ITTO20080252A1 - Procedimento per la produzione di tessuti funzionali a base di fibre di carbonio - Google Patents

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ITTO20080252A1
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Roberto Cingolani
Giovanni Paladini
Dario Pisignano
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Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per la produzione di tessuti funzionali a base di fibre di carbonio"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce alla produzione di tessuti a base di fibre di carbonio, ottenuti mediante sovrapposizione di due o più strati o nastri di fibre che sono legati tra loro mediante successiva o concomitante deposizione fra detti strati di un materiale organico, polimerico o ibrido.
L'invenzione si riferisce specificatamente al procedimento di produzione dei suddetti tessuti ed è stata sviluppata ponendo specifica attenzione all'impiego di tale procedimento per la produzione di tessuti monodirezionali a base di fibre di carbonio.
Descrizione deldo stato della tecnica correlato al-1<1>invenzione
Le fibre dì carbonio sono strutture allungate monodimensionali, con diametri dell'ordine di alcuni micrometri (diametri inferiori sono anche possibili nel caso di nanofibre di carbonio). In particolare, una fibra di carbonio è un materiale fibroso di carbonio avente una struttura cristallina di micro-grafite ed è tipicamente ottenuta mediante fibrillazione di resine acriliche, che sono ben noti materiali tessili, oppure da pece di petrolio/ carbone e successivi specifici trattamenti termici.
Le fibre di carbonio sono generalmente classificate come fibre a base di poliacrìlonitrile (nel seguito PAN), a base di pece ed a base di rayon. Tra queste, le fibre di carbonio a base di PAN sono le fibre attualmente prodotte in maggior quantità e più largamente utilizzate. La produzione commerciale di fibre a base di PAN e dì fibre di carbonio isotropìche a base di pece è stata avviata all’inizio degli anni Settanta su larga scala.
Nella seconda metà degli anni Ottanta, furono altresì introdotte sul mercato fibre di carbonio a base dì pece anisotrope.
Le fibre di carbonio a base di PAN sono una classe dì fibre prodotte mediante procedimenti di carbonizzazione di precursori di PAN. Esse presen tano un'elevata resistenza a trazione ed un elevato modulo elastico e sono ampiamente applicate per materiali compositi strutturali e come rinforzanti nel settore spaziale ed industriale e per la realizzazione di articoli sportivi e simili.
Un altro tipo di fibre è invece prodotto mediante carbonizzazione di precursori di pece di petrolio/carbone. Questa classe di fibre presenta proprietà che possono variare in un campo estremamente ampio, da un basso modulo elastico ad un modulo elastico estremamente elevato. In particolare, le fibre con modulo elastico ultraelevato sono estensivamente adottate in componenti di alta rigidità e per vari impieghi che necessitano un'elevata conduttività termica e/o elettrica.
In generale, le fibre di carbonio presentano una resistenza a trazione ed una rigidità pari a due o tre volte di quelle dell'acciaio ed un peso specifico che è circa il 25% di quello dell'acciaio {modulo elastico a trazione: 600-200 GPa, resistenza a trazione: 2500-3500 MPa). La densità tipica delle fibre di carbonio è di 1750 kg/m<3>.
Le fibre di carbonio sono generalmente disponibili sul mercato in forma di fibre composite, costituite da un'anima di carbonio inglobata in un materiale organico termoplastico o termoindurente. Tale architettura è funzionale al fine di fornire fibre con incrementata processabilità e possibilità di manipolazione.
Tale materiale composito è impiegato in tutti i campi industriali e tecnologici, per i quali il rapporto rigidìtà/peso è importante o cruciale, ove si richiede un'elevata resistenza a trazione ed un elevato modulo elastico, ed ove i materiali da costruzione devono essere in grado di assorbire quantità rilevanti di energia meccanica, senza subire scissioni strutturali o rotture.
I materiali tradizionali, quali ad esempio i materiali ceramici e metallici, tipicamente non soddisfano tali requisiti.
Queste applicazioni sono state inizialmente riferite all’industria aeronautica e della difesa, utilizzando questo materiale in componenti strutturali; più recentemente, le fibre di carbonio sono state utilizzate in numerosi altri settori industriali, inclusi i settori navale, automobilistico, il settore degli articoli sportivi, l'industria delle costruzioni e degli impianti industriali.
