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CAPITOLO 2 - MATERIALI
2.2 - ALTRI MATERIALI
2.2.3 - Compositi in fibra di carbonio

Tra i materiali compositi, quelli con rinforzi in fibra di carbonio sono i più interessanti dal punto di vista strutturale.

Le applicazioni principali sono:

  • Telai monoscocca

Si tratta della tecnologia che consente di raggiungere le prestazioni più elevate, ma con costi molto alti, e per questo la sua applicazione è da sempre limitata al mondo delle competizioni e a poche vetture sportive di classe superiore (Ferrari F50, McLaren F1, Bugatti EB110GT).

  • Pannelli esterni

E’ un’applicazione meno estrema, anche se le applicazioni restano comunque limitate alle categorie viste sopra. Sono accoppiati generalmente con telai tubolari in acciaio (Ferrari 288 GTO, Ferrari F40, Lamborghini Diablo GT) o con scocche portanti in acciaio (Porsche 959).

Al di là del costo molto elevato (oltre i 9 $/kg e con forti incrementi per elevati valori di resistenza e rigidezza) si possono comunque individuare altri svantaggi relativi alla adozione di questi materiali nella normale produzione:

  • Difficoltà di lavorazione:

Anche se il numero dei componenti sarebbe ridotto di 2/3 rispetto ad una convenzionale scocca in metallo, è difficile rispettare strette tolleranze dimensionali: la matrice resinosa e le fibre si raffreddano in modo differenziato e le parti possono essere soggette a leggeri fenomeni di distorsione non facilmente valutabili a priori e senza la possibilità - spesso sfruttata nel caso dell’acciaio - di aggiustamenti successivi.

  • Bassa adattabilità alla produzione in grande scala:

E’ dovuta principalmente alla lentezza intrinseca del processo di lavorazione.

I tempi necessari per il raffreddamento e per le reazioni chimiche sono difficilmente riducibili senza andare incontro rispettivamente a fragilità del pezzo e ad incontrollabilità del processo. Per mantenere elevata la produzione occorrerebbero quindi più linee in parallelo, difficili da coordinare nella pratica, tanto che generalmente si cercano di evitare processi che richiedano più di due linee in parallelo.

  • Comportamento a crash

Mentre i metalli collassano per deformazione plastica, i compositi subiscono una combinazione di processi di frattura. Ciò, in combinazione con la struttura interna fortemente anisotropa, determinata da resine, fibre, e processi di lavorazione, rende la modellazione di questi materiali estremamente complessa ed il loro comportamento a crash difficilmente prevedibile.

  • Necessità di sviluppo di tecniche di riparazione specifiche;
  • Elevati costi ambientali nella produzione delle fibre.

Una tecnologia promettenete è il processo di liquid molding.

Le fibre di rinforzo vengono posizionate in una matrice chiusa; è iniettata la resina liquida, che deve rimanere fluida abbastanza a lungo da riempire tutti i vuoti e raggiungere tutte le parti interne alla matrice. Dopo l’essiccamento può avvenire la rimozione della struttura ormai solida e la ripetizione del processo.

Il vantaggio principale è costituito dalla possibilità di integrare più parti con una drastica riduzione del numero di componenti (teoricamente si può arrivare anche ad un totale di 5 componenti).

I ritmi produttivi sono tuttavia ancora molto lenti: circa 15 minuti per parte contro i 17 secondi necessari per lo stampaggio delle lamiere d’acciaio. Ciò rende tale tecnologia ancora inadatta ai regimi di produzione propri dell’industria automobilistica.

 
 
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