Studio del processo produttivo di materiali compositi per il settore automobilistico. Messa a punto della strumentazione e dei metodi per il controllo qualità nella produzione di materiali compositi

Riassunto
In questa tesi è stato condotto un processo di ricerca e controllo qualità delle materie prime e dei 
processi di lavorazione e produzione di  materiali compositi nel settore automobilistico. Dopo una 
prima fase di messa a punto dei metodi di caratterizzazione si è passato allo studio delle materie 
prime osservando come tutti i vari studi e parametri potessero essere utili per valutare le proprietà 
dei pezzi e i loro cicli di lavorazione.
I metodi di caratterizzazione usati, sono stati le prove meccaniche sui pezzi finite o sulle 
miscele e resine indurite. Per quanto riguarda la materie prime inoltre sono state condotte prove 
di reattività e viscosità sulla resina e sulla miscela usata in produzione. Di pari passo a queste 
operazione condotte periodicamente se ne sono inserite altre di studi sul processo produttivo.
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Introduzione
Nel corso di questi anni, sta assumendo una sempre maggiore importanza all'interno delle ditte
che operano nel settore industriale e dei materiali compositi, la presenza di un reparto di 
controllo qualità che vada dalle materie prime utilizzate passando per il processo produttivo, 
fino al prodotto finito. La ditta Trucker Subforniture Material s.r.l  si inserisce perfettamente in 
tale contesto, in quanto sorta dopo la cessazione delle attività della precedente ditta Fasern-
Lander di Vigonza, che era una grossa produttrice di manufatti in vetroresina a livello 
nazionale. In tale ditta il processo di controllo qualità era presente e ben organizzato con due 
laboratori di prove meccaniche e chimiche sulle materie prime e sui prodotti finiti, ma anche 
riguardo al processo di produzione sulla base di quanto stabilito dalla normativa ISO 9000.
La ditta Trucker nasce nel 2008 come filiazione della ditta Fasern. I manufatti stampati sono 
costituiti principalmente da resina poliestere o epossidica rinforzate con fibre di vetro,
carbonio, kevlar. Nella fase di stampaggio sono presenti 6 presse che vanno da 200 a 750 tons. 
Tali presse sono idonee allo stampaggio con varie tecnologie quali: RTM a compressione, 
VARTM, VARI, wet -molding, stampaggio a compressione di SMC e BMC. Di tutte queste, al 
momento quelle sfruttate sono la RTM a compressione a stampo aperto e la SMC. Come 
tipologia di prodotti la ditta opera nel settore automotive e ferroviario. Tra i clienti spicca la 
IVECO per la quale la ditta Trucker produce la quasi totalità dei tetti in vetroresina presenti nei 
veicoli industriali IVECO. La ditta Trucker dispone di un sistema interno di qualità consolidato 
e modellato sulla base delle esigenze dei clienti principali. Tuttavia molte ditte che 
commissionano lavori richiedono la certificazione ufficiale a livello europeo. Questa tesi ha lo 
scopo di chiarire come il tirocinio condotto presso tale ditta dal sottoscritto, sia stato un inizio
di questo processo di certificazione secondo normativa ISO 9000 . Il tirocinio si è indirizzato 
ad avviare tale certificazione sulla base di uno studio delle materie prime e del processo 
produttivo della ditta. La tesi si sviluppa in quattro parti:
1 CAPITOLO: Descrizione  delle materie prime utilizzate nel produzione della vetroresina;
2 CAPITOLO: Studio del processo produttivo e alcune sue particolarità. 
3 CAPITOLO: Spiegazione dei fondamenti, delle regole e delle valutazione che stanno alla 
base di un sistema di qualità ISO 9000
4 CAPITOLO: Studio delle proprietà chimiche e meccaniche delle materie prime e dei prodotti 
finiti e relazioni con il controllo qualità.
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Capitolo 1
Materie Prime
Si riportano di seguito le materie prime utilizzate per produrre la vetroresina, e le loro 
proprietà. Viene descritta la loro composizione chimica e le loro caratteristiche fondamentali
(tra le quali le proprietà meccaniche) ai fini della produzione, oltre che da un punto di vista 
economico e strutturale.
1.1 Matrice a base termoindurente
Nella strutturazione dei materiali compositi vi è sempre un materiale presente in maniera 
predominante sugli altri. Nel caso della vetroresina si tratta della resina termoindurente stessa. 
Essa una volta reticolata determina le caratteristiche strutturali del pezzo e le proprietà 
plastiche. La resina usata principalmente è una normale resina poliestere insatura a base 
ortoftalica. Tuttavia vi è anche la produzione di pezzi in resina epossidica, o di resina poliestere
ma con caratteristiche di autoestinguenza.
1.1.1 Resina poliestere insatura a base ortoftalica
Le resine poliesteri sono sostanze liquide con una viscosità relativamente bassa, il cui aspetto 
varia a seconda dei tipi e degli additivi che  contiene, dal limpido incolore al roseo leggermente 
opalescente. Le resine poliestere insature a differenza delle comuni resine poliestere hanno la 
caratteristica di essere termoindurenti. Questo è dovuto alla presenza nella catena di doppi 
legami in grado di dare luogo tramite una reazione radicalica al processo di reticolazione.  In 
dipendenza del tipo di monomeri utilizzati la resina finale avrà varie proprietà meccaniche
possibili. I monomeri del poliestere insaturo sono: anidride ftalica, anidride maleica o acido  
fumarico, e glicole. La reazione del glicole (che può essere qualsiasi) con le anidridi e l'acido 
porta alla formazione del gruppo estere, mentre la presenza del doppio legame è da attribuire 
all'anidride maleica o all'acido fumarico. L'anidride ftalica conferisce rigidità alla catena 
polimerica. Tali resine sfruttano il fatto che il solvente è reattivo. Il solvente di cui si parla è lo 
Figura 1.1 Formula di struttura di una generica resina poliestere insatura
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stirene, il quale all'atto della reticolazione partecipa alla formazione dei legami tra le varie 
catene poliestere. Nell'uso comune si viene ad avere un residuo secco del 60% circa. Tale 
parametro risulta essere importante, in quanto da esso dipendono le proprietà della resina. 
