IT201800003182A1

IT201800003182A1 - Procedimenti per la fabbricazione di componenti strutturali radar-assorbenti per velivoli in materiale composito con inserzione di nanoplacchette di grafene.

Info

Publication number: IT201800003182A1
Application number: IT102018000003182A
Authority: IT
Inventors: Luigi Pisu; Gianni Iagulli; Maria Sabrina Sarto; Fabrizio Marra; Julian Lecini; Alessio Tamburrano
Original assignee: Leonardo Spa
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-01
Also published as: CN111801371A; CN111801371B; WO2019167009A1; US20210001610A1; RU2020131973A; EP3759155B1; ES2916073T3; US11597192B2; EP3759155A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimenti per la fabbricazione di componenti strutturali radar-assorbenti per velivoli in materiale composito con inserzione di nanoplacchette di grafene”

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione si colloca nel settore delle costruzioni aeronautiche e si riferisce, in particolare, a procedimenti per la fabbricazione di parti strutturali aeronautiche in materiale composito, con inserzione di nanoplacchette di grafene, al fine di attribuire ai velivoli specifiche caratteristiche di bassa osservabilità al radar. L’invenzione riguarda anche componenti strutturali radar-assorbenti a larga banda (Jaumann Absorber) in materiale composito con inserzione di nanoplacchette di grafene.

Tecnica nota

È noto l’utilizzo di nanoplacchette di grafite/grafene (GNP) come filler, in concentrazioni variabili, nella produzione di nanocompositi a matrice polimerica aventi proprietà controllate di permettività dielettrica complessa a radiofrequenza. I compositi multifunzionali che si ottengono trovano applicazione nella schermatura elettromagnetica, o come materiali radar-assorbenti (RAM).

Dalla pubblicazione brevettuale WO 2014/061048 A2 è noto un procedimento per la realizzazione di nanocompositi polimerici a base di nanoplacchette di grafite/grafene per applicazioni elettromagnetiche, quali la schermatura e/o l’assorbimento dell’energia associata ai campi elettromagnetici. Il procedimento propone la produzione controllata delle nanoplacchette, da utilizzare come nanofiller in una matrice polimerica.

In particolare, i materiali radar-assorbenti sono in grado di assorbire l’energia associata ad un campo elettromagnetico, presentando un coefficiente di riflessione minimo in bande di frequenza ben definite.

Nella progettazione di componenti a bassa osservabilità al radar, si cerca di selezionare in modo opportuno la concentrazione e le proprietà morfologiche ed elettriche del filler, per ottimizzare le proprietà elettromagnetiche del materiale composito. Più in particolare, si cerca di allargare quanto più possibile la banda di frequenza in cui il materiale riesce ad assorbire l’energia associata al campo elettromagnetico, cioè di ampliare la gamma di frequenze alle quali un determinato componente risulta poco osservabile al radar.

A tale scopo è stata anche proposta l’applicazione di vernici contenenti nanoplacchette di grafene, sulle superfici esterne di velivoli e sono stati fatti tentativi di incorporare le nanoplacchette di grafene nel corpo del componente in materiale composito.

Nel settore della costruzione di aeromobili, per la fabbricazione di elementi strutturali in materiale coomposito, si segue un processo produttivo che comprende la laminazione o deposizione di fogli di fibra di carbonio, vetro o kevlar, già preimpreganti di resina (materiale detto pre-preg) su un attrezzo o stampo di laminazione.

Per introdurre le nanoplacchette di grafene, è stata proposta la tecnica denominata “liquid resin infusion, LRI” o “resin transfer moulding, RTM”.

Questa tecnica prevede l’infusione di resina epossidica, contenente grafene, in una preforma. La preforma viene preparata laminando una sovrapposizione di fogli di fibra (o “plies”) secchi, posti in uno stampo. Tipicamente i materiali utilizzati per realizzare i fogli sono fibre inorganiche, solitamente fibre di vetro o di carbonio. Viene preparata separatamente una resina liquida termoindurente, che viene riscaldata e drogata con il grafene. La preforma secca viene poi coperta con un sacco a vuoto, il quale viene sigillato perimetralmente attorno alla preforma (per il processo LRI) oppure viene inserita in un stampo chiuso a tenuta (per il processo RTM). L’aria viene evacuata dalla preforma porosa, prima di immettere la resina. Viene quindi introdotta la resina nella preforma; la resina è forzata a penetrare nella preforma a causa della differenza di pressione tra la pressione atmosferica, che agisce sulla resina, e il vuoto nella preforma (per il processo LRI), altrimenti la resina è iniettata in pressione nello stampo (per il processo RTM). Infine, Infine, viene applicato un ciclo di polimerizzazione ad alta temperatura e pressione, che fa solidificare la resina.

