Un materiale composito è un materiale strutturale avanzato creato dall’unione di due o più materiali diversi che, insieme, acquisiscono proprietà meccaniche superiori a quelle dei singoli componenti. Generalmente è formato da un “rinforzo” (come le fibre) che fornisce resistenza e rigidità, e una “matrice” (come la resina) che tiene unite le fibre, proteggendole e distribuendo i carichi.

La fibra di carbonio è il “rinforzo” più performante tra i materiali compositi. È un filamento sottilissimo (circa 5-10 micrometri, molto più sottile di un capello) composto quasi esclusivamente da atomi di carbonio. Questi atomi sono aggregati in cristalli allineati parallelamente all’asse della fibra, conferendole un’incredibile resistenza e rigidità in rapporto al suo peso bassissimo.

È composto da due elementi principali:

1. Rinforzo: Le fibre di carbonio (sotto forma di tessuto o filamenti unidirezionali).

Matrice: Solitamente una resina polimerica (come la resina epossidica) che impregna e lega le fibre. La resina, una volta indurita (polimerizzata), crea un pezzo unico solido, leggero e incredibilmente resistente.

Sono i tre rinforzi più comuni, ma con proprietà diverse:

• Fibra di Carbonio: La più performante. Offre la massima rigidità e resistenza meccanica con il peso più basso. È anche un buon conduttore di elettricità. È il materiale d’elezione per applicazioni ad alte prestazioni (Motorsport, Robotica, Aerospaziale).
• Fibra di Vetro (Vetroresina o GFRP): È la più economica e diffusa. Ha buona resistenza meccanica e un eccellente isolamento elettrico e termico, ma è significativamente più pesante e meno rigida del carbonio.

Kevlar® (Fibra Aramidica): La sua caratteristica unica è l’enorme resistenza all’impatto e all’abrasione (è usata per i giubbotti antiproiettile). È leggera (più del vetro) ma difficile da tagliare e meno performante del carbonio a compressione.

Si riferisce al comportamento della matrice (la resina) al calore:

• Termoindurente (es. Resina Epossidica): La quasi totalità dei compositi strutturali (inclusi quelli di TR Compositi) usa resine termoindurenti. Attraverso un processo chimico irreversibile (la “polimerizzazione” o “cura”), la resina indurisce e assume la sua forma definitiva. Una volta indurita, non può più essere fusa o rimodellata con il calore.

Termoplastico (es. Nylon, PEEK): Questi polimeri possono essere fusi e rimodellati più volte riscaldandoli. I compositi termoplastici sono un’innovazione recente, apprezzati per la loro riciclabilità e rapidità di stampaggio, ma richiedono processi produttivi molto diversi.

“Pre-preg” è l’abbreviazione di “pre-impregnato”. È un tessuto di fibra di carbonio (o altro rinforzo) che è stato precedentemente impregnato dal produttore con una quantità precisa di resina (solitamente epossidica).

Questa resina è in uno stato “dormiente” (tecnicamente, B-Stage) e viene attivata solo dal calore. Il pre-preg si presenta come un panno asciutto e leggermente appiccicoso, facile da tagliare e posizionare nello stampo.

Vantaggi:

1. Rapporto Fibra/Resina Perfetto: La quantità di resina è controllata industrialmente. Meno resina significa un componente più leggero e più resistente (la resina serve solo a legare, è la fibra che lavora).
2. Qualità e Ripetibilità: Garantisce prestazioni costanti, impossibili da ottenere con la laminazione manuale.
3. Pulizia: Il processo di laminazione è pulito, senza colature di resina liquida.

Svantaggi:

1. Costo: È più costoso del tessuto secco e della resina liquida.
2. Conservazione: Deve essere conservato in freezer a -18°C per bloccare la reazione chimica.

Processo: Richiede una “cura” (polimerizzazione) in forno o in autoclave a temperature precise (es. 80°C – 120°C) e l’uso del sottovuoto.

Laminazione Wet (Manuale): È il metodo tradizionale. Si posiziona il tessuto di carbonio secco nello stampo e si applica manualmente la resina liquida (miscelata con l’indurente) usando pennelli o rulli. È più economico ma è impossibile garantire un rapporto fibra/resina ottimale e si rischia di inglobare bolle d’aria, creando difetti.