Le fibre di carbonio sono utilizzate come fibre tessili convenzionali per la produzione di tessuti con diverse geometrie di tessitura e diversi spessori . Un tipico tessuto di carbonio è composto da trama ed ordito. I componenti a base di fibre di carbonio sono generalmente realizzati per impregnazione del tessuto mediante una matrice polimerica, che viene successivamente sottoposta a trattamenti termici/alta pressione. La pressione è utilizzata per rendere i componenti più compatti ed eliminare i difetti dovuti all'aria o al polimero in eccesso.
Le caratteristiche di elevata resistenza meccanica e di rigidità delle fibre di carbonio sfruttano la natura intrinsecamente anisotropa delle fibre di carbonio, in cui le prestazioni meccaniche sono incrementate in modo peculiare lungo la direzione della lunghezza della fibra. Quindi, le fibre devono essere preferenzialmente orientate lungo la direzione corrispondente alla massima sollecitazione.
Fibre non allineate non partecipano nella funzionalità di supporto/sollecitazione strutturale, ma invece possono determinare difetti, oltre ad un incremento di peso, nei componenti.
In particolare, per molti campi di applicazione (ad esempio per telai di biciclette, montanti, ecc.) si rende spesso necessario un materiale idealmente caratterizzato da eccellenti proprietà meccanìche solo lungo una direzione, permettendo così di non sprecare materiali ad alta prestazione lungo direzioni in cui forze possibilmente distruttive non si propagano.
Per molte applicazioni sarebbe altamente desiderabile un tessuto a base di fibre di carbonio, in cui non sia presente o sìa resa minima la presenza di materiale utilizzato per l'ordito, in quanto ciò risulterebbe in un notevole miglioramento in termini dì riduzione del peso totale del tessuto e dei componenti finali, nonché del relativo costo, senza degradazione delle prestazioni strutturali.
Inoltre, la presenza di fibre di ordito in una struttura di tessuto può creare disallineamenti locali nelle fibre di trama, a causa dello spessore delle fibre di ordito.
Attualmente, strutture unidirezionali a base di fibre di carbonio sono state realizzate per cavi e fili, destinati all'impiego come rinforzo strutturale per dispositivi biomedicali e protesi e come componenti di sollevamento per fili elettrici per alta tensione.
Al contrario, tessuti conformabili, realizzati mediante fibre di carbonio uniformemente allineate, sono difficilmente prodotti, in quanto la mancanza di un ordito causerebbe 1'esfoliazione del tessuto.
Sommario dell'invenzione
Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento per la produzione di un tessuto non tessuto a base di fibre di carbonio o di fibre composite di carbonio, in cui la funzionalità di legame tra le fibre di trama ed il supporto strutturale globale del tessuto stesso, che nella tecnica convenzionale è fornito dall'ordito, è fornito invece da un deposito di materiale organico, polimerico o ibrido in forma di fibre, film, o depositi discreti a gocce o a spruzzo, aventi una dimensione generalmente inferiore a pochi micrometri, che esercita una funzione di legame tra strati o nastri di tali fibre.
In vista di tale scopo, costituisce oggetto dell'invenzione un procedimento avente le caratteristiche definite dalle rivendicazioni che seguono.
In particolare, per il deposito del suddetto materiale legante, la presente invenzione utilizza il procedimento di elettro-spinning (filatura in campo elettrico) o elettro-spraying (spruzzatura in campo elettrico o elettrospruzzatura) .
La tecnica di elettro-spinning è stata impiemeritata e sviluppata per la prima volta agli inizi del XX secolo ed è stata oggetto di un incrementato interesse negli anni Novanta. Oggigiorno, 1'elettro- spinning è la principale tecnica produttiva per l'ottenimento di nanofibre. A confronto con altri processi industriali, come il melt-blowing, l'elettro- spinning è una tecnica di basso costo, semplice ed economica .
Micro- e nanofibre organiche ottenute per elettro- spinning hanno trovato varie applicazioni nell'ingegneria tessutale, particolarmente per la produzione di materiali porosi per colture cellulari, nella meccanica e nell'elettronica ed in dispositivi di filtro molecolare.