La presente invenzione nasce dall’osservazione del fatto che infondendo la resina con le inclusioni di nanoplacchette di grafene, le stesse non risultano distribuite uniformemente all’interno del componente finito. La tecnica “Liquid Resin Infusion” non ha dato finora risultati soddisfacenti, perché la resina contenente grafene, penetrando nella preforma secca, viene filtrata dalle fibre dei fogli sommitali. Di conseguenza, una parte notevole del grafene rimane accumulata nella zona sommitale della preforma, ovvero in prossimità dei punti di ingresso della resina, non garantendo dunque proprietà elettromagnetiche uniformi e controllabili al componente.

Sintesi dell’invenzione

Scopo primario della presente invenzione è di ottenere componenti strutturali di velivoli aventi migliorate proprietà di bassa osservabilità al radar. Si desidera, inoltre, ottenere componenti strutturali i quali, oltre a possedere una bassa osservabilità al radar, non presentino una alterazione delle loro proprietà meccaniche, con un aumento di peso trascurabile.

La presente invenzione, a prescindere dalla sua specifica forma di attuazione, propone di ottimizzare la distribuzione e la dispersione delle nanoplacchette di grafene nella massa della preforma, in modo tale da ottenere una distribuzione desiderata, ad esempio una distribuzione uniforme, su tutta la superficie ovvero selettivamente su alcune aree e/o in alcune porzioni dello spessore, con concentrazioni differenziate di grafene, a seconda della specifica zona del componente.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi, che saranno chiariti meglio in seguito, sono raggiunti da procedimenti come definiti nelle rivendicazioni annesse.

In sintesi l’invenzione, secondo una prima forma di attuazione di un procedimento, prevede che le nanoplacchette di grafene vengono dapprima disperse in una miscela a bassa viscosità di polimero compatibile con la resina epossidica e piccole quantità di solvente (questa miscela è nota anche con il nome di resina tackifier) e poi depositate sulla fibra secca che successivamente, a valle della evaporazione del solvente, viene disposta nella preforma, tramite una metodologia descritta nel seguito, prima di infondere resina non drogata nella preforma.

I fogli di fibra possono essere secchi secondo tale forma di attuazione, oppure, in una seconda forma di attuazione, possono essere fogli di prepreg, cioè già preimpregnati di resina artificiale termoindurente. In questo caso la solidificazione del componente avviene non per infusione bensì con il processo tradizionale di polimerizzazione ad alta temperatura con sacco a vuoto e 6 -7 bar di pressione.

Le particelle di grafene possono essere applicate sui singoli fogli, i quali vengono poi laminati, formando una sovrapposizione di fogli di fibra, con ottenimento di una preforma.

A prescindere dalla specifica forma di attuazione, si predispone secondo tale procedimento una pluralità di fogli di fibra di carbonio e/o vetro e/o Kevlar e/o altra tipologia di interesse per uso aeronautico, con opportune deposizioni di nanoplacchette di grafene, al fine di un loro utilizzo in uno specifico layout per la realizzazione di un componente strutturale.

Se la preforma è secca, si infonde una resina sintetica termoindurente non polimerizzata secondo la tecnica nota come “Resin Film Infusion” o “Resin Liquid Infusion” o “Resin Transfer Molding”. Se invece, la preforma è composta da fogli di prepreg (seconda forma attuativa), non occorre infondere altra resina. Il passo finale avviene in autoclave, con l’applicazione di temperatura e pressione così da provocare la polimerizzazione della resina termoindurente.

Una terza forma attuativa della presente invenzione prevede invece in primo luogo la realizzazione di singoli fogli di prepreg contenenti le nanoplacchette di grafene opportunamente distribuite al loro interno. In tale forma attuativa, la soluzione contenente le nanoparticelle viene applicata sui fogli secchi a monte del processo di preimpregnatura. Solo in una seconda fase, i fogli preimpregnati caricati con diverse concentrazioni di nanoparticelle vengono opportunamente impilati nella preforma ed infine curati in autoclave.

