invarianti plastiche testuali degli oggetti ai valori fondamentali, sarà il modello teorizzato da Semprini (2005:117) chiamato “Progetto/Manifestazioni”. Lo scopo di tale modello è descrivere tutti i passaggi che muovono da l’enunciazione fondamentale dei valori di base del progetto, alla discorsivizzazione e alla testualizzazione dei valori stessi. Questo processo, dovrà essere pertinente in tutte le manifestazioni di marca, per conferire a queste ultime le isotopie necessarie alla riconoscibilità ed alla differenziazione della marca stessa.

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Progetto di marca

P

er utilizzare il modello Progetto/ Manifestazioni dobbiamo identificare le «cinque componenti principali» che determinano il progetto di marca (Semprini, 2005: 120 – 123). Queste componenti sono: “enunciazione fondamentale”, “promessa”, “specificazione della promessa”, “iscrizione in un territorio” e caratterizzazioni dei “valori” (Cfr. Semprini, 2005: 123). Chiarendo brevemente la funzione di queste cinque voci, possiamo dire che l’enunciazione fondamentale è la ragione d’essere vera e propria della marca. La motivazione profonda che giustifica l’esistenza e il lavoro di una marca e che la distingue pertanto dalle altre concorrenti. La promessa è il momento in cui si passa dell’introspezione alla proiezione (Semprini, 2005: 121) verso il pubblico dell’enunciazione fondamentale. La specificazione della promessa è la unicità e specificità della propria promessa rispetto alle altre. L’inscrizione della promessa in uno o più territori è la definizione dell’offerta, l’anello di congiunzione tra la promessa e l’offerta vera e propria che l’azienda andrà a presentare. L’ultima componente è la caratterizzazione dei valori, la componente che permette ad una marca di “colorare” il suo approccio, che definisca certi contenuti e che aiuta a esprimerli. Nel nostro caso, andremo ad applicare questo modello alla ditta Reglass per stabilirne e schematizzarne secondo le ricerche precedenti, il progetto di marca (Semprini, 2005: 118).


Progetto di marca: 1. Enunciazione fondamentale____________ Superamento della prestazione... 2. Promessa_________________________...grazie a ricerca ed innovazione... 3. Specificazione della promessa______________ ...dei processi e dei prodotti... 4. Iscrizione in un territorio_____________ ...realizzabili in fibra di carbonio... 5. Valori_________________________...con qualità, affidabilità, assistenza, tradizionefamiliare, trasparenza, progresso, continuità, professionalità, cura, ricercatezza, etica, design.

Abbiamo pertanto individuato nello schema riassuntivo della nostra ricerca valoriale questa formulazione di identità enunciante che è la ditta Reglass. Dalla nostra analisi risulta infatti che la Reglass trova la sua ragione d’essere nel perseguimento dell’obiettivo del “superamento della prestazione” dei suoi prodotti, rispetto alle prestazioni già offerte da prodotti simili. Quindi per perseguire ciò, promette ricerca ed innovazione da svolgere sui processi di produzione e sui prodotti stessi. Chiaramente il minimo comune denominatore è il territorio di pertinenza che è rappresentato dalla fibra di carbonio. In tutti i campi di applicazione della fibra di carbonio passati, presenti e futuri, la Reglass sperimenta e applica le potenzialità di questo materiale assieme ad i suoi valori: qualità, affidabilità, assistenza, tradizione familiare, trasparenza, progresso, continuità, professionalità, cura. Avendo schematizzato e inquadrato nei vari passaggi del progetto di marca la Reglass, nel prossimo paragrafo tratteremo i processi manifestativi della marca, sulla base della progressiva concretizzazione dei valori precedentemente indicati.

