ITMI992391A1 - Struttura differrenziata a sandwich - Google Patents

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Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "Struttura differenziata a sandwich."
Campo dell'invenzione.
Il trovato consiste in una struttura differenziata a sandwich (comprendente uno strato esterno, uno strato intermedio o “anima" ed uno strato interno) in cui lo strato esterno viene realizzato con un tipo di resina che è differente ed incompatibile con la resina utilizzata per realizzare lo strato interno.
Gli strati interno ed esterno di una struttura a sandwich, rispettivamente gli strati adiacenti di due strutture a sandwich realizzate secondo il trovato, vengono fatti aderire tra loro a tenuta mediante mezzi di assemblaggio meccanico (bulloni, rivetti, eccetera).
Tecnica anteriore.
I materiali compositi, ossia i materiali costituiti da una resina (o altro materiale equivalente) in cui sono inglobate fibre di un materiale chimicamente inerte (ad esempio: fibre di vetro), preferibilmente sotto forma di strati unidirezionali e/o di tessuti (“stuoie”) realizzati con tale materiale, sono ben noti nella tecnica ed ampiamente utilizzati per realizzare elementi strutturali (relativamente) leggeri presentanti spiccate caratteristiche di resistenza meccanica.
Uno dei campi in cui i materiali compositi sono stati usati con maggiore successo (principalmente ma non esclusivamente nel settore nautico) è nella realizzazione delle cosiddette “strutture a sandwich", che sono caratterizzate da una coppia di strati di materiale composito (noti anche nella tecnica del ramo come "pelli"), sottili e robusti, applicati alle facce opposte di un corpo centrale (piuttosto) spesso, detto "anima”: le “pelli” sono fissate al corpo centrale mediante un materiale adesivo atto a trasmettere al corpo centrale i carichi applicati alle “pelli".
A loro volta, le "pelli” sono normalmente ottenute per laminazione, ossia sovrapponendo e facendo aderire tra loro più strati elementari di un materiale composito costituito da un materiale fibroso di supporto inglobato in una matrice di una resina (o altro materiale equivalente). I metodi utilizzati (o utilizzabili) per realizzare una struttura a sandwich non saranno descritti in questa sede perché in sé noti e comunque estranei al presente trovato.
Le strutture a sandwich risultano vantaggiose poiché presentano ottime caratteristiche meccaniche con un peso contenuto: tale caratteristica vantaggiosa viene però normalmente ottenuta a scapito di una maggiore complessità costruttiva rispetto, ad esempio, ad un semplice laminato e di una resistenza alla delaminazione (ossia al distacco dal corpo centrale di almeno una “pelle") che può essere critica e che dipende dai materiali usati, dalla cura e dal processo produttivo con cui si è realizzata la struttura sandwich e dal tipo di sollecitazioni cui la struttura a sandwich è (o potrebbe essere) sottoposta durante l’uso.
Le resine normalmente utilizzate per realizzare le “pelli" di una struttura a sandwich sono poliestere, vinilestere oppure epossidiche: ciascuno di tali tipi di resine presenta pregi e difetti che ne condizionano la possibilità di essere utilizzato, in particolare, nel campo delle costruzioni nautiche.
Poliestere e vinilestere si prestano ad essere utilizzate per realizzare la superficie esterna di uno scafo poiché presentano, rispettivamente, buona impermeabilità e buona resistenza all’osmosi, ma le loro caratteristiche meccaniche e tecnologiche sono modeste: tali resine sono infatti fragili e rendono necessario alternare strati di stuoia a strati di un materiale riempitivo (noto nella tecnica del ramo come “mat”) che presenta scarse caratteristiche meccaniche e che assorbe elevate quantità di resina.
Le resine epossidiche hanno caratteristiche meccaniche e tecnologiche migliori (non richiedono l'uso di “mat”) ma non si prestano ad essere utilizzate per realizzare la superficie esterna di uno scafo poiché non presentano buona impermeabilità né resistenza all'osmosi; inoltre non sono disponibili sul mercato sotto forma di un materiale impermeabilizzante noto nella tecnica del ramo come “gelcoat" , non sussistono “mat” compatibili con resine epossidiche e non possono essere associate ad un gelcoat impermeabilizzante poliestere poiché è (praticamente) impossibile far aderire una resina epossidica ad una poliestere o vinilestere.
