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Materiali compositi in fibra: GFRP e CFRP
I materiali compositi in fibra come la GFRP (plastica rinforzata con fibra di vetro) e la CFRP (plastica rinforzata con fibra di carbonio) hanno fatto il loro ingresso nel mondo dell’ingegneria e della progettazione industriale in tempi relativamente recenti. Essendo lavorabili con una maggiore precisione rispetto ai metalli, costituiscono delle comuni alternative all'acciaio legato e materiali simili. Inoltre, entrambi i polimeri sono molto leggeri e particolarmente resistenti.
Approfondiamo i motivi per cui nell’ambito della ripassatura di GFRP e CFRP sono necessari degli utensili per troncatura e rettifica specifici e la loro correlazione con il fenomeno della sfilatura e spieghiamo in che modo la polvere derivante dalla lavorazione di materie plastiche rinforzate con fibre può rivelarsi un prodotto di scarto molto utile e come pulire CFRP e GFRP dalle impurità.
Le proprietà di GFRP e CFRP: ideali per piccole serie e la prototipazione
Le materie plastiche rinforzate con fibra di vetro e carbonio fanno parte della categoria dei semilavorati e vengono trattate con diversi metodi di produzione, come lo stampaggio a spruzzo, la laminatura manuale o il cosiddetto stampaggio a iniezione di resina (RTM, Resin Transfer Moulding). Le resine applicate proteggono le fibre dai fattori esterni e consentono di preservare la forma del componente. Al contrario dei metalli, che in seguito a processi come l’imbutitura non richiedono alcuna lavorazione aggiuntiva, per CFRP e GFRP è necessaria un’intensa ripassatura. Analizzando i materiali in termini di efficienza, si può affermare (anche se in maniera piuttosto generica) che le materie plastiche rinforzate con fibre di vetro si rivelano meno costose nell’ambito di piccole serie o produzioni singole, mentre per la produzione in serie è più conveniente ricorrere a componenti in metallo.
Campi d’impiego delle materie plastiche: ottime anche sulla terraferma
Il settore della costruzione di navi è uno dei campi d’impiego più comuni soprattutto per la GFRP, di cui gli ingegneri apprezzano la buona malleabilità, una proprietà particolarmente utile per le costruzioni leggere di imbarcazioni di qualsiasi tipo. Che si tratti di produrre laminati su misura, scafi personalizzati o alberi e altre strutture, la GFRP e la CFRP sono diventati due materiali irrinunciabili per questo campo in cui peso e resistenza contano in egual misura. Ogni esperto dei settori della costruzione di macchine e impianti è consapevole dei vantaggi derivanti dall’ottima malleabilità di entrambi i polimeri. È soprattutto nella personalizzazione di soluzioni per l’incapsulamento che GFRP e CFRP dimostrano la loro duttilità.
Gli ingegneri dell’industria degli aeromobili attribuiscono invece molta importanza alla rigidità e alla resistenza dei componenti. La CFRP si rivela più adatta a questo campo grazie alla sua struttura leggera che garantisce un buon livello di efficienza energetica. Una caratteristica che tenuta molto in considerazione anche dai costruttori di pale eoliche. Poiché dalla leggerezza dei componenti deriva un movimento efficiente in termini energetici, la CFRP trova sempre maggiore impiego anche nell’industria automobilistica.
La lavorazione di GFRP e CFRP: l’importanza della ripassatura
Lavorare le materie plastiche rinforzate con fibre è una vera e propria sfida a causa della disomogeneità del materiale e le caratteristiche estremamente diverse di fibra e matrice. La fibra è inoltre molto abrasiva, ragione per cui è sempre necessario preventivare un'elevata usura dell’utensile. Trattandosi di polimeri, entrambi i materiali presentano una conducibilità termica ridotta. Occorre pertanto garantire l'espulsione del calore e, idealmente, il raffreddamento durante la lavorazione. Solo in questo modo è possibile prevenire effetti negativi come la dilatazione termica o elevate pressioni di serraggio.
La lavorazione di CFRP e GFRP comporta dei rischi particolari a causa delle particelle di polvere prodotte dalla troncatura e la rettifica dei polimeri, soprattutto nell’ambito di lavori manuali eseguiti senza la protezione di una macchina. Oltre a incrementare il rischio di esplosione e incendio, queste polveri sono pericolose anche per altri motivi: è quindi assolutamente necessario prevenirne l’inalazione indossando dei dispositivi di protezione individuale e una mascherina adeguata ed evitare l’esposizione della pelle a GFRP/CFRP nelle aree di lavorazione con una buona attrezzatura di protezione.
