IT201800020521A1

IT201800020521A1 - Materiale composito e relativo metodo di realizzazione

Info

Publication number: IT201800020521A1
Application number: IT102018000020521A
Authority: IT
Inventors: Nicola Gallo; Stefano Giuseppe Corvaglia; Silvio Pappada'
Original assignee: Leonardo Spa
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-20
Also published as: WO2020129007A8; AU2019401027A1; CN113646161B; BR112021012106A2; WO2020129007A1; CA3123515A1; ES2926510T3; DK3898224T3; KR20210132647A; PT3898224T; CN113646161A; JP2022516418A; MX2021007470A; HRP20221170T1; EP3898224A1; PL3898224T3; US20220064134A1; EP3898224B1; AU2019401027A2

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“MATERIALE COMPOSITO E RELATIVO METODO DI REALIZZAZIONE”

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un materiale composito, in particolare per applicazioni aeronautiche, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

La presente invenzione è altresì relativa ad un metodo per la realizzazione del suddetto materiale composito.

ARTE ANTERIORE

Come è noto, i materiali compositi sono utilizzati in svariati settori industriali, tra cui l’industria aeronautica. In particolare, sono noti materiali compositi fibrorinforzati, comunemente indicati come “preimpregnati” o “prepreg”, i quali sono generalmente costituiti da un semilavorato comprendente una matrice di resina e fibre di rinforzo immerse nella matrice. Le fibre possono essere disposte secondo differenti configurazioni, ad esempio in un un’unica direzione, in due o più direzioni aventi orientazioni differenti tra loro, oppure possono essere disposte a formare un tessuto. La matrice viene utilizzata per fissare le fibre tra loro ed eventualmente ad altri componenti durante la produzione.

I preimpregnati sono generalmente preparati in forma di nastri ed avvolti in rotoli; al fine di raggiungere le proprietà meccaniche desiderate, i preimpregnati devono essere sottoposti ad un processo di consolidamento mediante calore e spesso anche sotto pressione.

I preimpregnati principalmente utilizzati nell'industria aeronautica possono avere una matrice di materiale termoindurente oppure di materiale termoplastico.

Nel primo caso (materiali termoindurenti), la matrice è costituita da polimeri che, in opportune condizioni di temperatura e/o in presenza di particolari sostanze, si trasformano in materiali rigidi, insolubili e infusibili. Questa trasformazione si verifica in seguito a reazioni di reticolazione (processo detto curing, tramite il quale le catene polimeriche vanno incontro a una reazione che crea legami fra diverse catene a livello di gruppi funzionali reattivi) che avvengono fra le catene polimeriche con formazione di legami forti (covalenti o ionici).

I materiali termoindurenti presentano, prima della polimerizzazione, caratteristiche di appiccicosità. Tali materiali sono pertanto utilizzabili per realizzare delle stratificazioni, ponendo diversi strati uno sull'altro, con l'opportuna successione di orientazione dei diversi strati. Le stratificazioni sono poi sottoposte ad un ciclo di temperatura e pressione (in sacco a vuoto ed in autoclave, mediante forni, presse di stampaggio, ecc.) che fa polimerizzare il materiale, innalzandone il peso molecolare e promuovendo la formazione di legami tra le macromolecole (reticolazione), così da trasformarlo in un materiale con caratteristiche strutturali e proprietà meccaniche adatte all’applicazione a cui è destinato.

Alcuni polimeri termoindurenti vengono reticolati per mezzo del solo calore oppure attraverso combinazioni di pressione e calore, mentre altri possono essere reticolati attraverso reazioni chimiche a temperatura ambiente (reticolazione a freddo).

La stratificazione può essere realizzata con metodi automatizzati, che comportano significativi vantaggi in termini di costo, di produttività e di ripetitività. Per stratificazioni piane, o moderatamente curve, si utilizza un apparato noto come stratificatrice automatica di nastri (Automated Tape Laying o ATL). Recentemente si è anche affermata una tecnica che consente la stratificazione di superfici curve, anche chiuse (cilindriche), utilizzando nastri preimpregnati di larghezza non molto grande (denominati slit); questa tecnica è detta Fiber Placement (FP).