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Manifestazioni di marca

D

efinito il progetto di marca andremo a utilizzare il modello di analisi semio-narrativo di carattere generativo, per stabilire come i valori della marca concretizzano e producono progressivamente testi ed enunciati. Questo modello sarà adottato per generare le manifestazioni concrete della marca, quindi lo useremo come guida per la progettazione concreta degli oggetti e la definizione delle loro caratteristiche formali. L’organizzazione semio-narrativa del significato è suddivisa in tre livelli distinti: il livello dei valori, il livello dei racconti e il livello dei discorsi (Semprini, 2005: 127). Il livello dei valori è il livello di partenza ed è formato da un numero di valori fondamentali limitato, che formano e orientano la società. Questi valori attribuiscono alla marca un’identità, un senso ed una durata. Il livello dei racconti è il livello intermedio, ed è in questo che i valori sono organizzati in forma di racconti e narrazioni. Questo livello permette la messa in scena dei valori, li rende raccontabili ed espliciti. A questo livello sono possibili narrazioni anche diversificate, a patto che si rispettino sempre i valori del livello precedente. Il livello dei discorsi è il livello dove compaiono come attori le figure concrete del mondo. Oggetti forme e colori e tutto ciò che è sensibile contribuisce alla rappresentazione dei valori ed alla messa in scena dei racconti. Come sottolinea inoltre Semprini (2005: 128) è importante ricordare che questo processo non è mai autoreferenziale, ma si muove nel contesto e viene

il metaprogetto 138

letto mediante codici ai quali è legata la sua interpretazione. Questi sono i contesti, che possono essere di consumo, socio-culturali, di mercato e di comunicazione. A volte questi contesti possono influenzare e variare di molto la lettura di un processo di manifestazione, pertanto vanno sempre tenuti in considerazione. Manifestazioni Livello dei valori: Superamento della prestazione, ricerca ed innovazione della fibra di carbonio, qualità, affidabilità, assistenza, tradizione familiare, trasparenza, progresso, continuità, professionalità, cura. Livello dei racconti: La tradizione familiare, la cura del cliente, la ricerca continua, la corsa verso il progresso, la valorizzazione dei materiali, l’innovazione nelle applicazioni, una lavorazione studiata e su misura. Livello dei discorsi: Il rosso vermiglio e il nero, forme avanzanti, i contorni chiari, leggerezza visiva e fisica, design curato, angoli acuti, la famiglia che lavora. Abbiamo pertanto desunto ed individuato valori, racconti e discorsi dei testi Reglass analizzati e inquadrati gli ambiti dei possibili sviluppi dei racconti e delle manifestazioni della Reglass, possiamo considerare terminata la fase di metaprogettazione terminata, avendo stabilito obiettivi da perseguire e avendo individuato le strategie per raggiungerli. Inizieremo ora pertanto la fase di progettazione vera e propria dei modelli e delle proposte progettuali utili gli scopi pratici e comunicativi della azienda.


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Capitolo 6

Proposte Progettuali

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PROPOSTE PROGETTUALI

C

ome abbiamo chiarito nei precedenti capitoli, le funzioni a cui dobbiamo porre attenzione nel progettare gli oggetti per Reglass sono: espositore per canne e mandrini, tavolo, libreria e caratterizzazione degli spazi. In questi oggetti, dovremo utilizzando i semilavorati che Reglass produce regolarmente, applicare i valori di: red innovazione della fibra di carbonio, qualità, affidabilità, assistenza, tradizione familiare, trasparenza, progresso, continuità, professionalità, cura. Per fare ciò abbiamo fissato come obbiettivo imprescindibile, l’esigenza di progettare oggetti riproducibili attraverso processi industriali, considerando la smontabilità come attributo necessario, nonostante sia poco considerato nelle progettazione in carbonio. Abbiamo inoltre, contrariamente alla maggior parte dei casi studio presi in esame, ricercato un repertorio formale rigoroso ed equilibrato; evitando sterili formalismi, spesso realizzabili solo con complesse ed illogiche lavorazioni artigianali. Abbiamo perseguito dunque un’estetica ricavata dal corretto utilizzo del materiale in forma di semi lavorato a nostra disposizione.

