Materiali di rinforzo
I requisiti principali per i materiali di rinforzo utilizzati nei preimpregnati sono:
Buona bagnabilità con la resina;
Buona conformabilità (drappeggiabilità), per soddisfare i requisiti di stampaggio di prodotti con geometrie complesse;
La capacità di soddisfare i requisiti prestazionali chiave del prodotto finale.
Le fibre di rinforzo includono fibre di vetro, fibre di carbonio, fibre aramidiche e altre. Forme comuni di strutture di rinforzo includono fibre unidirezionali, tessuti ad armatura semplice, tessuti ad armatura a saia e tessuti multiassiali.
Materiali della matrice
Le funzioni primarie della matrice resina sono:
Per orientare, posizionare e unire le fibre insieme in un'unità coesa;
Per trasferire lo stress in tutto il prodotto quando è sottoposto a carichi meccanici.
In genere, è difficile che una singola resina soddisfi tutti i requisiti prestazionali-correlati al processo; pertanto, viene generalmente impiegata una combinazione di diverse resine per facilitare le operazioni di lavorazione-ad esempio, combinando diversi tipi di resine epossidiche per regolare la viscosità del sistema di resina a temperatura ambiente o a basse temperature. Le resine epossidiche di tipo fenolico- possono migliorare la reattività e la stabilità termica del sistema di resina, mentre le resine epossidiche di tipo bisfenolo A- possono essere utilizzate per regolarne la viscosità. La ricerca indica che il sistema di resina ottimale per le applicazioni preimpregnate prevede una miscela sinergica di resina epossidica di tipo bisfenolo A- liquida, resina epossidica di tipo bisfenolo A- solida e resina epossidica fenolica.
La selezione dei materiali della matrice deve trovare un equilibrio tra i requisiti prestazionali del materiale composito stesso e le esigenze del processo di produzione. Ad esempio, un requisito fondamentale per i preimpregnati epossidici a fusione a caldo-a temperatura media- è che rimangano non-appiccicosi al tatto durante i mesi estivi e non diventino fragili durante l'inverno. Ciò richiede la regolazione delle proporzioni dei vari componenti all'interno del sistema di resina per garantire che il suo punto di rammollimento rientri nell'intervallo di 36–37 gradi in estate e 30–32 gradi in inverno, controllando contemporaneamente la temperatura di indurimento della resina epossidica. La temperatura di polimerizzazione ottimale varia tipicamente da 120 gradi a 130 gradi, con un tempo di polimerizzazione non superiore a 90 minuti.
Sistema di polimerizzazione
Il sistema di indurimento comprende agenti indurenti, acceleratori, catalizzatori e diluenti, tra gli altri componenti. Considerati i requisiti applicativi dei preimpregnati-in particolare la necessità che abbiano una certa durata di conservazione a temperatura ambiente-il sistema di polimerizzazione utilizza in genere agenti di polimerizzazione latenti. Questi agenti non reagiscono con la resina in condizioni standard di temperatura e pressione; tuttavia, se sottoposti a temperature e pressioni specifiche elevate, catalizzano la reticolazione-e l'indurimento della resina. Questo meccanismo facilita lo stoccaggio stabile dei preimpregnati a temperatura ambiente. Tali agenti indurenti sono tipicamente del tipo disperso; cioè esistono come solidi a temperatura ambiente e rimangono insolubili all'interno della matrice di resina epossidica. Tuttavia, dopo essere stati riscaldati a temperature prossime al punto di fusione, diventano miscibili con la resina epossidica, avviando così una rapida reazione di indurimento.
La funzione primaria degli acceleratori è facilitare la dissoluzione dell'agente indurente all'interno della matrice resinosa e aumentare la velocità della reazione di indurimento. Sono incorporati agenti indurenti per mitigare la fragilità intrinseca della matrice di resina termoindurente e per migliorarne la resistenza agli urti. I diluenti servono principalmente a ridurre la viscosità della resina, migliorandone così la lavorabilità. I catalizzatori vengono utilizzati principalmente per accelerare la reazione della resina durante la fase di polimerizzazione e stampaggio; tuttavia, in condizioni standard di temperatura e pressione, anch'essi rimangono in uno stato "latente"-una caratteristica che si rivela altamente vantaggiosa per le operazioni pratiche di produzione che coinvolgono i preimpregnati.