Nel secondo caso (materiali termoplastici), la resina della matrice presenta un elevato peso molecolare, e pertanto da un lato non ha bisogno di essere sottoposta ad un ciclo di polimerizzazione, dall'altro non presenta caratteristiche di appiccicosità.

Un preimpregnato a matrice termoplastica può essere in prima approssimazione considerato come un manufatto in condizioni finali formato da una singola lamina. Per poter pertanto formare un laminato bisogna riscaldarlo in modo da portare a fusione almeno le superfici a contatto delle lamine o strati di preimpregnato termoplastico che lo compongono, compattarlo sotto pressione, e poi farlo raffreddare. La temperatura da raggiungere per la fusione è la temperatura di transizione vetrosa Tg per i termoplastici amorfi, e la temperatura di fusione Tf per i termoplastici semicristallini.

Attualmente, le tecniche di stratificazione automatica (Automated tape laying ATL) e fiber placement (FP) sono utilizzate unicamente per parti in composito a matrice termoindurente. Esse sono tecniche concettualmente possibili anche per i preimpregnati a matrice termoplastica, ma presentano alcuni requisiti tecnologici addizionali; infatti in questo caso l'apparato per produrre un laminato a base di preimpregnati termoplastici dovrebbe anche fornire il calore per raggiungere una temperatura (che a seconda dei materiali può essere eccessivamente elevata) tale da fondere la resina ed ottenere così un'adesione fra i diversi strati che andranno a costituire il laminato; inoltre, per termoplastici semicristallini, un raffreddamento troppo rapido potrebbe causare l'amorfizzazione della parte, con conseguente perdita di caratteristiche prestazionali. In compenso, se fossero risolte queste problematiche, le tecniche di ATL e FP consentirebbero l'ottenimento delle parti finite senza un ulteriore processo in autoclave, con grande riduzione dei costi di produzione delle parti stesse.

Come precedentemente spiegato, i processi di consolidamento dei preimpregnati e di giunzione dei vari strati di preimpregnato che formano il componente finale avvengono solitamente in autoclave, in forni o in presse di stampaggio. Nel caso di componenti di notevoli dimensioni, come ad esempio componenti strutturali del settore aeronautico, navale, ecc.), i processi di consolidamento e di giunzione di tipo noto risultano eccessivamente costosi e possono creare parecchi vincoli indesiderati.

È pertanto sentita l’esigenza di sviluppare tecniche che consentano di ottenere il consolidamento e la giunzione in-situ delle parti in materiale composito, specialmente quando queste presentano dimensioni notevoli.

Una delle tecniche maggiormente promettenti per materiali compositi con matrice termoplastica è la saldatura ad induzione elettromagnetica, la quale, a differenza di altre tecniche, quali ad esempio l’incollaggio, non prevede l’impiego di materiale d’apporto ma soltanto la sovrapposizione di due lembi di due parti da saldare (dette anche aderendi), almeno una elettricamente conduttiva, mantenute a contatto tra loro.

Secondo tale tecnica, un induttore, ad esempio una bobina, genera un campo elettromagnetico variabile, il quale a sua volta provoca l’induzione di correnti parassite nelle zone da unire degli aderendi, almeno uno dei quali elettricamente conduttivo; tali correnti parassite, per effetto Joule, riscaldano la matrice degli aderendi per portarla alla temperatura di fusione o rammollimento; successivamente, una volta portati gli aderendi alla temperatura ritenuta ideale, si può applicare una pressione meccanica, detta pressione di consolidamento, atta a promuovere l’adesione degli aderendi.

Nei sistemi di saldatura a induzione tradizionali, tenendo presente una dipendenza con il quadrato della distanza dall’induttore, l'azione riscaldante dovuta alle correnti parassite tende a concentrarsi sulla superficie direttamente esposta all'induttore. Si innesca quindi un conseguente gradiente di temperatura molto elevato che promuove la fusione della matrice superficiale piuttosto che quella nella zona di adesione degli aderendi: questo impatta negativamente sulla qualità della saldatura e sulle caratteristiche meccaniche della giunzione così ottenuta.

Inoltre, il verso di tale gradiente di temperatura, nella direzione dello spessore, si traduce in una temperatura massima sulla superficie affacciata all’induttore e minima sulla superficie di giunzione. Quindi per raggiungere la temperatura ideale sulla superficie di adesione degli aderendi si avrà una temperatura eccessiva nelle zone più esterne e ciò può comportare una degradazione della matrice del composito. La presenza di questo gradiente limita quindi notevolmente lo spessore possibile degli aderendi.