Laminazione Pre-preg: Si utilizza il tessuto pre-impregnato (vedi FAQ 6). Il processo è più pulito, preciso e garantisce prestazioni meccaniche superiori. È il metodo usato in Formula 1, in aeronautica e per tutti i componenti strutturali ad alte prestazioni.

È il processo chimico che trasforma la resina dallo stato liquido (o semi-solido nel caso del pre-preg) a uno stato solido e rigido. Questo avviene quando i componenti della resina (es. resina e indurente) reagiscono tra loro. Questa reazione può avvenire a temperatura ambiente (per resine “wet”) o essere attivata dal calore (per i pre-preg in forno o autoclave). È un processo irreversibile.

L’autoclave è un “forno pressurizzato”. È la tecnologia d’eccellenza per la polimerizzazione dei materiali compositi ad alte prestazioni. A differenza di un normale forno, l’autoclave combina due elementi:

1. Temperatura: Scalda il componente (es. 120°C) per attivare la reazione chimica della resina pre-preg.

2. Pressione: Immette una forte pressione (es. 6-7 bar) all’interno della camera.

Sono processi, tipicamente usati con pre-preg specifici (OoA Pre-pregs) o infusione, che permettono di ottenere ottimi risultati usando solo un forno e il sottovuoto, senza la pressione dell’autoclave. Questo riduce i costi e i tempi, rendendo la tecnologia accessibile (è uno dei processi usati da TR Compositi per le sue lastre).

“Vetroresina” è il nome comune del composito che usa fibra di vetro come rinforzo. “Carbonio” è il nome comune per quello che usa fibra di carbonio. La differenza sta tutta nelle prestazioni: il carbonio è molto più leggero, rigido e resistente.

No. È un polimero rinforzato con fibre (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). Non è un metallo, sebbene abbia una rigidità che può superare quella dell’alluminio o dell’acciaio con un peso molto inferiore.

È la misura della rigidità di un materiale. Un modulo alto significa che il materiale è molto rigido e si deforma pochissimo sotto carico (come il vetro). Un modulo basso significa che è flessibile (come la gomma). La fibra di carbonio è famosa per il suo altissimo modulo di elasticità in rapporto al peso.

È la forza massima che un materiale può sopportare prima di rompersi quando viene “tirato” (posto in trazione). La fibra di carbonio ha un’eccezionale resistenza a trazione.

No. A differenza dei metalli, la fibra di carbonio (e la resina epossidica) è chimicamente inerte e non arrugginisce. È totalmente resistente alla corrosione da acqua, sale e molti agenti chimici. Questo la rende ideale per il settore nautico e per ambienti aggressivi.

È il difetto più pericoloso in un composito. Si verifica quando gli strati (le “pelli”) di fibra di carbonio si separano tra loro. Può essere causata da un forte impatto o da un errore nel processo di laminazione. Un pezzo delaminato perde drasticamente la sua resistenza.

Anisotropo significa che un materiale ha proprietà meccaniche diverse a seconda della direzione in cui viene sollecitato. Questo è il concetto fondamentale e il più grande vantaggio del composito.

• Un pezzo di alluminio è “isotropo”: è ugualmente resistente in tutte le direzioni (X, Y, Z).
• Un pezzo in fibra di carbonio è “anisotropo”: la sua massima resistenza e rigidità si ha solo nella direzione in cui sono orientate le fibre.

Questo permette ai progettisti di “disegnare il materiale”: si posizionano gli strati di carbonio (le pelli) solo dove serve e solo nella direzione della forza, eliminando il peso inutile. Una lastra TR Compositi è “quasi-isotropa” perché sovrapponiamo strati con orientamenti diversi (es. 0°/90°/45°) per dare una resistenza bilanciata su tutto il piano.

È un nastro di fibre di carbonio tutte parallele e allineate in una sola direzione (0°). Non è un tessuto. Questo materiale offre la massima prestazione assoluta solo in quella direzione. Viene usato per creare la “spina dorsale” di un componente strutturale.