Breve descrizione dei disegni

Verrà ora descritta, a titolo di esempio non limitativo, una possibile forma di attuazione del procedimento di fabbricazione secondo la presente invenzione, e di componenti strutturali di velivoli ottenuti secondo la presente invenzione.

Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui: la FIG. 1 è una vista schematica, in sezione trasversale, di un lay-up generalizzato di un componente fabbricato secondo la presente invenzione;

la FIG. 2 illustra in sezione trasversale il dettaglio relativo alla deposizione della soluzione contenente le nanoplacchette di grafene su un singolo foglio di fibra secca prima dell’infusione della resina nel lay-up (prima forma attuativa) o della procedura di preimpregnamento del foglio secco (terza forma attuativa);

la FIG. 3 illustra schematicamente il processo di infusione della resina;

la FIG. 4 illustra schematicamente il dettaglio di una sezione di un componente finito, relativamente ad un singolo foglio di fibra;

la FIG. 5 mostra una serie di micrografie SEM a ingrandimenti crescenti della superficie del tessuto in fibra di vetro dopo spruzzatura dei GNP, prima dell'infusione con resina epossidica;

la FIG. 6 mostra una serie di micrografie SEM a ingrandimenti crescenti della superficie della sezione di un pannello con dettaglio indicante la penetrazione dei GNP attraverso la trama e l’ordito di uno stesso strato di tessuto;

la FIG. 7 mostra uno schema relativo all’applicazione del ciclo di cura in autoclave sul lay-up predisposto con le deposizioni di grafene effettuate direttamente sui fogli di prepreg;

la FIG. 8 mostra la misura del coefficiente di riflessione di un possibile materiale realizzato tramite un procedimento secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata

Una possibile implementazione della presente invenzione è la fabbricazione di un materiale composito comprendente fibre di rinforzo, ad esempio fibre di vetro e di carbonio, in una matrice di resina artificiale termoindurente, ad esempio resina epossidica.

Una prima forma di attuazione del procedimento, che verrà descritta nel seguito, prevede che venga predisposta una pluralità di fogli di fibra secchi, sui quali vengono depositate nanoplacchette di grafene.

Per migliorare l’adesione delle nanoplacchette di grafene alle fibre, le particelle possono essere disperse in una resina epossidica della stessa tipologia di quella utilizzata per la successiva infusione, diluita in solvente, quale ad esempio acetone o MEK. Si può ad esempio utilizzare una resina epossidica con caratteristiche ottimizzate di viscosità/temperatura in modo da consentire l’iniezione a partire da 70°C (158°F) e la cui viscosità decresca, in seguito all’iniezione, al di sotto di 20cP (centiPoise).

La soluzione solvente/polimero è preferibilmente compresa tra l’1% ed il 5% di resina rispetto al volume totale di solvente utilizzato nel processo di spruzzatura. Nel caso si utilizzi una resina compatibile del tipo tackifier, è preferibile un rapporto di miscelazione 1 a 3 in peso tackifier/solvente. Nel caso di dispersione delle nanoplacchette sulla fibra di carbonio, al fine di migliorare la visibilità dell’aspersione è possibile aggiungere nella miscela un colorante rosso compatibile con la resina epossidica in proporzione di 2 0,5 g per litro di miscela.

Le singole nanoplacchette di grafene che vengono depositate possono avere uno spessore compreso 30nm e 70nm e dimensioni laterali comprese tra 5 µm e 20 µm.

Le deposizioni di nanoplacchette sui fogli di fibra possono avere valori in peso compresi tra 0.5g/m<2 >e 10g/m<2>.

Le nanoplacchette sono depositate su fogli di fibra secca con spessore compreso tra 150µm e 300 µm.