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Tavolo

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l tavolo da noi progettato nasce dall’esigenza di creare un oggetto che possa sfruttare con logica e coerenza i materiali semilavorati che l’azienda normalmente produce, e che quindi la rappresenti in sede di fiere di settore. Come prima fase abbiamo individuato le due parti fondamentali che compongono il tavolo, rispettivamente gambe e piano. Per non venire a meno ai nostri obbiettivi abbiamo scelto di separare questi due elementi, abbiamo utilizzato lastra per il piano e tubo tagliato per le gambe. In un’ottica di risparmio del materiale e spinti dalle sue elevate qualità tecnologiche, abbiamo scelto di ridurre al minimo gli spessori degli elementi, cercando di realizzare forme la cui lavorazione produca il minimo di sfridi possibili. Per questo le gambe sono ottenuta da tagli di un semplice tubo di fibra che l’azienda produce, dal quale si ricavano quattro sottili e robuste gambe, praticamente senza sprechi di materiale. L’esperienza dell’azienda in queste lavorazioni ci ha permesso di utilizzare tagli inclinati ed alternati di volta in volta rispetto all’asse del cilindro, ciò ha prodotto non semplici ottavi di tubo, ma porzioni che iniziano larghe e finiscono strette conferendo al tavolo una cifra di sobrio dinamismo. Per il piano abbiamo invece utilizzato lastra di carbonio, che grazie alla sua rigidezza consente spessori impensati in altri materiali, cooperando con il team di ingegneri dell’azienda abbiamo valutato uno spessore di 6 millimetri come più che sufficiente.

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La lavorazione della lastra è ancora totalmente automatizzata. Resta ora da unire i due elementi assieme attraverso l’utilizzo di una “L” in acciaio che ci consente una solidale unione delle parti, la scelta di abbandonare il carbonio è in questo caso dettata dalla inferiore possibilità di inserimento di ferramenta nella fibra di carbonio. Il risultato ottenuto è quello di un tavolo di forma rarefatta ed essenziale, solido e resistente, tuttavia smontabile e dunque facilmente trasportabile. Il tavolo in dimensioni di 1500x750 h 740 pesa solo x , il consolidato processo di lavorazione dei semilavorati e la quasi totale assenza di sfridi ci consentono di stimare il suo prezzo intorno ai x ,


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Libreria trapezio

A

ltro elemento oggetto di studio per la nostra committenza è stato uno scaffale, il cui ruolo è quello di esporre ed inserire o vari campioni di tubo e lastra che l’azienda possiede nel proprio catalogo di semilavorati. Per fare ciò abbiamo pensato di progettare un oggetto da muro, concependo un elemento che dialogasse attivamente con la parete e che ne sfruttasse la presenza, ma che tuttavia fosse semplicemente appoggiato senza bisogno di fissaggio che comprometterebbe la facilità di montaggio e smontaggio. Sfruttando la grande possibilità di incollaggio dei tubi, in modo preciso e solido, abbiamo utilizzato una struttura trapezoidale come chiave portante di tutto il sistema.

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Al suo interno sono inseriti, tre o più, sottili piani di carbonio, che trovano stabile collocamento grazie ad un piccolo tondino che ne impedisce lo sbilanciamento, e che consolida l’intera struttura. Il risultato dunque quello di una struttura solida e robusta facilmente smontabile e montabile in poche mosse, il cui ingombro è ridotto al minimo dove trovano spazio elementi costituiti da semilavorati facilmente reperibili che sono lavorati attraverso processi automatizzati. L’effetto estetico è di un’oggetto leggero che disegna la parete su cui si appoggia e che dialoga con essa innescando curiosità e sospetto soprattutto se osservato frontalmente. Le forme per necessità inclinate ne accentuano dinamismo e prestazionalità.