Rispetto ai polimeri in massa, le mìcro- e nanofibre presentano migliori caratteristiche meccaniche lungo la loro lunghezza ed un rapporto superficie/volume estremamente elevato (con aree esposte fino a IO<3>m<2>/g).
Un tipico equipaggiamento per elettro- spinning è un'apparecchiatura semplice, formata da un serbatoio contenente la soluzione utilizzata per il processo, collegata ad un ago che estrude il getto polimerico. L'ago ed un collettore sono polarizzati ad un voltaggio (generalmente superiore a 5 kv), che determina la formazione di un getto della solu-zione elettrificata. Più di un ago può essere connesso ad una singola sorgente elettrica di alta tensione; conseguentemente, 1'elettro-spinning può essere ingegnerizzato per costituire una tecnica particolarmente economica (una sorgente elettrica commerciale ad alta tensione, normalmente richiede poche centinaia di Watt), particolarmente a confronto con tecniche di melt-blowing che richiedono elevate temperature e quindi elevati consumi elettrici .
Il collettore è tipicamente messo a terra e l’ago di estrusione è invece polarizzato positivamente. Per conseguire un controllo ottimale del materiale sottoposto ad elettro-spinning, per mantenere costante la portata della soluzione erogata nel tempo, è spesso necessario mantenere una sovrapressione costante nel serbatoio (tipicamente mediante una pompa a siringa).
La formazione di micro- e nanofibre polimeriche mediante elettro-spinning è il risultato dello stiramento subito dalla soluzione viscoelastica, quando il campo elettrico esterno viene applicato. La forza repulsiva dovuta alla carica elettrica della superficie esterna della goccia estrusa dalla soluzione polimerica diviene maggiore rispetto alla tensione superficiale del liquido, per cui inizia la formazione di uno o più microfilamenti polimerici .
A seguito dello stiramento durante il tragitto verso il collettore, nel corso del quale è concomitante l'evaporazione del solvente, il getto contìnuo produce strutture finemente monodimensionali, con diametri nel campo tra alcune decine dì micrometri ed alcune decine di nanometri. La forza repulsiva dovuta alla carica elettrica della superficie esterna della goccia estrusa della soluzione polimerica è responsabile per la simultanea formazione di una pluralità di fibre direttamente da un solo ago.
II procedimento di produzione delle fibre diviene ancor più veloce mediante l'impiego di un dispositivo avente una pluralità di aghi di deposizione .
I principali parametri di processo che devono essere controllati in una procedura standard di elettro-spinning sono la viscosità della soluzione e la conduttività, la polarizzazione applicata tra l’ago ed il collettore, la distanza tra l'ago ed il collettore, la portata di alimentazione della soluzione polimerica ed alcuni parametri ambientali, come l'umidità e la temperatura.
Il diametro di fibre risultanti decresce con l'incremento della polarizzazione applicata, con la distanza ago-collettore e con la conduttività della soluzione, mentre è incrementata aumentando la viscosità della soluzione. L'umidità dell'atmosfera in cui si effettua il processo ha un effetto sul campo elettrico risultante e quindi sulla morfologia delle fibre risultanti. La temperatura ha altresì un effetto sull'evaporazione del solvente.
Specifiche variazioni dell'equipaggiamento standard includono la possibilità di raccogliere il polimero trattato in modi diversi, allo scopo di ottenere diversi assemblaggi fibrosi e non utilizzare un ago per estrudere.
Nel procedimento secondo l'invenzione, fibre polimeriche, depositi a gocce ("spot"), strati o film ottenuti per elettro-spinning o per elettrospruzzatura sono depositati su fibre di carbonio durante spinning/spruzzatura o a posteriori. In particolare, le fibre di carbonio sono elettricamente conduttive e pertanto possono essere direttamente utilizzate come collettori per fibre polimeriche/organiche o per depositi a gocce polimerici/organici elettrospruzzati.
Ε' quindi possibile depositare direttamente su di un tessuto privo di ordito di fibre di carbonio, elementi organici termoplastici, fibre polimeriche o strutture a reticolo mediante le tecniche sopra citate. La dimensione tipica dei depositi organici cosi prodotti deve essere confrontabile con quelle delle fibre di carbonio o inferiore.