Preferibilmente, i filamenti dei fogli di fibra presentano una resistenza elettrica maggiore di 10<4 >ohm*cm. Ad esempio, le fibre possono essere, a titolo di esempio non limitativo, in fibra di vetro, kevlar, poliestere. ;Secondo tale forma di attuazione, la deposizione della soluzione contenente nanoplacchette di grafene può essere effettuate tramite un plotter XY equipaggiato con un aerografo ed azionato da un servomotore. Con questo tipo di dispositivo è possibile regolare la velocità del plotter e la pressione dell’aria dell’aerografo al fine di calibrare opportunamente il quantitativo di grafene spruzzato (peso e/o spessore) per unità di superficie del foglio di fibra, e il grado di copertura superficiale. ;In tale forma di attuazione, le nanoplacchette depositate possono estendersi formando strati continui se si desidera realizzare uno strato superficiale (layer) esclusivamente resistivo. ;In una forma di attuazione alternativa, le nanoplacchette possono essere depositate secondo specifici pattern o disegni sui fogli di fibra, che possono differire a seconda della specifica banda di frequenza della radiazione oggetto dell’assorbimento e delle prestazioni attese dal composito radar-assorbente. ;Nella predisposizione del lay-up, al fine di garantire l’isotropia spaziale delle fibre e dunque ottenere un materiale composito con proprietà elettromagnetiche e meccaniche isotrope, secondo una possibile forma di attuazione del procedimento si possono combinare i fogli di fibra secca impilandoli e disponendoli con orientazioni incrociate [0°, 45°,90°,-45°,0°,…]. Altre possibili forme di attuazione del procedimento prevedono orientamento delle fibre del tipo quasiisotropo o non isotropo. ;Una forma di attuazione del procedimento mirata ad ottenere un materiale composito radarassorbente con prestazioni adeguate a larga banda, propone di realizzare tre diverse tipologie di blocchi di materiali, di cui si riportano di seguito caratteristiche e quantitativi: ;un blocco “radar-assorbente”, indicato con 11 nella FIG. 1, ottenuto realizzando da 1 a 24 deposizioni di grafene, indicate con 12 in FIG. 1, con concentrazioni appartenenti al range definito in precedenza, su altrettanti fogli di fibra secca 13 con proprietà e spessori precedentemente dettagliati; ;un blocco “adattatore di impedenza” 14, formato da 1 a 24 fogli di fibra 16 che non presentano alcuna deposizione di nanoplacchette e la cui resistenza elettrica dei filamenti sia preferibilmente maggiore di 10<4 >ohm*cm (ad esempio in fibra di vetro, o kevlar);

un blocco “standard”, formato da 1 a 24 fogli di fibra 16 che non presentano alcuna deposizione di nanoplacchette e con una tipologia di fibra ad alta conduttività elettrica (ad esempio carbonio).

Le tre tipologie di blocchi realizzate possono essere opportunamente combinate secondo lo schema generalizzato di lay-up riportato nella figura 1. Si possono posare dapprima N fogli di fibra ad alta conduttività (es. carbonio); poi si possono posare N fogli radar-assorbenti di fibra a bassa conduttività con deposizioni di grafene di opportuna grammatura; infine si possono posare N fogli di fibra a bassa conduttività senza deposizioni di grafene.

Una volta predisposto il lay-up, secondo lo schema generalizzato descritto precedentemente, si può applicare un sacco a vuoto (non illustrato), secondo procedure standard di Liquid Resin Infusion, e procedere all’infusione della resina sul lay-up di fibre secche (figura 3).

I valori standard di pressione di iniezione/aspirazione della pompa usati nel processo sono preferibilmente compresi, a titolo esemplificativo e non limitativo, tra 0.3 bar e 1 bar per valori della temperatura di infusione compresi tra 80° e 120°C.

Nella figura 4 è illustrata schematicamente in sezione la penetrazione del grafene post-infusione, su un singolo foglio di fibra di vetro secca. Nello specifico esempio della figura 4, lo strato superficiale di fibra di vetro impregnata con grafene ha uno spessore di 75 micron, e lo strato sottostante di fibra di vetro impregnata ha uno spessore di 175 micron.

Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno dimostrato, anche tramite analisi di microscopia elettronica a scansione SEM, di cui si riportano alcune immagini esemplificative in Figura 5 e 6, che a seguito del processo di infusione della resina, realizzato con i parametri dettagliati in precedenza, le deposizioni superficiali di grafene, aventi uno spessore superficiale iniziale compreso tra 20 micrometri e 40 micrometri, in virtù del flusso trasversale della resina, penetrano tra le fibre fino ad una profondità compresa tra 50 micrometri e 150 micrometri, come indicato schematicamente nelle figure 2, 3, 4 e si integrano in maniera uniforme garantendo dunque proprietà elettromagnetiche controllabili del manufatto.