Analogamente sui bordi delle parti da saldare si ha una forte concentrazione di correnti e quindi si instaurano su di essi gradienti di temperatura spesso inaccettabili che possono portare ancora una volta alla degradazione del materiale.

In ogni caso, le temperature che vengono raggiunte sulla superficie di adesione sono troppo basse (generalmente 60 – 70°C) rispetto a quella richiesta per realizzare la giunzione (350°C circa).

In definitiva, il principale inconveniente della saldatura ad induzione elettromagnetica applicata a materiali compositi risiede nella difficoltà di ottimizzare la distribuzione di temperatura attraverso lo spessore della giunzione.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Uno scopo della presente invenzione è realizzare un materiale composito, il quale consenta di ovviare agli inconvenienti sopra esposti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un materiale composito, in particolare per applicazioni aeronautiche, come rivendicato nella rivendicazione 1 e nelle rivendicazioni da essa dipendenti.

La presente invenzione è altresì relativa ad un metodo come rivendicato nelle rivendicazioni 10 e 11 per la realizzazione del suddetto materiale composito.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati, che ne illustrano due diversi esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 rappresenta una vista prospettica schematica di due strati di materiali di partenza destinati ad essere uniti per formare un primo esempio di attuazione di una lamina di materiale composito secondo la presente invenzione;

- la figura 2 rappresenta una vista schematica in sezione fortemente ingrandita secondo la linea II-II di figura 1;

- la figura 3 è una vista schematica in sezione, analoga alla figura 2 e rappresentante la lamina di materiale composito ottenuta dall’unione dei due strati di materiali di partenza delle figure 1 e 2;

- la figura 4 è uno schema in vista prospettica che illustra una possibile implementazione di un’operazione di giunzione di due lamine di materiale composito del tipo rappresentato in figura 3;

- la figura 5 rappresenta una vista schematica in sezione fortemente ingrandita secondo la linea V-V di figura 4;

- la figura 6 è una fotografia ottenuta al microscopio di una parte delle due lamine di materiale composito giuntate tra loro ed illustrate nelle figure 4 e 5;

- la figura 7 illustra un dettaglio fortemente ingrandito di figura 6;

- la figura 8 illustra un diagramma temperatura-tempo ottenibile all’interfaccia di giunzione tra le due lamine di materiale composito delle figure da 4 a 7 durante l’operazione di giunzione di figura 4;

- la figura 9 illustra un diagramma temperatura-tempo ottenibile all’interfaccia di giunzione tra due lamine di materiale composito di tipo noto;

- la figura 10 è una figura analoga alla figura 2 e rappresenta una vista schematica in sezione fortemente ingrandita di due strati di materiali di partenza destinati ad essere uniti per formare un secondo esempio di attuazione di una lamina di materiale composito secondo la presente invenzione; e

- la figura 11 è una vista schematica in sezione analoga alla figura 3 e rappresentante la lamina di materiale composito ottenuta dall’unione dei due strati di materiali di partenza della figura 10.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nelle figure da 1 a 3, è illustrato schematicamente un primo esempio di attuazione di una lamina L di materiale composito, realizzata secondo la presente invenzione e destinata in particolare ad essere utilizzato in applicazioni aeronautiche.

La lamina L di materiale composito comprende un primo strato 2 di preimpregnato avente una matrice 3 a base di resina, rinforzata con fibre 4 o con materiale in fibre per conferire allo strato 2 stesso predefinite proprietà meccaniche.

Si precisa che con l’espressione “a base di” si intende che la matrice 3 può comprendere, oltre alla resina, anche additivi comunemente utilizzati, quali ad esempio cariche, stabilizzanti, ecc.

La matrice 3 è preferibilmente a base di resina termoplastica semicristallina presentante una predeterminata temperatura di fusione Tf. Tale resina termoplastica semicristallina è ad esempio polietere etere chetone, o PEEK, che presenta una temperatura di fusione Tf pari a circa 340°C. In alternativa, tale resina termoplastica semicristallina può essere ad esempio polietere chetone chetone, o PEKK, che presenta una temperatura di fusione Tf pari a circa 370°C.

