Fibra di carbonio o fibra di vetro?

Nel settore dei materiali compositi, i clienti spesso richiedono la fibra di carbonio, quando in realtà la fibra di vetro è un materiale ad alte prestazioni più adatto alle loro esigenze. Qui Kim Sjödahl, vice-presidente senior per il segmento Ricerca & Sviluppo e Tecnologie presso Exel Composites, produttore di materiali compositi, spiega perché la fibra di carbonio non sempre costituisca l’opzione migliore.

La fibra di carbonio è spesso acclamata come il materiale del futuro. Quando le persone pensano alla fibra di carbonio, è probabile che immaginino automobili sportive con porte che si aprono verticalmente o, se si focalizzano sull’industria, pale di turbine eoliche più lunghe di quanto si potesse immaginare in precedenza. Per la maggior parte dei produttori operanti nel settore, la fibra di carbonio è il materiale che suscita l’interesse dei clienti e dei loro progettisti nei confronti dei materiali compositi — prima che si rendano conto che altre soluzioni, come la fibra di vetro, sono più adatte al loro progetto.

Le auto sportive, le bici da strada e le racchette da tennis professionali sono tutte realizzate in fibra di carbonio. Questo perché tali applicazioni richiedono un materiale a bassa densità ed elevata resistenza a trazione per massimizzare i vantaggi in termini di peso. Tuttavia, questo non significa che la fibra di carbonio sia perfetta per ogni applicazione.

Fibra di vetro: le qualità del vetro

In molti casi, quando i clienti sono alla ricerca della fibra di carbonio, il materiale che meglio si adatta alle loro esigenze è, invece, la fibra di vetro. Si potrebbe dire, infatti, che la fibra di vetro, la cui ideazione risale a prima della seconda guerra mondiale, è stato in assoluto il primo materiale ad alte prestazioni. La fibra di vetro ha dimostrato la sua utilità più e più volte, dall’uso nei profili dei telai di porte o finestre ai pali telescopici, dalle applicazioni automobilistiche ai giunti ferroviari e ai radome per telecomunicazioni. Se avete l’impressione che la fibra di vetro sia riservata alla realizzazione di barche a remi, potrebbe essere il momento di dare un’altra occhiata a ciò che può realizzare.

La fibra di vetro ha un’ottima resistenza alla trazione finale, superiore a quella della maggior parte dei metalli. È un ottimo isolante, con un coefficiente di dilatazione termica molto basso, ed è resistente alla corrosione e agli agenti atmosferici. Per esempio, il reattore a fusione ITER, un reattore a fusione in stile tokamak in fase di sviluppo, frutto della collaborazione di 35 Paesi, utilizza anelli di precompressione (PCR) in composito di fibra di vetro per tenere insieme il reattore.

Il reattore a fusione ITER utilizza gli anelli PCR per assorbire la deformazione e la fatigue dei magneti che tengono in posizione il plasma, che viene riscaldato a 150 milioni di gradi centigradi. La fibra di vetro è stata scelta per gli anelli PCR per via delle specifiche proprietà meccaniche ad alte prestazioni del materiale.

La fibra di vetro ha resistito alla prova del tempo. Fin dai suoi primi impieghi nella seconda guerra mondiale, il materiale non è stato ancora sostituito con un’alternativa migliore. Ciò è dovuto in gran parte alle proprietà meccaniche del materiale, unite al costo competitivo e alla flessibilità di progettazione.

Fibra di carbonio e fibra di vetro: soluzioni su misura

Con i materiali compositi, è inoltre importante tenere presente che la scelta non è di tipo binario. Exel Composites offre una gamma di soluzioni composite a pultrusione e pullwinding (pultrusione preceduta dall’avvolgimento delle fibre). Produciamo molti prodotti in fibra di carbonio insieme a combinazioni con fibra di vetro e ibride, dove utilizziamo sia fibre di carbonio che di vetro.

Scegliere il materiale migliore richiede una chiara comprensione dell’applicazione desiderata e delle specifiche del prodotto, quindi, per prima cosa lavoriamo con i clienti per sviluppare una comprensione reciproca. Sulla base di questa comprensione, il fornitore di compositi dovrà utilizzare la sua esperienza in materia di scienza dei materiali per progettare il vostro prodotto composito ideale. Questa discussione dovrà includere i costi, soprattutto perché i materiali grezzi in fibra di carbonio hanno un costo più elevato rispetto a quelli in fibra di vetro.

La personalizzazione di un materiale composito può andare da una specifica miscela di fibre per conferire determinate proprietà, alla gestione dell’allineamento delle fibre fino alla formulazione della resina. Un tubo in fibra di vetro, ad esempio, potrebbe richiedere rinforzi aggiuntivi lungo un lato della geometria. In questo caso, le fibre di carbonio potrebbero essere strategicamente incorporate nel tubo insieme alla fibra di vetro nello stabilimento di produzione per creare una robusta struttura ibrida che soddisfi i requisiti di progettazione, considerando al contempo l’ottimizzazione dei costi.