DISTRETTO TECNOLOGICO PER L'INGEGNERIA DEI MATERIALI POLIMERICI E COMPOSITI E STRUTTURE
DISTRETTO TECNOLOGICO PER L'INGEGNERIA DEI MATERIALI POLIMERICI E COMPOSITI E STRUTTURE
Soci IMAST coinvolti:
L’attività di ricerca svolta nell’ambito del progetto PRICE ha riguardato l’applicazione della tecnologia del filament winding alla costruzione di motori per lanciatori spaziali che prevedono la realizzazione di involucri in materiale composito carbon-epossidico.
Nel settore dei motori spaziali, l’Italia partecipa allo sviluppo i primi tre stadi del lanciatore Europeo VEGA. Questi motori prevedono la realizzazione di involucri in materiale composito carbon-epossidico mediante la tecnologia del filament winding. In particolare, l’esigenza della presente ricerca nasce dalla indisponibilità del mercato mondiale di sistemi preimpregnati carbon-epossidici in grado di coniugare alte performances, soprattutto in termini di Tg, elevata maneggiabilità, processabilità e durabilità.
Obiettivi raggiunti
L’obiettivo del progetto è stato raggiunto con lo sviluppo di una resina epossidica capace di soddisfare i requisiti desiderati attraverso la messa a punto di sistemi innovativi di preimpregnati unidirezionali carbon-epossidici sia di tow (fibra di carbonio a 12-18k filamenti impregnata con resina epossidica) che tape (tow affiancati a formare nastri di larghezza e lunghezza variabile). In particolare, nell’ambito del progetto, è stata identificata una formulazione caratterizzata da una elevata shelf-life a temperatura ambiente e da elevate prestazioni termomeccaniche. Due componenti epossidici a base di glicidil etere del bisfenolo-A (DGEBA) ed un diluente reattivo sono stati curati mediante diammino-difenil sulfone (DDS) per controllare le caratteristiche reologiche al variare della temperatura e del grado di conversione. L'agente di cura DDS è stato selezionato per garantire bassa reattività a temperatura ambiente ed elevate prestazioni termomeccaniche del manufatto al termine del ciclo di conversione. Lo studio della cinetica di reticolazione della formulazione epossidica e la correlazione con la viscosità esibita dal sistema in funzione della temperatura e del grado di conversione è stato condotto mediante esperimenti DSC e prove reologiche. I dati calorimetrici sono stati analizzati ed interpretati utilizzando i più diffusi modelli proposti nella letteratura scientifica.
Si è confermato che la reazione procede secondo un meccanismo autocatalitico con ordine totale di reazione 1.8 ed energia di attivazione di 54 KJ/mol. È stato messo a punto un modello per la descrizione dell’impregnazione di un tow di fibra secca passante sotto un rullo. Il modello è basato sull’integrazione dell’equazione di Navier-Stokes e dell’equazione di Darcy. Una volta disponibile il modello, è stato effettuata un’ottimizzazione multiobiettivo del processo di impregnazione, finalizzata a determinare le condizioni ottimali che garantiscano, contemporaneamente, la massimizzazione della quantità di resina infiltrata e la minimizzazione di resina che si spreca durante il processo di calendering.
Indicatori di risultato