Il procedimento prevede inizialmente la predisposizione di uno strato di fibra secca, ad esempio fibra di vetro (indicato con 16 nella figura 2) per uno spessore di 250 micron. Sullo strato di fibra di vetro 17 si può depositare quindi uno strato superficiale 12 della soluzione contenente nanoplacchette di grafene.

Le deposizioni possono essere continue o discrete, a seconda delle prestazioni richieste dal materiale. Si ottiene così una preforma secca. Si ripete il procedimento N volte fino ad ottenere il lay-up desiderato, di cui è riportata una versione generalizzata nella figura 1, preliminarmente definito ed ottimizzato tramite un codice di calcolo elettromagnetico che definisce le prestazioni e gli spessori dei singoli blocchi costituenti il composito radar assorbente.

La preforma secca viene coperta con un sacco a vuoto, il quale viene sigillato perimetralmente attorno alla preforma. L’aria viene evacuata dalla preforma; quindi si immette la resina. La resina è forzata a penetrare nella preforma a causa della differenza di pressione tra la pressione atmosferica che agisce sulla resina e il livello di vuoto nella preforma. Infine, viene applicato un ciclo di polimerizzazione ad alta temperatura e pressione, che fa indurire la resina.

Si ottiene, alla fine del ciclo di polimerizzazione, un componente strutturale in materiale composito avente, per ogni foglio di fibra costituente il blocco elementare radar-assorbente, uno strato superficiale dello spessore compreso tra 50 micron e 150 micron di fibra di vetro impregnata con resina e grafene. Lo strato sottostante è di fibra di vetro impregnata con resina, non drogata, cioè priva di grafene.

Risulta da sperimentazioni che variando opportunamente i parametri di processo, quali ad esempio grammatura e tipologia di fibra, concentrazione della sospensione, tecnologia di deposizione, condizioni di infusione e cura è possibile far variare la profondità di penetrazione del grafene andando dunque a variare le proprietà elettromagnetiche equivalenti dei layer impregnati col grafene e conseguentemente le prestazioni globali del coefficiente di riflessione del composito.

In una seconda forma di attuazione del procedimento, le deposizioni delle nanoplacchette, ove previste, vengono effettuate direttamente sui fogli di fibra a bassa conduttività elettrica già preimpregnati. In tale forma di attuazione dunque, al seguito del processo di cura in autoclave del layup predisposto, le nanoparticelle di grafene rimangono confinate nella matrice resinosa all’interno dello spessore compreso tra due fogli di prepreg adiacenti, con una limitata integrazione del grafene con le fibre rispetto alla prima forma di attuazione, come riportato schematicamente nella figura 7.

In una terza forma di attuazione del procedimento, la realizzazione di fogli di pre-impregnato viene effettuata a valle della dispersione della soluzione contenete le nanoparticelle sulla fibra secca con le stesse specifiche e modalità descritte, garantendo lo stesso range di profondità di penetrazione nelle fibre dettagliato in precedenza.

A prescindere dalla specifica forma di attuazione del procedimento, dal punto di vista elettromagnetico tramite il procedimento secondo la presente invenzione e la contestuale progettazione del lay-up si realizza sostanzialmente uno “Jaumann Absorber” con adattatore di impedenza in cui si alternano strati conduttivi (dovuti alla penetrazione ed uniforme integrazione del grafene nella fibra e nella resina) e strati non conduttivi (fibra di vetro impregnata). La progettazione proposta è variata rispetto alla versione standard del “Jaumann Absorber” conosciuta in letteratura, tramite l’inserzione di un adattatore di impedenza opportunamente progettato formato da una successione di strati di fibra non drogata, i cui filamenti presentino i valori di resistività precedentemente specificati.

Esempio applicativo 1: Realizzazione di un composito radar-assorbente tramite “Liquid Resin Infusion” Nel presente esempio, si dettagliano le specifiche di un possibile materiale composito, utilizzabile per la realizzazione di un componente strutturale, con inclusioni di nanoplacchette di grafene avente uno spessore complessivo di 5mm e che garantisce, rispetto ad un suo corrispettivo senza inserzioni di nanoparticelle, un coefficiente di riflessione inferiore a -15dB nella banda di frequenza compresa tra 8 e 14 GHz.

