Cos'è un materiale composito?
Un materiale composito è una combinazione di due o più materiali distinti che vengono combinati per creare un nuovo materiale con proprietà migliorate. Questi materiali, noti come costituenti o fasi, possono essere diversi in termini di composizione chimica, proprietà fisiche e struttura. I costituenti sono tipicamente indicati come matrice e rinforzo.
Il materiale della matrice agisce come legante o adesivo, tenendo insieme il materiale di rinforzo. Fornisce la struttura, trasferisce le tensioni e protegge il rinforzo. I materiali matrici comuni includono polimeri (come resine epossidiche o poliestere), metalli (come leghe di alluminio o titanio) o ceramica.
Il materiale di rinforzo, d'altro canto, fornisce maggiore resistenza, rigidità o altre proprietà desiderate al composito. I rinforzi sono solitamente sotto forma di fibre, particelle o scaglie e sono incorporati nel materiale della matrice. I materiali di rinforzo comuni includono fibre di carbonio, fibra di vetro, fibre aramidiche o fibre naturali come bambù o canapa.
Combinando questi diversi materiali, i compositi possono presentare proprietà superiori rispetto ai singoli costituenti. Alcuni dei vantaggi dei materiali compositi includono un elevato rapporto resistenza/peso, un'eccellente resistenza alla corrosione, resistenza agli urti, stabilità termica e flessibilità di progettazione.
I materiali compositi trovano applicazioni in vari settori, tra cui quello aerospaziale, automobilistico, edile, marittimo, delle attrezzature sportive e altro ancora. Vengono utilizzati per fabbricare prodotti come componenti di aeromobili, parti di automobili, imbarcazioni, pale di turbine eoliche, articoli sportivi ed elementi di infrastrutture, tra gli altri.
Quali sono i vantaggi dell’utilizzo dei materiali compositi?
L’utilizzo di materiali compositi offre numerosi vantaggi rispetto ai materiali tradizionali come metalli e plastica. Alcuni dei principali vantaggi dei materiali compositi includono:
Elevato rapporto resistenza/peso: i materiali compositi sono noti per il loro eccezionale rapporto resistenza/peso. Sono leggeri ma presentano elevata resistenza e rigidità, il che li rende ideali per applicazioni in cui la riduzione del peso è fondamentale senza compromettere l'integrità strutturale. Questo vantaggio è particolarmente significativo in settori quali quello aerospaziale, automobilistico e delle attrezzature sportive.
Flessibilità di progettazione: i materiali compositi offrono a progettisti e ingegneri maggiore libertà in termini di forma, forma e personalizzazione. Possono essere modellati in geometrie complesse, consentendo la creazione di strutture complesse ed efficienti. Questa flessibilità consente l'ottimizzazione per requisiti prestazionali specifici, portando a design innovativi e funzionalità migliorate.
Proprietà meccaniche su misura: le proprietà meccaniche dei materiali compositi possono essere personalizzate per soddisfare requisiti applicativi specifici. Selezionando diversi tipi di fibre di rinforzo, materiali della matrice e loro combinazioni, il composito risultante può mostrare le proprietà desiderate come resistenza alla trazione, rigidità, tenacità o resistenza all'impatto.
Resistenza alla corrosione: a differenza dei metalli, i materiali compositi sono intrinsecamente resistenti alla corrosione. Non arrugginiscono né si corrodono se esposti a umidità, sostanze chimiche o condizioni ambientali difficili. Questa proprietà estende significativamente la durata di vita delle strutture o dei componenti realizzati in compositi, riducendo i costi di manutenzione e sostituzione.