L'elevata flessibilità della tecnica di elettro-spinnìng permette di utilizzare la stessa apparecchiatura di deposizione per la produzione di fibre polimeriche con diversi diametri, in funzione della dimensione delle fibre monodirezionali del tessuto .
Dopo la deposizione del materiale legante per elettro-spinning o elettrospruzzatura, due o più strati o nastri di fibre di carbonio sono disposti a contatto e la struttura a sandwich così ottenuta è quindi riscaldata ad una temperatura superiore alla temperatura di transizione vetrosa del materiale plastico depositato. Prima del riscaldamento, o simultaneamente, o dopo il riscaldamento, il sistema può essere sottoposto a compressione per favorire una migliore mutua adesione tra le diverse superiici di fibre di carbonio. Dopo raffreddamento, la morfologia estremamente fine e sottile del materiale legante depositato permette di conseguire un tessuto portante e conformabile {preferibilmente monodirezionale) ; la componente di materiale plastico è preferibilmente al disotto del 10% in peso riferito al peso totale del tessuto ottenuto, grazie alla dimensione estremamente fine degli elementi organici/polimerici ottenuti mediante la tecnica di elettro-spinning o di elettro-spraying .
In una forma preferita di attuazione dell'invenzione, si realizza un reticolo polimerico di fibre organiche all'interfaccia tra due strati o nastri di fibre di carbonio, mutuamente allineate lungo la stessa direzione.
In particolare, in una forma di attuazione preferita dell'invenzione, un tessuto monodirezionale viene prodotto mediante le seguenti fasi operative {vedasi fig . 2):
preparazione di una soluzione di un polimero termoplastico, preferibilmente scelto tra polimetilmetacrilati , polietilene, polistirene, poliammidi (Nylon<®>) , polimeri cicloolefinici (Topas<®>, Zeonox<®>, ecc .), o di una soluzione o sospensione composita includente un polimero, ad esempio del tipo sopra citato, unitamente a particelle, micro- nanopolveri, micro- nanocristalli e/o molecole funzionali; tipicamente si utilizzano per la soluzione solventi organici, quali cloroformio, diclorometano, toluene, acido formico e concentrazioni polimeriche nel campo da 1 mg a 1000 mg di polimero per mi di solvente;
deposizione di un reticolo di fibre termoplastiche mediante elettro- spinning o elettro-spraying su di un nastro o strato di fibre di carbonio; una pompa a siringa con una portata di pompaggio appropriata (ad esempio 1-10<7>μΐ al minuto, in funzione delle caratteristiche della soluzione del polìmero ed in funzione dell'erogazione finale desiderata) può essere utilizzata per generare una sovrapressione controllata nel serbatoio della soluzione; la tensione applicata tra l'ago o testa di deposizione e la superficie fungente da collettore è fornita da un generatore di alta tensione, regolabile, in grado di fornire polarizzazioni dell'ordine di decine di kV; un elettrodo della sorgente dì energia elettrica è immerso nella soluzione o collegato alla testa/ago di estrusione; quest'ultimo è costituito da un metallo, con uno o più fori dal quale fuoriesce il getto, fori aventi diametri nel campo da 1 min a 10 pm; la quantità di materiale depositato dipende dal tempo di spinning/spraying e dalla portata volumetrica della soluzione che esce dalla testa di deposizione/ago; è possibile ottimizzare i para-metri di processo allo scopo di evitare la formazione di residui polimerici/organici nell'ago durante, o dopo lo spinning;
adesione mutua di due strati o nastri di fibre di carbonio {uno dei quali, o entrambi i quali, sono stati preventivamente posti in contatto o rivestiti con elementi del materiale polimerico/organico/composito) mediante contatto semplice o assistito da una pressione applicata (ad esempio nel campo da IO<"3>-1 kN/crn<2>), a temperatura ambiente o a seguito di riscaldamento per fondere il polimero legante; la pressione applicata e l'intervallo di tempo di applicazione di pressione e di riscaldamento dipendono dalle aree e dallo spessore dei materiali impiegati; il riscaldamento del sistema determina il rammollimento del materiale termoplastico, che aderisce fortemente alle fibre di carbonio, inglobandole al suo interno ed agendo come punto di legame tra diversi strati o nastri di fibre di carbonio,· il riscaldamento aiuta altresì nell 'evitare 1 'incorporazione di bolle o di altri difetti nel composito finale risultante; tipiche temperature di transizione vetrosa dei materiali termoplastici sono inferiori a 300°C;
in caso di riscaldamento, il raffreddamento del sistema fino a temperatura ambiente.