La troncatura della plastica rinforzata con fibre: fine del ciclo di vita
Per segare le materie plastiche rinforzate con fibre, occorre prima delaminare la superficie di taglio tenendo conto di eventuali inclinazioni del materiale e garantendo al contempo un raffreddamento sufficiente. La scelta dell’utensile dipende dal risultato desiderato: per una semplice troncatura di entrambi i materiali (ad es. per smaltirli), basterà una normale sega. Il taglio dei profili e i lavori di precisione richiedono invece degli utensili diamantati specifici per tagliare il materiale in maniera ancora più accurata.
Sia la CFRP che la GFRP tendono a sfilarsi, pertanto l’utensile deve essere scelto con criterio, rivolgendosi eventualmente a un esperto.
La rettifica di GFRP e CFRP: una quantità ridotta di trucioli
I componenti in materie plastiche rinforzate con fibre vengono generalmente realizzati in forma semifinita. In questo contesto, i processi di truciolatura come la rettifica producono una quantità di trucioli piuttosto ridotta. Spesso CFRP e GFRP vengono infatti solamente sbavate, rifilate, forate o provviste di cave. Per quanto riguarda la pressione e la velocità della lavorazione, vale quanto segue:
- Valori eccessivi potrebbero dimostrarsi controproducenti, in quanto causerebbero la fusione dei polimeri. Che si tratti di sbavatura, rettifica per asportazione o sgrossatura, la velocità e la pressione di contatto devono essere rispettivamente bassa e moderata. Prima della lavorazione occorre inoltre identificare il tipo di plastica impiegata, poiché un materiale termoplastico reagisce diversamente rispetto alla plastica termoindurente. In entrambi i casi, l’azione altamente abrasiva delle materie plastiche rinforzate con fibre causerà una rapida usura degli utensili di rettifica e troncatura.
- È quindi fondamentale impiegare un utensile dalla qualità ottimale come ad esempio un utensile diamantato (legato galvanicamente o dotato di rivestimento PCD). Le sue ampie cavità per trucioli agevolano la lavorazione dei polimeri rinforzati in fibre nonché le frese rotative con geometrie speciali.
- Anche gli utensili per la lavorazione dell’alluminio possono rivelarsi utili. Proprio come l’alluminio, anche CFRP e GFRP tendono a ungere la strumentazione. Utensili abrasivi a pori aperti, utensili con rivestimenti abrasivi e grana in silicio estremamente tagliente rappresentano quindi una buona opzione per una lavorazione precisa dei materiali compositi.
- L’utilizzo dei dispositivi di protezione individuale è essenziale anche in questo caso: le particelle dei polimeri sono un pericolo per la salute dei dipendenti.
Uno sguardo al futuro: la saldatura di CFRP e GFRP
Al contrario dei metalli, le materie plastiche rinforzate con fibre non sono saldabili con i metodi tradizionali. Le procedure di giunzione mediante laser dei materiali compositi in fibra stanno prendendo sempre più piede, ma al momento trovano impiego solo nel campo della ricerca. Attualmente, tra i metodi consolidati a livello industriale rientra la giunzione ad accoppiamento geometrico e di materiale, che prevede l’incollaggio, la chiodatura o l'avvitamento in massa dei materiali rinforzati in fibre.
La lucidatura di GFRP e CFRP: quando la polvere non rappresenta uno scarto
La lucidatura è una rettifica estremamente fine e richiede utensili e materiali abrasivi in grado di chiudere anche i più piccoli pori delle superfici in GFRP e CFRP. Durante questa operazione, una parte del materiale asportato si volatilizza, mentre l’altra riempie pori e scanalature delle materie plastiche rinforzate con fibre. Ricorrendo alla cera è possibile quindi praticare un’ulteriore sigillatura.
La questione del grado di sporcizia: la pulizia di CFRP e GFRP
I professionisti lo sanno bene: le materie plastiche rinforzate con fibre rendono spesso difficile la distinzione tra detergenti, agenti protettivi e lucidanti. Alcune sostanze smerigliano il materiale per rimuovere lo sporco, mentre altre sigillano le superfici eseguendo una smerigliatura più leggera. Nel processo di conservazione delle superfici in GFRP e CFRP, le transizioni fra le diverse fasi di pulizia, lucidatura e sigillatura sono molto fluide. A seconda di componente e fibre, vengono impiegati utensili e materiali abrasivi con pressioni di contatto e velocità di rotazione specifiche.
FAQ: informazioni fondamentali sulle materie plastiche rinforzate con fibre
Nell’ambito della lavorazione delle materie plastiche rinforzate con fibre, quali prodotti/tecnologie raccomandate di impiegare per conseguire dei buoni risultati?
Quale velocità di taglio occorre impostare per la troncatura di GFRP e CFRP?
È necessario indossare una mascherina durante la lavorazione di plastiche rinforzate con fibre?
Quali materiali abrasivi sono più adatti a rettificare superfici in plastica o GFRP con un eccentrico?
Hai altre domande riguardo alla troncatura e alla rettifica di CFRP e GFRP?
I nostri esperti sono a tua disposizione per una consulenza.