La matrice 3 può anche essere a base di resina termoplastica amorfa presentante una predeterminata temperatura di transizione vetrosa Tg. Tale resina termoplastica amorfa è ad esempio polietereimmide, o PEI,che presenta una temperatura di transizione vetrosa di circa 215°C.

Secondo una possibile alternativa non illustrata, la matrice dello strato 2 potrebbe anche essere a base di resina termoindurente, ad esempio resina epossidica, BMI (resina bismaleimide) o fenolica.

Le fibre 4 sono preferibilmente fibre di carbonio e possono essere disposte in uno o più strati unidirezionali, in più strati aventi orientazioni differenti l’uno dall’altro, o come tessuto.

Le fibre 4 di carbonio presentano un peso areale preferibilmente compreso tra 100 e 300 g/m<2>.

Preferibilmente, le fibre 4 dello strato 2 sono unidirezionali; in particolare, le fibre 4 unidirezionali vengono utilizzate per rinforzare unidirezionalmente le parti sollecitate della lamina L, disponendole lungo il percorso di carico.

In alternativa, per lo strato 2 potrebbero essere utilizzate altre tipologie di fibre note nel settore aeronautico, quali ad esempio fibre di vetro o una combinazione di fibre di vetro e di carbonio.

Le fibre 4 sono preferibilmente continue oppure possono avere una lunghezza compresa tra 1 mm e 40 cm.

Come visibile nelle figure 1 e 2, lo strato 2 è delimitato da rispettive facce 5 opposte, parallele tra loro; lo strato 2 presenta, in direzione ortogonale alle facce 5, uno spessore S1 ridotto rispetto alle dimensioni (lunghezza e larghezza) delle facce 5 stesse.

Vantaggiosamente, la lamina L di materiale composito comprende, inoltre, un secondo strato 6 di materiale intensificatore di campo magnetico, sovrapposto ed unito ad una delle facce 5 dello strato 2; nello strato 6 sono disperse, in almeno due direzioni con orientazioni diverse, delle fibre 7 elettricamente conduttive aventi resistività elettrica equivalente, parallelamente alle facce 5, minore di 600 µΩm, preferibilmente minore di 200 µΩm e ancora più preferibilmente minore di 100 µΩm, in modo da facilitare il riscaldamento localizzato mediante induzione elettromagnetica.

Nell’esempio illustrato, lo strato 6 comprende una matrice 8 a base di resina termoplastica semicristallina, identica alla resina della matrice 3 dello strato 2 oppure compatibile con quest’ultima, in cui sono disperse le fibre 7. Più specificamente, le fibre 7 sono in carbonio e sono disposte nella matrice 8 in modo causale in una pluralità di direzioni, alcune delle quali estendentisi parallelamente alle facce 5 ed altre estendentisi trasversalmente alle facce 5 stesse.

Le fibre 7 estendentisi trasversalmente alle facce 5 hanno una resistività elettrica equivalente maggiore di 2.000 µΩm.

Le fibre 7 in carbonio presentano un peso areale compreso tra 10 e 100 g/m<2>.

Le fibre 7 in carbonio vengono preferibilmente ottenute mediante ossidazione e pirolisi del poliacrilonitrile (PAN).

In alternativa, le fibre 7 in carbonio possono essere ottenute mediante distillazione di materiali a base di carbonio, come ad esempio piante, olio crudo e carbone (PITCH); in questo caso, il PITCH è un materiale viscoelastico composto da idrocarburi aromatici.

Le fibre 7 possono anche essere realizzate in un altro materiale elettricamente conduttivo, ad esempio in un materiale metallico.

Le fibre 7 possono essere continue oppure avere una lunghezza compresa tra 1 mm e 40 cm.

Lo strato 6 presenta, in direzione ortogonale alle facce 5, uno spessore S2 preferibilmente compreso tra 1/2 e 1/100 dello spessore S1 dello strato 2.

