I materiali compositi in fibra, noti anche come compositi, sono costituiti da due componenti principali: fibre di rinforzo e una matrice di supporto. Le fibre forniscono la resistenza necessaria, mentre la matrice stabilizza le fibre e ne esalta le proprietà. L’interazione di questi componenti dà vita a materiali che presentano proprietà meccaniche e fisiche di gran lunga migliori rispetto alle loro singole parti.
Questo rende i compositi in fibra ideali per le applicazioni che richiedono leggerezza, resistenza e resilienza. La struttura di un composito di fibre, compresi l’angolo delle fibre, la frazione di volume e l’ordine degli strati, può essere regolata a seconda dell’applicazione per garantire prestazioni ottimali.
Per i compositi di fibre tecniche si utilizzano tre tipi di fibre principali:
Queste fibre sono spesso lavorate sotto forma di fibre continue e formate in tessuti, trecce o tappeti per facilitare la manipolazione nella produzione di materiali compositi.
La matrice in un composito di fibre tiene insieme le fibre e trasferisce i carichi alle fibre. Esistono due tipi principali di materiali a matrice:
La scelta della matrice dipende dai requisiti di resistenza, lavorazione e applicazione finale.
Le fibre di carbonio sono ottenute da materiali contenenti carbonio in un complesso processo industriale. Si caratterizzano per l’elevata resistenza, la rigidità e il basso allungamento a rottura. I compositi in fibra di carbonio sono estremamente stabili dal punto di vista dimensionale, anche se esposti a variazioni di temperatura, e hanno un coefficiente di espansione termica da basso a negativo. Ciò significa che mantengono la loro forma anche a temperature elevate. Inoltre, le fibre di carbonio sono elettricamente e termicamente conduttive, non magnetiche e trasparenti ai raggi X, il che le rende ideali per le applicazioni high-tech come l’aerospaziale, la tecnologia medica e l’ingegneria automobilistica.
Le fibre di vetro sono le fibre di rinforzo più utilizzate al mondo, soprattutto grazie al loro favorevole rapporto qualità-prezzo. Offrono buone proprietà meccaniche e sono chimicamente resistenti. Le fibre di vetro sono spesso utilizzate nell’industria elettronica per i circuiti stampati (PCB) e sono note per le loro proprietà dielettriche. A seconda delle esigenze, è possibile utilizzare diversi tipi di fibra di vetro per ottenere una maggiore resistenza meccanica o termica. I materiali compositi in fibra di vetro sono spesso chiamati GRP (glass fiber reinforced plastic).
Le fibre aramidiche hanno proprietà uniche che le rendono particolarmente adatte alle applicazioni che richiedono un’elevata stabilità dimensionale. Hanno un coefficiente di espansione termica negativo, il che significa che si restringono quando vengono riscaldate. Questa proprietà consente di produrre componenti estremamente precisi. Le fibre aramidiche offrono anche una maggiore resistenza agli urti rispetto alle fibre di carbonio e sono particolarmente adatte quando è richiesto un elevato assorbimento di energia, ad esempio negli indumenti protettivi o nei componenti critici per la sicurezza. Tuttavia, la loro resistenza specifica e il loro modulo di elasticità sono leggermente inferiori a quelli delle fibre di carbonio. I compositi aramidici sono spesso chiamati AFK (plastica rinforzata con fibre aramidiche).