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Libreria modulare

A

ll’interno dello spazio espositivo abbiamo verificato l’esigenza di un oggetto che potesse contenere campioni e che fosse contemporaneamente utilizzabile come parete divisoria per scandire ed articolare a seconda nelle necessità la planimetria dello stand. Abbiamo ricercato una autonomia statica, che ci consentisse però di innescare un dialogo con lo spettatore, che riuscisse dunque a scandire lo spazio ma che permettesse di far intravedere ciò che sta dietro. In un ottica di risparmio di materiale e di economia formale, ci siamo serviti lastre per formare i due moduli, uno per i montanti l’altro per i piani. La struttura è asimmetrica, ed i montanti si articolano in due differenti inclinazioni alternate, che hanno il ruolo

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di consolidare la struttura contrastando le spinte laterali, e di creare finestrature sempre differenti che nascondono e mostrano nello stesso tempo gli oggetti esposti. Dal punto di vista dell’industrializzazione gli elementi sono semplici lastre su cui sono fresati i tagli che permettono gli incastri, la montabilità e smontabilità sono garantite dalla totale assenza di ferramenta o uso di giunti o colle. L’oggetto smontato occupa un volume di soli , rispetto alla cubatura dell’oggetto montato, agevolando notevolmente la trasportabilità. L’effetto estetico nonostante l’inclinazione dei montanti ci sembra sempre misurato, trovando complementarietà con l’estrema finezza dei componenti ottenuta grazie alle ormai note proprietà del carbonio.


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CONCLUSIONI

R

eglass, tramite gli elementi di arredo progettati per allestire il suo spazio espositivo fieristico, crea con la tecnologia di cui dispone oggetti che definiscono e caratterizzano l’ambiente facendo entrare in contatto il cliente con la fibra di carbonio anche dove non si aspetterebbe di trovarla. Questo renderà più chiare le possibilità del materiale e la competenza che la ditta stessa ha sulla manipolazione di esso, creando oggetti estetici e sfruttando le proprietà del materiale. L’applicazione della fibra di carbonio, sfruttata non mediante la laminazione artigianale per stampi, ma mediante l’assemblaggio di semilavorati prodotti industrialmente e solo rifiniti ed assemblati manualmente, ha dato origine ad una tipologia di prodotti in fibra di carbonio non esistenti e smontabili, che uniscono le qualità estetiche e meccaniche del carbonio ai vantaggi dello smontaggio per permettere un agevole trasporto e stoccaggio dell’elemento di arredo altrimenti impossibile. Questa lavorazione del carbonio, prevede la lavorazione meccanica alla macchina utensile del semilavorato, proprio come avviene in falegnameria. Così come il falegname sega, inchioda, avvita e incolla le assi di legno, la Reglass compone artefatti come il “falegname” della fibra di carbonio. Crediamo di essere arrivati a queste conclusioni esaminando la ditta Reglass mediante gli strumenti forniti da Semprini (2005) e tramite una approfondita ricerca tecnologica sulla fibra i carbonio svolta con la collaborazione della ditta stessa.

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La ricerca che abbiamo effettuato ed i prodotti da noi progettati prosegue la ricerca sulle possibilità di impiego della fibra di carbonio, cercando di abbassare i costi di produzione e lavorazione degli artefatti creati con questo materiale e rendendoli più flessibili, modulabili e componibili. Con la presente proposta progettuale alla ditta Reglass non vogliamo proporre di entrare nel campo della produzione e vendita di arredi, ma oltre che rispondere ad una loro precisa esigenza di immagine fieristica, di sottolineare l’importanza di affrontare campi di progettazione e impiego non ancora sperimentati, coadiuvando la Reglass nella ricerca di questi nuovi scenari.