Gli strati 2 e 6 vengono uniti mediante stampaggio a compressione e preferibilmente mediante stampaggio a compressione continua. Tale unione può essere effettuata in modo noto a caldo in una pressa (in sé nota e non illustrata) oppure facendo passare gli strati 2 e 6 da unire tra rispettive coppie di rulli caldi (in sé noti e non illustrati) in un processo continuo tipo laminazione. La temperatura a cui viene realizzato il processo di unione degli strati 2 e 6 dipende dalla natura della matrice termoplastica utilizzata; in caso di matrici termoplastiche semicristalline è maggiore della temperatura di fusione Tf, mentre nel caso di matrici termoplastiche amorfe è maggiore della temperatura di transizione vetrosa Tg.

Nella figura 4 sono schematicamente illustrati i mezzi essenziali di implementazione di un’operazione di giunzione di due lamine L di materiale composito.

Durante tale operazione, un induttore 11 (in sé noto e solo schematicamente illustrato), ad esempio una bobina elettrica, viene alimentato con una corrente elettrica in modo da generare un campo elettromagnetico E variabile (le cui linee di flusso sono schematicamente indicate a tratteggio in figura 4).

Nel contempo, una lamina L nuova viene progressivamente stesa su un’altra lamina L già presente, disposta su una superficie di supporto 12, o alternativamente su una lamina L superiore di una serie di lamine L già giuntate o unite e disposte sulla superficie di supporto 12 stessa.

La fase di stendere la lamina L nuova viene effettuata mediante uno o più rulli 13 (uno solo dei quali illustrato in figura 4), aventi assi A paralleli alle lamine L su cui operano, girevoli intorno agli assi A stessi ed avanzanti parallelamente alla superficie di supporto 12.

Il campo elettromagnetico E induce delle correnti parassite essenzialmente nello strato 6 della lamina L nuova che va ad unirsi all’altra lamina/alle altre lamine L adagiata/adagiate sulla superficie di supporto 12.

Grazie al fatto che le fibre 7 dello strato 6 sono elettricamente conduttive e sono disperse nella matrice 8 in almeno due direzioni diverse, si creano, almeno all’interno dello strato 6 della lamina L nuova, dei veri e propri “circuiti elettrici” che riscaldano, per effetto Joule, la matrice 8 dello strato 6 stesso e la lamina L adiacente.

Il riscaldamento localizzato è molto efficiente e permette di raggiungere localmente, ossia nello strato 6 e nelle zone delle matrici 3 adiacenti a tale strato, temperature superiori alla temperatura di fusione Tf o alla temperatura di transizione vetrosa Tg.

Nelle zone delle matrici 3 più lontane dallo strato 6, invece, la temperatura rimane decisamente inferiore alla temperatura di fusione Tf della resina formante tali matrici 3.

Il passaggio del rullo 13, o dei rulli 13, avviene successivamente all’induzione di correnti parassite nella lamina L nuova da far aderire all’altra lamina L/alle altre lamine L disposta/disposte sulla superficie di supporto 12.

In questo modo, la pressione viene esercitata progressivamente sulle zone delle lamine L da giuntare, successivamente al rammollimento ottenuto all’interfaccia tra le stesse a seguito di induzione elettromagnetica e durante il raffreddamento di tali zone.

Preferibilmente, il rullo 13/i rulli 13 è/sono mantenuto/i freddo/i così da rimuovere progressivamente il calore residuo dalle lamine L in fase di giunzione.

Alla fine dell’operazione di giunzione, il risultato è quello schematizzato in figura 5.

Nelle figure 6 e 7 sono illustrate le immagini al microscopio delle zone di giunzione di sue lamine L, ciascuna formata da:

- uno strato 2 di PEKK con fibre 4 di carbonio unidirezionali aventi peso areale di 200 g/m<2>; e

- da uno strato 6 di MAT con matrice 8 in PEKK e fibre 7 di carbonio con peso areale di 30 g/m<2 >disperse in modo casuale in tutte le direzioni.

Come si può vedere, le fibre 7 hanno una distribuzione sostanzialmente isotropa nella matrice 8 dello strato 6, con alcune delle fibre 7 dirette trasversalmente rispetto alle facce 5 dello strato 2. Questo consente di ottenere un’elevata resistenza/tenacia del materiale giuntato.

Nelle figure 8 e 9, sono illustrati due diagrammi di temperatura/tempo che mettono a confronto, durante un’operazione di giunzione mediante saldatura ad induzione elettromagnetica, il comportamento di:

- due lamine L di materiale composito secondo la presente invenzione; e di

- due lamine di materiale composito di tipo noto.