Entrambe le "pelli" delle strutture a sandwich attualmente note e normalmente utilizzate (in particolare nel campo delle costruzioni navali) sono realizzate utilizzando lo stesso tipo di resina (poliestere/vinilestere oppure epossidica): infatti costituisce comune esperienza per i tecnici operanti nel settore delle strutture a sandwich che, se le “pelli” sono realizzate con resine di tipo diverso, è molto difficile (se non praticamente impossibile) far aderire tra loro a tenuta due elementi costruttivi realizzati mediante strutture a sandwich (come, ad esempio, lo scafo e la coperta di un’imbarcazione) e/o sigillare tra loro le "pelli” di una struttura a sandwich.
Per ovviare a tale limitazione, vengono attualmente commercializzati dei materiali (noti nella tecnica del ramo come "primer") che dovrebbero favorire l'adesione tra resine epossidiche e resine poliestere/vinilestere, ma i risultati ottenibili utilizzando tali materiali sono del tutto insoddisfacenti ed inaffidabili, come verificato sperimentalmente dalla Richiedente.
Realizzare entrambe le “pelli" di una struttura a sandwich utilizzando lo stesso tipo di resina (poliestere/vinilestere oppure epossidica) significa però rinunciare a sfruttare adeguatamente le caratteristiche vantaggiose presentate da ciascuno dei due tipi di resine, ossia rinunciare ai numerosi vantaggi (tecnico/costruttivi, economici, eccetera) che possono essere conseguiti realizzando ciascuna “pelle” di una struttura a sandwich con il tipo di resina (poliestere/vinilestere oppure epossidica) che presenta le caratteristiche più confacenti all’ambiente con tale “pelle” è destinata a venire a contatto.
Lunghi studi e ripetute prove sperimentali hanno consentito alla Richiedente di superare i limiti e gli inconvenienti più sopra descritti, realizzando una struttura differenziata a sandwich le cui “pelli" sono realizzate mediante resine differenti (in particolare una resina poliestere/vinilestere, rispettivamente una resina epossidica) e collegando tra loro due strutture a sandwich realizzate secondo il trovato e/o le “pelli" della stessa struttura a sandwich mediante mezzi di assemblaggio meccanico.
Sommario dell’invenzione·
Forma oggetto del presente trovato una struttura differenziata a sandwich comprendente una coppia di strati di materiale composito applicati alle facce opposte di un corpo centrale, in cui la resina utilizzata per realizzare uno dei suddetti strati è differente da quella utilizzata per realizzare l’altro strato e con essa incompatibile.
Preferibilmente uno degli strati di materiale composito è realizzata mediante una resina poliestere/vinilestere, mentre l’altro è realizzato mediante una resina epossidica.
Gli strati di materiale composito di una struttura a sandwich, rispettivamente di due o più strutture a sandwich adiacenti, sono collegati tra loro a tenuta mediante mezzi di assemblaggio meccanico. Elenco delle figure.
Il trovato sarà ora meglio descritto con riferimento ad un esempio di realizzazione a carattere non limitativo illustrato nelle figure allegate, dove:
- la figura 1 mostra una sezione esplosa di una struttura a sandwich realizzata secondo il trovato:
- la figura 2 mostra, in sezione, lo scafo e la coperta di un’imbarcazione assemblati secondo il trovato;
- la figura 3 mostra un particolare ingrandito della figura 2, atta a meglio evidenziare la zona d'unione tra scafo e coperta.
Nelle figure allegate, gli elementi corrispondenti saranno identificati mediante gli stessi riferimenti numerici.
Descrizione dettagliata.
La figura 1 mostra una sezione esplosa di una struttura a sandwich realizzata secondo il trovato, in cui la resina utilizzata per realizzare uno degli strati (o ''pelli”) della struttura a sandwich è differente da quella utilizzata per realizzare l’altro strato (o "pelle) della struttura a sandwich e con essa incompatibile, ossia tale da non consentire di incollare tra loro efficacemente ed in modo duraturo le due "pelli”.