È un panno (simile a un tessuto tessile) creato intrecciando i filamenti di carbonio. L’intreccio (o “trama”) conferisce al materiale una buona resistenza in più direzioni (es. 0° e 90°) e lo rende più facile da maneggiare e drappeggiare su forme complesse. (Vedi Proprietà Tecniche e Materiali per le differenze tra Twill e Plain).

È un processo produttivo per creare componenti cilindrici o tubolari (come serbatoi, tubi, alberi di trasmissione). Consiste nell’avvolgere filamenti continui di carbonio, impregnati di resina, attorno a un mandrino rotante.

È un processo per creare profili a sezione costante (come barre, tubi quadri, profili a L). Le fibre di carbonio vengono “tirate” (pull) attraverso un bagno di resina e poi attraverso una filiera riscaldata che dà la forma al profilo e polimerizza la resina in continuo.

È una tecnica di laminazione “wet” avanzata. Si posizionano tutti gli strati di tessuto secco nello stampo, si chiude tutto in un sacco a vuoto e poi si usa la depressione del vuoto per “risucchiare” la resina liquida, che va a impregnare uniformemente tutto il laminato. Permette di ottenere un ottimo controllo sulla quantità di resina, migliore della laminazione manuale.

Ha una conducibilità termica relativamente bassa (molto inferiore ai metalli) e, soprattutto, un bassissimo coefficiente di espansione termica (CTE). Questo significa che non si espande e non si contrae con le variazioni di temperatura. Questa “stabilità dimensionale” è cruciale per strumenti di precisione, robotica e telescopi.

È un materiale leggero che viene inserito tra due pelli esterne di fibra di carbonio (come il ripieno di un panino). Il “core” (o anima) serve a distanziare le due pelli: questo aumenta esponenzialmente la rigidità flessionale del pannello, mantenendo un peso bassissimo.

I più comuni sono:

• Nido d’Ape (Honeycomb): In alluminio o Nomex®. Offre il miglior rapporto rigidità/peso in assoluto, ma non è sigillato (può assorbire acqua se non protetto).
• Schiume (Foam): In PVC, PET o poliuretano. Sono a cella chiusa (non assorbono acqua), facili da lavorare e offrono anche un buon isolamento termico. Il PET è molto usato per la sua sostenibilità (riciclato).

È una tecnologia resa famosa da Lamborghini. A differenza dei tessuti tradizionali, si utilizzano “pezzetti” (chopped fibers) di carbonio pre-preg che vengono messi in uno stampo e compressi ad alta pressione e temperatura. Il risultato è un pezzo con un’estetica caotica e “marmorizzata” e con ottime proprietà meccaniche in tutte le direzioni, ideale per forme molto complesse.

Sì, è significativamente più costosa della fibra di vetro o dei metalli comuni (alluminio, acciaio). Il costo è dovuto all’altissima energia richiesta per produrre i filamenti di carbonio (un processo chiamato “pirolisi”). Tuttavia, il suo costo è giustificato dalle prestazioni estreme che offre.

È incredibilmente leggera. La sua densità è di circa 1,5-1,8 g/cm³. Per fare un confronto:

• Carbonio: ~1,6 g/cm³
• Alluminio: ~2,7 g/cm³
• Acciaio: ~7,8 g/cm³

A parità di volume, il carbonio pesa circa il 40% in meno dell’alluminio e oltre il 75% in meno dell’acciaio.

Se protetta correttamente dai raggi UV (con vernici trasparenti apposite o additivi nella resina) e usata entro i suoi limiti strutturali, la fibra di carbonio ha una vita a fatica (resistenza a cicli di carico ripetuti) lunghissima, spesso superiore a quella dei metalli. Non corrode e non invecchia.

Si usa la fibra di carbonio quando l’obiettivo primario è la massima prestazione con il minimo peso. Il suo vantaggio non è solo la leggerezza, ma l’altissimo rapporto tra rigidità e peso e tra resistenza e peso. Permette di creare componenti più leggeri, più veloci, più rigidi e più efficienti.