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Produzione del carbonio
La fibra di carbonio e la pelle
Si parte da un sottile filo di carbonio (5-8 μm) che viene intrecciato fino a produrre un panno (la pelle) la cui consistenza è comunque morbida, proprio come un tessuto.
Più pelli vengono poi disposte nello stampo la cui forma è quella dell'oggetto da realizzare. Il posizionamento delle pelli è molto importante in quanto è il procedimento che conferisce le caratteristiche meccaniche all'oggetto che si sta realizzando: l'orientamento dei fili che compongono le pelli, deve essere nella direzione di applicazione delle sollecitazioni.
Le caratteristiche meccaniche sono anche determinate dal numero di pelli che vengono sovrapposte una sull'altra.
Ogni intreccio di filamenti di carbonio costituisce un insieme formato dall'unione di molte migliaia di filamenti.
La fibra di carbonio può essere prodotta utilizzando diverse tecniche, la più diffusa è quella per trattamento della fibra di poliacrilonitrile (PAN).
Nella produzione della pelle, possono essere impiegato anche fili di altri materiali, oltre al carbonio, come fili di kevlar, inpiegati sulla base dell'utilizzo che quel componente in carbonio andrà a svolgere e alle relative sollecitazioni che dovrà sopportare.
Lo stampo nell'autoclave
Nello stampo, le pelli vengono sovrapposte in modo da orientare più filamenti lungo le linee di sollecitazione. Nello stampo insieme ai vari strati di fibra viene anche inserita la resina epossidica, un particolare collante liquido la cui funzione è legare le fibre.
A questo punto, lo stampo viene chiuso e inserito in una autoclave dove il calore e la pressione faranno solidificare le fibre: più elevata sarà la pressione interna alla quale vengono sottoposte le pelli e la resina, e migliore sarà il risultato finale.
All'interno, un palloncino (vescica), viene gonfiato per permettere alle pelli di comprimersi contro le pareti dello stampo. Più è alta la pressione e migliore sarà il prodotto finale. Le lavorazioni migliori sono a sei, sette atmosfere e sono apprezzabili per la struttura pulita, liscia e regolare che evidenziano una volta terminata la lavorazione. A pressioni basse il risultato può essere ugualmente efficace in termini meccanici (dipende sempre dal tipo di fibra e dalle pelli utilizzate) ma spesso si deve ricorrere a rendere liscia la superficie che poi deve essere necessariamente sottoposto verniciatura.
Maggiore è la pressione e minore aria resterà all'interno del composito.
Il carbonio non è tutto uguale
Il carbonio, come abbiamo visto, è un materiale con il quale si può realizzare qualsiasi cosa. Ovviamente, la realizzazione di un componete ornamentale in carbonio avrà delle caratteristiche completamenti differenti dal carbonio prodotto per un telaio di bicicletta da corsa o per un telaio di una mountain bike o di un componente aeronautico.
Il segreto sta nella lavorazione. Il filo della fibra di carbonio, è sempre lo stesso con le stesse caratteristiche sia che venga utilizzato nelle realizzazione di un oggetto d'arredo o per realizzare un telaio di una bicicletta da corsa di altissima gamma.
Prima della lavorazione finale all'interno dell'autoclave, la produzione della pelle è molto importante.
Ecco un elenco di alcuni fattori che incidono sulla qualità del carbonio:
- come viene intrecciato il filo nel formare la pelle;
- la dimensione della pelle;
- gli orientamenti della pelle secondo le linee di forza;
- il numero delle pelli utilizzate.
Il carbonio, quindi, è un ottimo materiale, leggero, resistente ed affidabile (tanto che viene costruita l'intera struttura del boeing 787, aeroplano commerciale di lungo raggio).
Non solo il telaio, ma attenzione anche ai vari componenti
Oltre alla produzione del componente in carbonio, è importante anche l'assemblaggio dei componenti stessi a formare il manufatto finale. Nel caso di un telaio da bicicletta. è importantissima l'operazione di saldatura dei tubi tra di loro.
Oltre alla saldatura dei vari componenti in carbonio, bisogna prestare attenzione all'assemblaggio di componenti in carbonio con componenti di altri materiali (ad esempio la minuteria che, nelle biciclette regge il deragliatore), per via del differente potenziale elettrico tra i due componenti che provocava la rottura della giunzione.
Inconveniente ora risolto andando a interporre del materiale isolante.
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