In una particolare forma di attuazione dell<1>invenzione si è impiegato un singolo ago o, rispettivamente, testa di deposizione per 1'elettro-spinning o 1<1>elettrospruzzatura; tuttavìa, due o più aghi/teste di deposizione possono operare in parallelo per depositare fibre leganti o a gocce discrete su aree più ampie.
In una forma particolarmente preferita dell'invenzione, due strati/nastri di fibre di carbonio sono allineati lungo la stessa direzione prima del legame ed il legame risulta nella produzione di un tessuto a base di fibre di carbonio monodirezionale.
In una forma di attuazione particolarmente preferita, il processo di legame è implementato mediante diverse classi di polimeri o molecole organiche, quali materiali plastici, utilizzati come elementi leganti in luogo di polimeri termoplastici.
Breve descrizione dei disegni annessi
L'invenzione sarà ora descritta, a titolo di esempio, con riferimento ai disegni annessi, in cui :
la fig. 1 è uno schema di flusso di una forma di attuazione esemplificativa del procedimento secondo 1'invenzione;
la fig. 2a è uno schema dell'apparecchiatura di deposizione per elettro-spinnìng/elettro-spraying;
la fig. 2b è una rappresentazione schematica dell'apparecchiatura di riscaldamento e compressione per conseguire il legame per la produzione del tessuto;
la fig. 3a è una fotografia al microscopio elettronico di fibre di carbonio;
la fig. 3b è una fotografia al microscopio elettronico di un campione di un deposito di microfibre ed elementi spruzzati su fibre di carbonio; e le figg. 4a e 4b sono fotografie di tessuti di fibre di carbonio monodirezionali, legate mediante veli ("web") di materiale polimerico di microfibre interfacciali .
Dettagliata descrizione di una forma di attuazione dell<1>invenzione
Con riferimento agli schemi esemplificativi riportati nelle figg- 1 e 2, in una prima fase 102 un ago 10 viene posizionato ad una distanza di alcuni centimetri {1-100 cm) da un collettore 12, quale ad esempio un collettore costituito da uno strato o da un nastro di fibre di carbonio.
Preferibilmente, un modulo di pompaggio 14 viene connesso ad un serbatoio 16 che contiene una soluzione di polimeri, molecole organiche, nano- microcompositi, destinato ad essere sottoposto ad elettro-spinning o elettro-spraying. Il modulo di pompaggio 14 è anche collegato all’ago di estrusione/testa di deposizione 10 mediante un tubo flessibile o rigido 18; tìpiche portate di pompaggio e di iniezione sono dell'ordine di alcune decine di μΐ di soluzione per minuto.
Un generatore di alta tensione 20 è collegato all'ago di estrusione/testa di deposizione 10 mediante una connessione 22 ed è regolato allo scopo di fornire una polarizzazione, tipicamente dell'ordine di alcuni kv o decine di kv, tra l'ago di estrusione/testa di deposizione 10 ed il collettore 12.
In una fase 104, si utilizzano come collettore 12 fibre dì carbonio, preferibilmente allineate, ed esse sono collegate al potenziale di terra mediante una connessione elettrica 24.
In una fase 106, si prepara una soluzione di polimeri, molecole organiche o nano- o microcompositi e la si dispone nel serbatoio 16.
Preferibilmente, un'idonea valvola 26 può essere utilizzata per ristabilire la pressione nel serbatoio, che è normalmente chiuso mediante un elemento di sigillatura per prevenire l'evaporazione del solvente ed il contatto della soluzione con l'atmosfera esterna.