A tal fine vengono predisposte le seguenti tipologie di materiali costituenti:

un blocco “radar assorbente” dello spessore di 1mm formato da 4 fogli di fibra secca della tipologia E-Glass di spessore medio di 250 micron con deposizioni superficiali di grafene di 3g/m<2>

un blocco “adattatore di impedenza” di 3mm formato da 8 fogli di fibra secca di tipologia Electric-glass con spessore medio di 250 micron e da 5 fogli di fibra secca di tipologia Dielectricglass con spessore medio di 200 micron.

un blocco “standard” di 1mm formato da 4 fogli di fibra secca di CFC della tipologia “Woven” con uno spessore medio di 250 micron.

Una volta predisposto il lay-up ed il sacco a vuoto si è proceduto con la metodologia di infusione della resina epossidica prevista nel processo di Liquid Resin Infusion, precedentemente descritto.

L’attenuazione elettromagnetica del pannello prodotto viene misurata dalla Richiedente secondo setup “NRL arch”. Le prestazioni di attenuazione ottenute vengono riportate in Figura 8.

Carattere innovativo dell’invenzione L’inserzione di nanoplacchette, secondo la presente invenzione, non comporta un apprezzabile aggravio di costi di produzione del componente ed è di facile implementazione/integrazione nei processi industriali attualmente utilizzati. Si ottiene un componente in materiale composito multifunzionale con un aggravio in peso trascurabile, avente sostanzialmente le stesse proprietà meccaniche di un corrispondente componente privo di grafene.

In particolare, la presente invenzione permette di conseguire una notevole flessibilità di applicazione, concentrando le nanoplacchette di grafene nelle zone del componente dove è effettivamente più necessario l’effetto schermante.

Il procedimento consente inoltre di variare il dosaggio delle nanoplacchette di grafene da zona a zona, in funzione della progettazione elettromagnetica al fine di ottenere un componente avente predeterminate caratteristiche di bassa osservabilità. Si possono, ad esempio, applicare concentrazioni o percentuali di peso decrescente con la profondità, cioè progressivamente minore verso l’interno del componente. Vi è la possibilità di regolare lo spessore dello strato di grafene, ad esempio tra 50 e 150 micron, tra due strati consecutivi di fibre.

La maggiore uniformità di distribuzione del componente drogante (nanoplacchette di grafene), senza la formazione di aggregati rispetto ad altri nanomateriali (ad esempio nanotubi di carbonio), sia all’interno delle fibre di rinforzo strutturale sia nella resina, garantisce un’adeguata omogeneità delle proprietà elettromagnetiche del materiale.

Si specifica che preferibilmente, ma non limitativamente, il materiale drogante viene applicato su diversi strati di fibre secche del materiale di rinforzo tramite l’impiego di un sistema automatico di spruzzatura realizzato con un plotter XY e un aerografo azionato da un servomotore. Gli strati “drogati” vengono quindi impilati in accordo alla sequenza e agli orientamenti previsti dal progetto e, successivamente, dopo l’applicazione del sacco a vuoto, si procede con l’infusione di resina liquida e la sua polimerizzazione con l’applicazione di temperatura e pressione.

Il vantaggio principale della prima forma di attuazione basata sul processo di liquid resin infusion è relativo alla possibilità di drogare le fibre di rinforzo “secche” opportunamente prima della successiva infusione di resina. Ciò consente di formare un lay-up con una successione di fibre di rinforzo con diversa grammatura di drogaggio, ovvero con una concentrazione differenziata di grafene nello spessore, permettendo l’ottimizzazione della proprietà di assorbenza elettromagnetica del componente finale.

In alternativa alla tecnica di “resin film infusion”, che prevede la laminazione di una preforma con fogli o tele (plies) secche, è possibile preparare il componente laminando fogli (denominati “prepreg”) già preimpregnati di resina sintetica termoindurente non polimerizzata che serve da matrice. In tale forma applicativa, le nanoplacchette di grafene possono essere applicate sui singoli fogli di prepreg, prima della loro laminazione. I fogli laminati e preimpregnati possono essere poi rivestiti da un sacco a vuoto per rimuovere l’aria, e quindi introdotti in un’autoclave, applicando temperatura e pressione elevate così da provocare la polimerizzazione della matrice resinosa termoindurente e conferire agli strati laminati la forma desiderata.

Si apprezzerà che il presente procedimento consente la realizzazione di componenti strutturali di velivoli aventi forme geometriche molto complesse, come il leading edge e pannelli curvi di fusoliera o nacelles, oppure pannelli di cassoni alari e impennaggi di coda.