Infatti all'aumentare di quest'ultimo aumenta la viscosità della resina e quindi la lavorabilità.
Questo parametro tuttavia è poco indicativo in quanto la miscela caricata con una notevole 
quantità di carbonato di calcio deve la sua viscosità sopratutto al tenore di carbonato di calcio e 
non al residuo secco. È la reattività intrinseca della resina che vede la dipendenza maggiore 
dalla concentrazione del residuo secco. Unito a ciò va anche legato il grado di insaturazione 
medio delle catene. Da tutti questi fattori pertanto vanno valutate le opportune quantità di 
resina, catalizzatore e accelerante nel momento stesso in cui si va in produzione, perché a ciò 
sono legati i tem pi di ciclo, e le temperature degli stam pi. Si utilizza una resina ad alta 
reattività. 
1.1.2  Resina epossidica
Le resine epossidiche sono resine che possono essere liquide o quasi solide a seconda del DP 
ovvero della lunghezza delle catene. Esse prendono questo nome per la presenza di gruppi 
epossidici nella catena. Si può passare da un liquido a bassa viscosità per DP bassi, fino a un 
solido con transizione vetrosa per DP elevati creando le vari classi di resine epossidiche che 
trovano impiego in vari settori da rivestimenti, compositi, adesivi, settore elettronico. La classe 
che trova impiego nel settore dei materiali compositi sono le LER (liquid epoxy resin). Esse si 
ottengono principalmente dalla reazione tra epicloridrina e bisfenolo A. 
Si opera in eccesso di epicloridrina in modo da avere alle estremità della catena il gruppo
funzionale epossidico.  Questo fatto è importante per avere appunto successivamente la 
reticolazione. È logico pensare che tanto più il PM medio delle catene sarà basso tanto più 
elevato sarà il numero di gruppi epossidici liberi alle estremità della catena, incrementando 
quindi la reattività della resina. La reticolazione per la strutturazione del gruppo epossidico in 
se può essere fatta a mezzo di vari agenti reticolanti. Principalmente si usano: ammine primarie 
e secondarie, acidi carbossilici, anidridi organiche. Nella fattispecie viene usata l'anidride 
metildianica. Per tali resine similmente a quanto avviene nelle poliestere insature, può essere 
impiegato un solvente reattivo per ridurre la viscosità  e rendere la resina più facilmente 
processabile. Il solvente in questo caso sono epossidi monofunzionali che quindi non possono 
Figura 1.2 Formula di struttura di una resina epossidica
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reticolare ma sono reattivi nei confronti della resina e quindi non rimangono segregati o non 
danno rigonfiamenti una volta terminata la reazione di reticolazione. Gli anelli aromatici del 
bisfenolo A conferiscono buone proprietà termiche e di resistenza meccanica anche ad alte 
temperature, mentre i gruppi idrossilici e quelli alifatici in catena forniscono rispettivamente
proprietà adesive e flessibilità.
1.2 Agenti reticolanti
Come già accennato precedentemente, unitamente alla resina vi sono altri componenti che 
vanno a influenzare la reattività della resina. Quelli riportati di seguito sono quelli che vengono 
utilizzati specificatamente nel caso delle resine poliestere insature da parte della ditta. A tale 
categoria appartengono: accelerante, iniziatore e ritardante. 
1.2.1 Acetil aceton perossido
Si tratta di un perossido organico, di nome commerciale Luperox K3. Esso svolge il compito di 
iniziatore nella reazione di reticolazione in quanto si tratta di una polimerizzazione radicalica 
vinilica con meccanismo a catena. Esso svolge un ruolo da iniziatore perché appunto partecipa 
alla reazione di iniziazione del processo radicalico, quindi si comporta da generatore di 
radicali.
È tra i più energici iniziatori di tipo perossidico, in quanto tende a decomporre facilmente per 
dare due radicali acetil acetonici. Viene impiegato proprio a seguito della sua elevata reattività 
per produrre molti pezzi al giorno e quindi per favorire un'alta produttività. Da luogo a tempi di 
gelificazione e di delta corti che si prestano a lavorazioni veloci, assicurando un'ottima stabilità
strutturale anche solo dopo 10 minuti dall'iniezione della miscela di reazione nello stampo.
1.2.2 Ottoato di cobalto
Si tratta di un sale di cobalto, utilizzato come accelerante nel corso della reticolazione. In 
particolare si utilizza una soluzione al 6% di cobalto. Sfrutta la caratteristica del cobalto di 
favorire la decomposizione del perossido usato per la catalisi. La coppia accelerante-iniziatore 
è una coppia redox dove il cobalto fa da specie riducente nei confronti del legame perossidico 
Figura 1.3 Formula di struttura dell'Acetil Aceton Perossido