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Bibliografia Burdek, Bernard E. 2005 History, Theory and pratice of product design, Basel: Bikhauser. (tr. it. Storia , teoria e pratica del deisign del prodotto, Roma: Gangemi 2008). CARMAGNOLA, Fulvio 2009 Design. La fabbrica del desiderio, Milano: Lupetti. Castelli, Giulio - Antonelli, Paola - Picchi, Francesca (eds.) 2007 La fabbrica del design. Conversazioni con i protagonisti del design italiano, Milano: Skira. Crivelli Visconti, Ignazio - Caprino, Giancarlo - Langella Antonio (eds.) 2009 Materiali compositi, Tecnologia- Progettazione- Applicazione, Milano: Hoepli. De Fusco, Renato 2007 Made in Italy. Storia del design italiano, Bari: Laterza. DENI, Michela 2002 Oggetti in azione. Semiotica degli oggetti: dalla teoria all’analisi, Milano: FrancoAngeli. DENI, Michela – PRONI, Giampaolo (eds.) 2008 La semiotica e il progetto. Design, comunicazione, marketing, Milano: FrancoAngeli. DORFLES, Gillo 2010 Design: percorsi e trascorsi. Cinquant’anni di riflessioni sul progetto contemporaneo, Milano: Lupetti. FLOCH, Jean-Marie 1995 Identités Visuelles, Paris: Presses Univ. De France (tr. it. Identità visive, Milano: FrancoAngeli, 1997). Gregotti, Vittorio 1986 Il disegno del prodotto industriale. Italia 1860-1980, Milano: Electa. GREIMAS, Algirdas Julien - COURTÈS, Joseph (eds.) 1979 Sémiotique. Dictionnaire raisonné de la theorie du langage, Parigi: Hachette (ed. it. Semiotica: dizionario ragionato della teoria del linguaggio, a cura di Paolo FABBRI, Firenze: La casa Usher 1986).

150


HIJELMSLEV, Louis Trolle 1943 Omkring sprogteoriens grundlaeggelse, Copenhagen: Akademisk forlag (tr.it. I fondamenti della teoria del linguaggio, Torino: Einaudi, 1968). HOFSTADTER, Douglas 1979 Gödel, Escher, Bach: an Eternal Golden Braid, New York: Basic Books (tr. it. Gödel, Escher, Bach - Un’eterna ghirlanda brillante, Milano: Adelphi, 1984). MALDONADO, Tomás 1976 Disegno industriale. Un riesame, Milano: Feltrinelli. MARCHETTI, Luca 2011 La svolta esperienziale, Conferenza, ISIA Firenze, 21/12/2011. Mari, Enzo 2011 25 Modi per piantare un chiodo, sessant’anni di idee e progetti per difendere un sogno, Milano: Mondadori. MARSCIANI, Francesco – ZINNA, Alessandro 1991 Elementi di semiotica generativa, Bologna: Esculapio. NORMAN, Donald Arthur, 1988 The psychology of everyday things,New York: Basic Books (tr. it. La caffettiera del masochista, Milano: Giunti, 1990) PASCA, Vanni - RUSSO, Dario (eds.) 2005 Corporate image. Un secolo d’immahine coordinata dall’AEG alla Nike, Milano: Lupetti. Pasca, Vanni - Carmagnola, Fulvio (eds.) 1996 Minimalismo etica delle forme nella semplicità del design, Milano: Lupetti. SAUSSURE, Ferdinand de 1916 Cours de linguistique générale, Losanna-Parigi: Payot (tr. it. Corso di linguistica generale, Roma-Bari: Laterza 1967). SEMPRINI, Andrea 2005 La marque une puissance fragile, Parigi: Vuibert (tr. It. La marca postmoderna. Potere e fragilità della marca nelle società contemporanee, Milano: FrancoAngeli, 2006). Vitta, Maurizio 2001 Il progetto della bellezza, il design tra arte e tecnica, 1851-2001, Torino: Einaudi.

a carbon fair 151


WINGLER, Hans Maria 1962 Das Bauhaus, Cologne: Verlag Gebr Rasch & Co. (tr. it. Il Bauhaus. Weimar, Dessau, Berlino 1919- 1933, Milano: Feltrinelli, 1971).

Sitografia www.adele-c.it/p/dipinta-di-blu.php www.columbustubi.com www.crever.it www.mastelements.com www.tubicarbonio.it www.reglass.it www2.abitareiltempo.it/it/00790/page.html

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a Carbon Fair thesis - ISIA Florence  

Giovanni La Tona, Guido Marchesini, Mattia Risaliti 2011 Thesis of product design