Sono stati descritti diversi aspetti e forme di attuazione di procedimenti per la fabbricazione di componenti strutturali radar-assorbenti per velivoli. L’invenzione non è limitata alle forme di attuazione descritte, ma potrà essere variata entro l’ambito definito dalle rivendicazioni annesse. Ad esempio, la forma, le dimensioni, e il lay-up specifico della parte in fibra potranno variare. Così anche il numero delle plies, il loro spessore, la distribuzione e le concentrazioni locali di grafene.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fabbricazione di un componente strutturale in materiale composito incorporante nanoplacchette di grafene, comprendente le fasi di: predisporre una pluralità di fogli di fibra secca di carbonio e/o vetro e/o kevlar e/o poliestere; applicare nanoplacchette di grafene su almeno uno di detti fogli di fibra; laminare una sovrapposizione di detti fogli di fibra, ottenendo una preforma secca; infondere resina sintetica termoindurente non polimerizzata nella preforma secca; e applicare temperatura ed eventualmente pressione così da provocare la polimerizzazione della resina termoindurente.
2. Procedimento per la fabbricazione di un componente strutturale in materiale composito incorporante nanoplacchette di grafene, comprendente le fasi di: predisporre una pluralità di fogli di fibra di carbonio e/o vetro e/o kevlar e/o poliestere preimpregnati di resina sintetica termoindurente non polimerizzata; applicare nanoplacchette di grafene su almeno uno di detti fogli di fibra; laminare una sovrapposizione di detti fogli di fibra preimpregnati; applicare temperatura ed eventualmente pressione così da provocare la polimerizzazione della resina termoindurente.
3. Procedimento per la fabbricazione di un componente strutturale in materiale composito incorporante nanoplacchette di grafene, comprendente le fasi di: predisporre una pluralità di fogli di fibra di carbonio e/o vetro e/o kevlar e/o poliestere; applicare nanoplacchette di grafene su almeno uno di detti fogli di fibra; pre-impregnare almeno uno di detti fogli di fibra; laminare una sovrapposizione di detti fogli di fibra preimpregnati; applicare temperatura ed eventualmente pressione così da provocare la polimerizzazione della resina termoindurente.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, in cui le nanoplacchette di grafene sono applicate su una pluralità di detti fogli di fibra, prima della fase di laminazione.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, in cui le nanoplacchette di grafene sono applicate durante la laminazione sul foglio sommitale della sovrapposizione di fogli di fibra.
6. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui le nanoplacchette di grafene sono applicate con concentrazioni maggiori sui fogli di fibra destinati ad essere più vicini ad una superficie esterna del componente, rispetto ai fogli di fibra situati più lontani da detta superficie esterna.
7. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui su almeno uno di detti fogli di fibra le nanoplacchette di grafene sono distribuite in modo uniforme.
8. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui su almeno uno stesso foglio di almeno uno di detta pluralità di fogli di fibra le nanoplacchette di grafene sono distribuite in modo non uniforme, secondo uno schema o pattern predeterminato.
9. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui le nanoplacchette applicate sui fogli di fibra hanno valori in peso compresi tra circa 0.5g/m<2 >e circa 10g/m<2>.
10. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui le nanoplacchette sono disperse in una soluzione solvente/polimero e successivamente depositate sui fogli di fibra formando strati aventi spessori compresi tra circa 20µm e circa 100 µm.
11. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la matrice costituente il composito è una resina differente del tipo epossidico.
12. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui i fogli di fibra sono in uno o più dei seguenti formati: tape unidirezionale, fabric, braiding, multiassiali, non crimp fabric.
13. Componente strutturale radar-assorbente in materiale composito per velivoli, prodotto attraverso un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
14. Componente strutturale secondo la rivendicazione 13, comprendente: una prima pluralità di strati superficiali a bassa conduttività elettrica, comprendenti fogli di fibra con grafene in una matrice di resina sintetica termoindurente polimerizzata; una seconda pluralità di strati, situati immediatamente al di sotto o più internamente rispetto alla prima pluralità di strati, comprendenti fogli di fibra senza grafene, in una matrice di resina sintetica termoindurente polimerizzata; una terza pluralità di strati ad elevata conduttività elettrica, situati immediatamente al di sotto o più internamente rispetto alla seconda pluralità di strati, comprendenti fogli di fibra senza grafene, in una matrice di resina sintetica termoindurente polimerizzata.