In particolare, il diagramma di figura 8 si riferisce a due lamine L, ciascuna delle quali formata da:

- uno strato 2 di PEKK con fibre di carbonio unidirezionali aventi peso areale di 200 g/m<2>; e da

- uno strato 6 di MAT con matrice 8 in PEKK e fibre 7 di carbonio con peso areale di 30 g/m<2 >disperse in modo casuale in tutte le direzioni.

Il diagramma di figura 9 si riferisce invece a due lamine di materiale composito di tipo noto, con matrice in PEKK e fibre di carbonio unidirezionali aventi peso areale di 200 g/m<2>.

Come si può notare, nel primo caso (figura 8) si raggiungono temperature prossime ai 400°C per alcune decine di secondi (25- 30 secondi).

Nel secondo caso (figura 9), la temperatura massima raggiunta è inferiore ai 60°C.

Nelle figure 10 e 11 è indicata nel suo complesso con L’ una lamina di materiale composito realizzata secondo un diverso esempio di attuazione della presente invenzione; la lamina L’ verrà descritta nel seguito soltanto per quanto differisce dalla lamina L, indicando, ove possibile, con gli stessi numeri di riferimento parti uguali, corrispondenti o equivalenti a parti già descritte.

In particolare, la lamina L’ di materiale composito differisce dalla lamina L essenzialmente per il fatto di comprendere uno strato 6’ intensificatore di campo magnetico privo di una matrice in resina.

In maggiore dettaglio, lo strato 6’ può essere un velo di carbonio in cui le fibre 7 si estendono in almeno due direzioni con orientazioni diverse, preferibilmente in almeno tre direzioni di cui una trasversale alle facce 5 dello strato 2; in questo caso, le fibre 7 sono mantenute insieme a formare il velo da un collante o binder, ad esempio PVA (alcool polivinilico) o altre sostanze chimicamente compatibili con la matrice 3 dello strato 2.

In alternativa, lo strato 6’ può essere un tessuto con le fibre 7 estendentisi in almeno due direzioni con orientazioni diverse.

Secondo un’ulteriore alternativa, lo strato 6’ può essere un tessuto non tessuto, ad esempio del tipo Optiveil®.

Da un esame delle caratteristiche del materiale composito realizzato secondo i dettami della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

In particolare, come già rilevato precedentemente, grazie al fatto che le fibre 7 dello strato 6, 6’ sono elettricamente conduttive e sono disposte in almeno due direzioni con orientazioni diverse, è possibile generare per induzione elettromagnetica dei veri e propri “circuiti elettrici” all’interno almeno dello strato 6, 6’ stesso; l’instaurarsi di tali circuiti permette di ottenere un efficace riscaldamento per effetto Joule dello strato 6, 6’ stesso e delle matrici 3 di resina adiacenti, con raggiungimento, proprio all’interfaccia di giunzione di due diverse lamine L, L’, della temperatura di fusione Tf della resina.

In pratica, il raggiungimento della temperatura di fusione Tf della resina alla suddetta interfaccia non richiede l’instaurarsi di temperature ancora maggiori nelle regioni della resina stessa più vicine all’induttore 11, con conseguente possibile degradazione della matrice del materiale composito.

Come mostrato nei diagrammi delle figure 8 e 9, le temperature raggiunte all’interfaccia di giunzione tra due lamine L, L’ secondo la presente invenzione durante un’operazione di saldatura ad induzione elettromagnetica sono almeno 7 volte più elevate di quelle raggiunte nel caso di materiali compositi di tipo noto.

Proprio per i motivi sopra esposti, la richiedente ha anche rilevato una velocità di saldatura tra due lamine L, L’ secondo la presente invenzione dieci volte più elevata rispetto alla velocità di saldatura di preimpregnati tradizionali.

