Caratterizzazione delle proprietà meccaniche di impatto di compositi polimerici basati su PEEK e fibre di carbonio

Tenendo conto del continuo espandersi dei settori d'impiego dei materiali compositi, risulta sempre più indispensabile approfondire il campo della ricerca per la valutazione delle potenzialità applicative di tali materiali. Uno degli aspetti principali per la caratterizzazione dei materiali, è quello di testare le loro proprietà meccaniche attraverso prove di laboratorio. Una di questa è la prova d'impatto che si pone lo scopo di analizzare il comportamento di campioni di dimensioni standard, in condizioni prestabilite di sollecitazione impulsiva, per prevederne la fragilità o la tenacità. Si ricorre alla prova d'impatto per simulare le frequenti situazioni nel mondo reale in cui i materiali si trovano spesso ad assorbire forze applicate in tempi molto rapidi (cadute, colpi, collisioni, ecc.). La determinazione della resilienza, della massima forza applicata e della rigidezza viene effettuata tramite strumenti a pendolo. In questo lavoro di tesi si è posto come scopo la caratterizzazione di tali proprietà per materiali compositi a matrice polimerica e rinforzo fibroso in carbonio. I materiali testati si differenziano tra loro per il tipo di fibra e il grado di cristallinità della matrice polimerica, ottenuto con diversi tempi di raffreddamento. In questo lavoro è stata anche studiata l'influenza di tali fattori sulle proprietà in precedenza citate, individuando il materiale tra quelli forniti con più alte prestazioni all'impatto. I materiali caratterizzati sono stati quattro: 1. Composito basato su PEEK e fibra di carbonio PAN, raffreddato per 40 secondi; 2. Composito basato su PEEK e fibra di carbonio PAN, raffreddato per 55 secondi; 3. Composito basato su PEEK e fibra di carbonio PITCH, raffreddato per 40 secondi; 4. Composito basato su PEEK e fibra di carbonio PITCH, raffreddato per 55 secondi. Le fibre di carbonio PAN si ottengono a partire da un precursore polimerico e sono caratterizzate da un'elevata orientazione dei piani grafitici che le compongono, mentre le fibre di carbonio PITCH sono prodotte da peci organiche e sono caratterizzate da proprietà meccaniche inferiori. Con un tempo di raffreddamento più lungo, che produce una maggiore fase cristallina, si osservano migliori proprietà all'impatto. Per quanto riguarda la fibra di rinforzo, i risultati migliori sono stati ottenuti con fibre di tipo PAN, che mostrano maggiore resistenza rispetto alle fibre PITCH, che sono più fragili. Constatiamo, dunque, che il materiale a più elevate prestazioni è il composito con fibre di carbonio di tipo PAN, ottenuto con tempi di raffreddamento maggiori.