In una fase 108, si attivano il generatore di alta tensione 20 ed il sistema di pompaggio 14; gocce elettrospruzzate di polimero/materiale organico/composito o fibre o elementi 28 generati da elettro-spinning di materiale polimerico/organìco/ composito iniziano a coprire le fibre di carbonio allineate utilizzate come collettore. Il tempo durante il quale il processo di elettro-spinning/elettro-spraying è effettuato determina la quantità di elementi, gocce o fibre di materiale polimerico/organico/composito 28 che è depositata sulle fibre di carbonio allineate 12, sulle fibre di carbonio allineate 30 o su entrambe le fibre allineate di carbonio 12 e 30.
II processo di deposizione può essere condotto in atmosfera controllata e con deposizione in senso orizzontale o verticale.
In una fase 110, il generatore di alta tensione 20 ed il sistema dì pompaggio sono disattivati ed il processo di elettro-spinning/elettro-spraying viene interrotto. Le fibre di carbonio sottoposte a processo sono rimosse dal supporto del collettore.
In una fase 112, un secondo strato o nastro di fibre di carbonio 30 è allineato, ad esempio nella stessa direzione delle fibre dì carbonio precedentemente sottoposte a processo. I due strati/nastri di fibre di carbonio, quello trattato 12 e quello non trattato 30 {entrambi gli strati/nastri 30 e 12 possono essere processati mediante elettro-spinning /elettro-spraying) , sono posti a reciproco contatto. A questo punto, gli elementi leganti 28 costituiscono un insieme interfacciale di elementi o uno strato interfacciale tra i due strati/nastri di fibre di carbonio 12 e 30. Qualora richiesto dal velo polimerico 28, la struttura a sandwich 32 viene riscaldata in una fase 114. Preferibilmente, una termocoppia o altro sensore di temperatura 34, posizionato in prossimità o in contatto con il sistema di pressione, permette di misurare la temperatura della struttura a sandwich 32.
Preferibilmente, un sistema elettronico, quale un controllore proporzionale-integrale-derivativo può essere utilizzato per controllare la temperatura e la velocità di riscaldamento degli elementi riscaldanti 36 e 38. Opzionalmente, soltanto uno degli elementi riscaldanti 36 o 38 viene attivato, o è anche possibile utilizzare due o più elementi riscaldanti. Gli elementi riscaldanti possono agire per contatto, come ad esempio nel caso di piastre calde, per eccitazione ottica o radiazione elettromagnetica, come ad esempio nel caso di lampade infrarosse, microonde o laser, per generazione di energia termica tramite accumulatori o per reazione chimica. La temperatura che deve essere raggiunta, deve essere considerevolmente superiore alla temperatura di transizione vetrosa degli elementi polimerici/organici/compositi, gocce o fibre 28, portando così al rammollimento degli elementi 28 e permettendo a questi di agire come punti di legame tra i due strati di fibre di carbonio 12 o 30.
Opzionalmente, in una fase 116, piastre di pressione 40, nastri o rulli, sono utilizzati per comprimere il nastro riscaldato, allo scopo di rendere possibile la penetrazione tra gli elementi polimerici fusi 28 e le fibre di carbonio degli stratì/nastri 12 e 30. Il valore di pressione (ad esempio nel campo da IO<'3>a 1 kN/cm<2>), il periodo di tempo di pressione {che può variare da frazioni di secondo a minuti o alcune ore) dipendono dai materiali utilizzati. Le piastre di pressione 40 possono anche incorporare gli elementi riscaldanti 36 e 38, oppure tali elementi riscaldanti possono essere utilizzati a seguito della compressione con le suddette piastre dì pressione 40.
In una fase 118, il tessuto ottenuto viene rimosso dalla pressa ed avvolto su bobina.
La fig. 3a illustra un’immagine di un tipico nastro di fibre di carbonio. Le fibre di carbonio sono allineate lungo la stessa direzione e presentano diametri tipici dell'ordine di alcuni micrometri. L'anima della fibra è costituita da un filo di carbonio e questa struttura è rivestita da un guscio polimerico (ad esempio termoplastico o di resina epossidica).
La fig. 3b illustra un nastro di fibre di carbonio ottenuto per elettro-spinning. Un velo polimerico sovrapposto è ad esempio ottenuto da una soluzione di polìmetilmetacrilato (150 mg di polimetilmetacrìlato in l mi di cloroformio). Le microfibre polimeriche sono distribuite casualmente sul collettore. Un gran numero di gocce o perline polimeriche sono anche depositate sulle fibre di carbonio, come risultato del processo simultaneo di elettro-spraying .