Risulta infine chiaro che al materiale composito qui descritto ed illustrato nonché al metodo di realizzazione di tale materiale composito possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Materiale composito, in particolare per applicazioni aeronautiche, comprendente un primo strato (2) di preimpregnato avente una matrice (3) a base di resina rinforzata con fibre (4) per conferire al primo strato (2) stesso predefinite proprietà meccaniche; caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, un secondo strato (6, 6’) di materiale intensificatore di campo magnetico sovrapposto ad una faccia (5) del detto primo strato (2) ed unito allo stesso lungo detta faccia (5); il detto secondo strato (6, 6’) comprendendo fibre (7) elettricamente conduttive, preferibilmente in carbonio, disperse nel secondo strato (6, 6’) stesso in almeno due direzioni con orientazioni diverse ed aventi resistività elettrica equivalente, parallelamente alla detta faccia (5), minore di 600 µΩm, preferibilmente minore di 200 µΩm, ancora più preferibilmente minore di 100 µΩm, in modo da facilitare il riscaldamento localizzato mediante induzione elettromagnetica; i detti primo e secondo strato (2; 6, 6’) uniti tra loro definendo una lamina (L, L’) di materiale composito super-saldabile.
2) Materiale composito secondo la rivendicazione 1, in cui la detta matrice (3) del detto primo strato (2) è a base di resina termoplastica.
3) Materiale composito secondo la rivendicazione 1, in cui, con riferimento ad una direzione ortogonale a detta faccia (5), il detto secondo strato (6, 6’) presenta uno spessore (S2) compreso tra 1/2 e 1/100 dello spessore (S1) del detto primo strato (2).
4) Materiale composito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui una di dette direzioni in cui le dette fibre (7) elettricamente conduttive sono disperse nel detto secondo strato (6, 6’) è trasversale alla detta faccia (5).
5) Materiale composito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le dette fibre (7) elettricamente conduttive sono disperse nel detto secondo strato (6, 6’) in almeno tre direzioni con orientazioni diverse tra loro, di cui almeno una di dette direzioni è trasversale alla detta faccia (5).
6) Materiale composito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le dette fibre (7) elettricamente conduttive del detto secondo strato (6, 6’): - sono tenute insieme da una matrice (8) a base di resina, identica o compatibile alla resina della matrice (5) del detto primo strato (2); oppure - sono tenute insieme a formare un velo da un collante o binder.
7) Materiale composito secondo la rivendicazione 6, in cui le dette fibre (7) elettricamente conduttive del detto secondo strato (6, 6’) formano un tessuto, preferibilmente un tessuto non tessuto.
8) Materiale composito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un ulteriore primo strato (2), ed in cui i detti primi strati (2) sono disposti da parti opposte del detto secondo strato (6, 6’) e sono uniti per induzione elettromagnetica attraverso almeno il secondo strato (6, 6’) stesso.
9) Materiale composito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, comprendente una pluralità di dette lamine (L, L’) unite tra loro, in cui i primi strati (2) sono alternati a rispettivi detti secondi strati (6, 6’) ed in cui i primi strati (2) di ciascuna coppia di primi strati (2) consecutivi sono disposti da parti opposte di un rispettivo detto secondo strato (6, 6’) e sono uniti per induzione elettromagnetica attraverso almeno detto secondo strato (6, 6’).
10) Metodo per la realizzazione di un materiale composito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui un detto primo strato ed un detto secondo strato (2; 6, 6’) sono uniti tra loro a formare una detta lamina (L, L’) di materiale composito super-saldabile mediante stampaggio a compressione a caldo, preferibilmente mediante stampaggio a compressione continua, facendo passare i detti primo e secondo strato (2; 6, 6’) tra almeno una coppia di rulli caldi.
11) Metodo secondo la rivendicazione 10, comprendente l’operazione di giuntare tra loro almeno due dette lamine (L, L’) di materiale composito mediante le seguenti fasi: - stendere progressivamente una prima di dette lamine (L, L’) su una seconda di dette lamine (L, L’) adagiata su un supporto (12); - indurre una corrente elettrica parassita almeno in detto secondo strato (6, 6’) di detta prima lamina (L, L’) mediante un induttore (11) così da produrre un riscaldamento localizzato delle zone delle dette prima e seconda lamina (L, L’) adiacenti al detto secondo strato (6, 6’) della detta prima lamina (L, L’); e - applicare, successivamente a detta fase di indurre, un’azione di pressione su detta prima lamina (L, L’) per farla aderire a detta seconda lamina (L, L’) durante il raffreddamento delle lamine (L, L’) stesse.