Laminati in fibra metallica realizzati mediante il processo VARTM

Centro di ricerca di Langley, Hampton, Virginia

I laminati in fibra metallica (FML) sono materiali multicomponente che utilizzano metalli, fibre e resine a matrice. Adattare le loro proprietà è facilmente ottenibile variando uno o più di questi componenti. Sono stati sviluppati due nuovi processi per la produzione di FML utilizzando lo stampaggio a trasferimento di resina assistito dal vuoto (VARTM).

I tipici FML vengono preparati impilando strati alternati di lamine metalliche e preimpregnati di resina fibra/matrice, seguiti dal consolidamento in una pressa o in un'autoclave. Gli FML costituiti da fogli di alluminio e preimpregnati in fibra aramidica/epossidica sono stati sviluppati per la prima volta negli anni '80 e poi, nel 1991, sono stati introdotti gli FML con fibre di vetro invece di fibre aramidiche.

Gli attuali FML disponibili in commercio possono essere costosi da produrre e le dimensioni delle parti sono limitate a causa del preimpregnato richiesto e dell'uso di un'autoclave o di una pressa per il consolidamento. Tuttavia, l’infusione di resina liquida negli strati di tessuto asciutti esclusivamente mediante pressione del vuoto per produrre materiali di alta qualità si è rivelata un processo più conveniente per la preparazione dei compositi. VARTM utilizza un mezzo di distribuzione del flusso per consentire alla resina di procedere rapidamente sulla superficie per tutta la lunghezza della parte, seguito da un'infusione più lenta attraverso lo spessore attraverso la parte, diminuendo così i tempi di infusione.

È stato sviluppato un processo VARTM per FML che utilizza piccoli percorsi di flusso negli strati metallici per consentire l'infusione di resina attraverso lo spessore. I materiali prodotti da questo processo sono indicati come VARTMFML. Un secondo processo VARTM sviluppato per FML utilizza tessuti porosi rivestiti in metallo per consentire l'infusione attraverso lo spessore. Questi laminati sono indicati come VARTMPCL. Per ciascun processo è possibile selezionare numerose combinazioni di metallo, fibra e resina per personalizzare il materiale per applicazioni specifiche.

La lavorazione di VARTMFML prevede l'impilamento di strati alternati di lamine metalliche contenenti percorsi di flusso della resina e tessuto di rinforzo. La preforma di lamina metallica/tessuto viene quindi infusa con una resina tramite un processo VARTM. Il VARTMFML fornisce buone proprietà meccaniche che possono essere ottimizzate mediante un'adeguata selezione di lamina metallica, fibra, resina, nonché dimensioni e distribuzione dei percorsi.

La lavorazione di VARTMPCL richiede innanzitutto la produzione dei tessuti rivestiti in metallo. Il tessuto è rivestito con uno strato metallico mediante un processo di deposizione al plasma accoppiato induttivamente. Lo strato metallico prodotto è poroso in modo che gli strati impilati di tessuto rivestito di metallo possano essere infusi per produrre nuovi FML. Le polveri metalliche vengono iniettate assialmente nel plasma inerte di argon/elio a basse pressioni. Quando le particelle attraversano il plasma, diventano goccioline parzialmente fuse. Queste goccioline metalliche incidono sul tessuto ricevuto a bassa velocità, raffreddandosi rapidamente e formando un legame metallo-tessuto. Il vantaggio del VARTMPCL è molto probabilmente un miglioramento delle proprietà funzionali, inclusa la conduttività elettrica (ad esempio, protezione contro i fulmini) o conduttività termica (ad esempio, riscaldamento per lo sbrinamento) rispetto al composito a matrice polimerica madre.

Questo lavoro è stato svolto da BJ Jensen, RJ Cano, SJ Hales, BW Grimsley e ES Weiser del Langley Research Center; e JA Alexa di Lockheed Martin Engineering and Sciences. LAR-17165-1/485-1/-2

Questo articolo è apparso per la prima volta nel numero di agosto 2015 della NASA Tech Briefs Magazine.

Leggi altri articoli da questo numero qui.

Leggi altri articoli dagli archivi qui.

SOTTOSCRIVI