Le figg. 4a e 4b illustrano due fotografie di un tessuto completamente processato ed assemblato. Il secondo strato di fibre di carbonio è legato al primo strato, dando luogo ad un nastro bistrato, flessibile, totalmente conformabile, dì fibre di carbonio monodirezionali, come illustrato.
Il procedimento descritto offre una procedura diretta e sperimentalmente conveniente per ottenere tessuti monodirezionali o complessi, formati dalla sovrapposizione di due o più strati di fibre di carbonio. Questi risultati migliorano sostanzialmente i tessuti a base di fibre di carbonio in termini di prestazioni per applicazione industriale.
In particolare l'applicazione del materiale legante tramite elettro-spinning presenta importanti vantaggi rispetto ad altre tecniche di deposizione, in particolare:
un risparmio energetico, in quanto non è necessario sciogliere il polimero;
un<1>apparecchiatura di elettro-spinning è relativamente semplice e sono disponibili apparecchiature già industrializzate, per cui i costi di implementazione e sviluppo stanno scendendo rapidamente ;
la manutenzione delle teste di estrusione è semplice e veloce, la loro pulizia può essere effettuata tramite alimentazione di solvente puro; è possibile con uno stesso alimentatore far lavorare più teste di estrusione;
non vi è necessità di utilizzare dispositivi nei quali siano presenti alte pressioni.
Inoltre, mediante la tecnica di elettro-spinning o di elettro-spraying è possibile utilizzare un materiale provvisto di funzionalità specifiche di natura chimica, strutturale, meccanica-ottica, elettrica o proprietà biologiche che sono conferite alle fibre di carbonio così trattate.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di realizzazione ed i modi di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto a titolo di esempio non limitativo, senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni che seguono .

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di un tessuto non tessuto, formato da una pluralità di strati o nastri di fibre di carbonio o di fibre composite di carbonio, caratterizzato dal fatto che detti strati o nastri e le fibre di detti strati sono legati tra loro mediante deposizione tra detti strati o nastri di un materiale polimerico organico, inorganico o ibrido-organico/inorganico applicato mediante elettro-spinning o elettrospruzzatura.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti strati o nastri di fibre di carbonio composite sono formati da fibre allineate .
  3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico è depositato in forma di microfibre, nanofibre, gocce o in forma di una pellicola continua su detto strato o nastro o in aree discrete di detto strato o nastro.
  4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di riscaldare dette fibre di carbonio o fibre composite, a seguito del deposito di detto materiale polimerico, per legare o facili tare il legame di dette fibre.
  5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di sottoporre a pressione dette fibre di carbonio o fibre composite dopo la deposizione di detto materiale polimerico.
  6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzato dal fatto che prima, o successivamente alla deposizione di detto materiale polimerico, dette fibre dì carbonio o fibre composite sono sottoposte ad un trattamento per via ottica, termica, chimica, meccanica o elettrica, per provocare o facilitare il legame o per conferire al materiale risultante specifiche proprietà elettriche, ottiche, chimiche, strutturali e/o meccaniche .
  7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico utilizzato per l'operazione di elettro-spinning o di elettro-spraying è preventivamente riscaldato al disopra della sua temperatura di rammollimento.
  8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il riscaldamento di dette fibre di carbonio o composite è effettuato mediante radiazione elettromagnetica, mediante contatto con piastre riscaldate o mediante mezzi chimici o elettrochimici.
  9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che l'applicazione di una pressione viene effettuata mediante piastre di pressione o rulli di pressione.
  10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico è scelto tra polimetilmetacrilato, polietilene, polistirene, poliammidi o polimeri cicloolefinici.
  11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico comprende un materiale polimerico termoindurente.
  12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni l a 8, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico comprende inoltre materiali ceramici, microcristallì o nanocristalli.
  13. 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico comprende nanofibre di carbonio o nanotubi di carbonio.
  14. 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle rìvendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto materiale polimerico è depositato in quantità non superiore al 10% in peso, riferito al peso del tessuto.
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