Preferibilmente uno degli strati di materiale composito è realizzato mediante una resina poliestere/vinilestere, mentre l'altro strato è realizzato mediante una resina epossidica.
La struttura a sandwich illustrata in figura 1 comprende ordinatamente: - uno strato esterno 1 di gelcoat poliestere;
- uno strato 2 di resina poliestere o vinilestere;
- una pluralità 3 di strati di materiale di rinforzo ("mat” e stuoia alternati) impregnati con resina poliestere o vinilestere;
- uno strato 4 di un materiale adesivo epossidico ad alta viscosità
- l’anima 5, incollata preferibilmente sotto vuoto allo strato 3 mediante lo strato di materiale adesivo 4;
- almeno uno strato di materiale di rinforzo impregnato con resina epossidica, che costituisce lo strato (o “pelle”) interno 6 della struttura a sandwich oggetto del presente trovato.
L’insieme degli strati 1-4 (indicato globalmente nelle figure allegate con 7) costituisce lo strato (o "pelle") esterno della struttura a sandwich.
Preferibilmente ma non necessariamente:
- il gelcoat poliestere è costituito da un prodotto di tipo commerciale;
- la resina poliestere o vinilestere ha una viscosità di 750 Mpa.s a 25°C; - il materiale di rinforzo utilizzato nella realizzazione degli strati 3 e 6 è costituita da un tessuto in Kevlar ®, in carbonio oppure in vetro con grammatura compresa tra 200 e 600 g/m2;
- il materiale adesivo epossidico ad alta viscosità è costituito da una miscela di Araldite e di un legante, avente una viscosità di 0,03 - 0,045 Mpa.s;
- l'anima 5 è preferibilmente costituita da balsa che, in zone molto sollecitate, può essere sostituita da compensato marino o da un altro materiale equivalente;
- la resina epossidica è costituito da un prodotto di tipo commerciale. L'uso della resina epossidica nello strato interno 6 consente di eliminare gli strati di “mat” con notevoli vantaggi in termini di peso e robustezza; inoltre, anche gli elementi che compongono la struttura interna dell'imbarcazione (come, ad esempio, le centine ed i longheroni, indicati con 11 in figura 2) possono essere realizzati con fibre inglobate in una matrice epossidica.
La struttura a sandwich oggetto del presente trovato consente perciò di sfruttare al meglio sia le migliori caratteristiche meccaniche dei materiali compositi realizzati con matrici in resina epossidica sia le caratteristiche di impermeabilità e di resistenza aH’osmosi delle matrici in resina poliestere/vinilestere, ottenendo strutture più leggere, resistenti e durevoli ed anche più sicure a causa de! forte spessore dello strato esterno 7, che contiene del “mat".
La figura 2 mostra, in sezione, un elemento costruttivo realizzato collegando tra loro a tenuta, mediante mezzi di assemblaggio meccanico, due strutture a sandwich del tipo descritto in figura 1.
In particolare, la figura 2 mostra, in sezione, lo scafo 8 e parte della coperta 9 di un’imbarcazione, assemblati mediante i mezzi di assemblaggio meccanico 10 meglio visibili nel particolare ingrandito di figura 3, dove si può rilevare che:
- l'anima 5 di ciascuna struttura a sandwich non si estende fino alia zona di unione degli strati interno (6) ed esterno (7) della struttura stessa; - preferibilmente ma non necessariamente, lo spazio vuoto che (in corrispondenza della suddetta zona d’unione) rimane tra lo strato esterno 7 e quello interno 6 di una struttura a sandwich viene riempito mediante uno stucco 12 o altro materiale inerte di riempimento funzionalmente equivalente;
- lo strato esterno 7 e quello interno 6 di ciascuna struttura a sandwich vengono avvicinati strettamente tra loro e bloccati a tenuta mediante mezzi di assemblaggio meccanico 10 e comunque senza utilizzare “primer" e/o altri adesivi chimici;
- le strutture a sandwich secondo il trovato che costituiscono, rispettivamente, lo scafo 8 e la coperta 9 vengono avvicinate strettamente tra loro e bloccate a tenuta mediante i mezzi di assemblaggio meccanico 10 e comunque senza utilizzare “primer" e/o altri adesivi chimici.
Nell'esempio di realizzazione di figura 3, i mezzi di assemblaggio meccanico 10 collegano tra loro a tenuta sia lo strato esterno 7 e quello interno 6 di ciascuna struttura a sandwich sia le strutture a sandwich che costituiscono, rispettivamente, lo scafo 8 e la coperta 9 ma, senza uscire daH'ambito del trovato, è possibile collegare tra loro a tenuta lo strato esterno 7 e quello interno 6 di ciascuna struttura a sandwich mediante mezzi di assemblaggio meccanico 10 distinti da quelli che collegano tra loro a tenuta le strutture a sandwich che costituiscono, rispettivamente, lo scafo 8 e la coperta 9.
Inoltre, nell'esempio di realizzazione di figura 3 i mezzi di assemblaggio meccanico 10 sono costituiti da bulloni e dai relativi dadi di serraggio 11 ma, senza uscire daH’ambito del trovato, si possono usare rivetti e/o qualsiasi altro mezzo di assemblaggio meccanico funzionalmente equivalente.
Sempre senza uscire daH'ambito del trovato, è possibile per un tecnico apportare alla struttura differenziata a sandwich oggetto della presente descrizione e/o ai mezzi di assemblaggio meccanico tutte le modifiche ed i perfezionamenti suggeriti dalla normale esperienza e dalla naturale evoluzione della tecnica.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1 ) Struttura differenziata a sandwich comprendente una coppia di strati (6, 7) di materiale composito applicati alle facce opposte di un corpo centrale (5), caratterizzata dal fatto che la resina utilizzata per realizzare uno (6) di tali strati è differente dalla resina utilizzata per realizzare l’altro (7) di tali strati e con essa incompatibile.
  2. 2) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i suddetti strati (6, 7) sono collegati tra loro a tenuta mediante mezzi di assemblaggio meccanico (10).
  3. 3) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i mezzi di assemblaggio meccanico (10) sono costituiti da rivetti.
  4. 4) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i mezzi di assemblaggio meccanico (10) sono costituiti da bulloni e dai relativi dadi di serraggio (11 ).
  5. 5) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che il corpo centrale (5) non si estende fino alla zona di unione dei suddetti strati (6, 7) appartenenti alla struttura a sandwich.
  6. 6) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che, in corrispondenza di detta zona di unione, lo spazio tra i suddetti strati (6, 7) appartenenti alla struttura a sandwich non occupato dal corpo centrale (5) viene riempito mediante un materiale inerte di riempimento (12).
  7. 7) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che il suo strato esterno (7) è realizzata mediante una resina poliestere/vinilestere, mentre il suo strato interno (6) è realizzata mediante una resina epossidica.
  8. 8) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 7, caratterizzata dai fatto di comprendere, ordinatamente, almeno: - uno strato (2) di resina poliestere/vinilestere; - una pluralità (3) di strati di materiale di rinforzo impregnati con resina poliestere/vinilestere; - uno strato (4) di un materiale adesivo epossidico ad alta viscosità; - il corpo centrale (5); - almeno uno strato di materiale di rinforzo impregnato con resina epossidica, che costituisce lo strato interno (6) della struttura a sandwich; detto strato (2) di resina poliestere/vinilestere, detta pluralità (3) di strati di materiale di rinforzo impregnati con resina poliestere/vinilestere e detto strato (4) di materiale adesivo epossidico costituendo lo strato esterno (7) della struttura a sandwich.
  9. 9) Struttura a sandwich come alla rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il corpo centrale (5) viene incollato sotto vuoto allo strato esterno (7) della struttura a sandwich mediante il suddetto strato di materiale adesivo (4).
  10. 10) Elemento costruttivo realizzato assemblando almeno due strutture a sandwich come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che tali strutture a sandwich sono collegate tra loro a tenuta mediante mezzi di assemblaggio meccanico (10).
  11. 11) Elemento costruttivo come alla rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che i mezzi di assemblaggio meccanico (10) sono costituiti da rivetti.
  12. 12) Elemento costruttivo come alla rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che i mezzi di assemblaggio meccanico (10) sono costituiti da bulloni e dai relativi dadi di serraggio (11).
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