CF PEEK: strutturale leggero

Composito LCF PEEK: soluzioni strutturali leggere

Al vertice dei tecnopolimeri speciali, il polietere etere chetone (PEEK) ha da tempo- stabilito la sua posizione dominante. Tuttavia, quando gli ingegneri tentano di utilizzarla per sostituire completamente i componenti strutturali portanti in metallo-, la resina pura o anche i normali materiali rinforzati con fibre corte- spesso non riescono a raggiungere risultati soddisfacenti. Questo è proprio il momento in cui entra in gioco il composito LCF PEEK (polietere etere chetone rinforzato con fibra di carbonio lunga). Non si tratta semplicemente di una formula migliorata, ma di un nuovissimo sistema di materiali-che ridefinisce il percorso di trasmissione meccanica a livello di microstruttura. Per i settori manifatturieri di fascia alta-che perseguono la massima leggerezza e integrità strutturale, i pellet di plastica LCF PEEK stanno ridefinendo i confini della "plastica che sostituisce l'acciaio".

Dal "riempimento" al "miglioramento" - Una trasformazione qualitativa

La chiave per comprendere l'ambito applicativo di questo materiale sta nel cogliere la definizione di “lunghezza”. Nei materiali compositi tradizionali-in fibra di carbonio a taglio corto (SCF), la lunghezza della fibra è solitamente inferiore a 1 millimetro. Esistono nella matrice resinosa come sabbia sciolta e servono principalmente a riempire e indurire.
Tuttavia, nella forma granulare di LCF PEEK, la lunghezza delle fibre di carbonio è coerente con la lunghezza dei granuli (tipicamente compresa tra 5 mm e 25 mm). Questa estensione fisica della lunghezza porta a un cambiamento qualitativo dopo lo stampaggio a iniezione: le fibre non esistono più come entità isolate, ma sono intrecciate e collegate all'interno del componente, formando una "rete scheletrica" ​​tridimensionale ad incastro.
Questa struttura microscopica determina le proprietà macroscopiche. Quando il componente è soggetto all'impatto di una forza esterna, l'energia non si concentra in un unico punto, provocando fratture fragili, ma viene rapidamente dispersa in tutto il componente attraverso questa rete continua di fibre. Ciò spiega perché la resistenza all'impatto dell'LCF PEEK può raggiungere molte volte quella dei materiali a fibra proporzionalmente più corta - conferisce al materiale una "resilienza" simile a quella del metallo, piuttosto che semplicemente la "durezza" della ceramica.

La libertà della progettazione strutturale

Dal punto di vista di un ingegnere strutturale, il più grande vantaggio di LCF PEEK risiede nella sua resistenza specifica estremamente elevata e nella resistenza al creep.

Sebbene i materiali metallici abbiano un'elevata resistenza, hanno un'alta densità; e in configurazioni complesse, la lavorazione dei metalli è spesso limitata dal collo di bottiglia della produzione sottrattiva. La resistenza alla trazione del PEEK LCF può facilmente superare i 250 MPA e il suo modulo è vicino a quello delle leghe di alluminio, ma la sua densità è bassa. Ciò significa che, a parità di condizioni di carico, il peso del componente può essere ridotto.

Il valore più profondo risiede nella resistenza alla fatica e nella stabilità dimensionale. Molte plastiche subiscono uno "scorrimento a freddo" o scivolano sotto stress a lungo termine-o ad alte temperature, con conseguenti guasti all'assemblaggio. Tuttavia, grazie al supporto della struttura in fibra lunga-, LCF PEEK mostra una sorprendente resistenza allo scorrimento viscoso. Anche se sottoposto a carico a lungo-termine a temperature più elevate, può mantenere una dimensione costante. Ciò lo rende pienamente idoneo per l'uso nella produzione di componenti chiave sottoposti a sollecitazioni, come staffe attorno ai motori automobilistici e parti di collegamento per carenature aerospaziali.

LCF PPS: Colpo di riduzione dimensionale

Il semplice fatto di avere prestazioni eccellenti non è sufficiente per convincere le aziende a passare a questo materiale. La principale competitività di LCF PEEK in campo commerciale risiede nella semplificazione del processo produttivo.
I componenti strutturali metallici tradizionali, dalle materie prime ai prodotti finiti, spesso richiedono molteplici processi come la pressofusione, il taglio e la sbavatura. Ciò non solo richiede molto tempo, ma porta anche a un aumento esponenziale dei costi di lavorazione per strutture complesse con canali di flusso interni, parti a scatto o nervature di rinforzo-con pareti sottili.
Sebbene il prezzo unitario di LCF PEEK sia relativamente elevato, possiede i vantaggi dello stampaggio a iniezione dei materiali termoplastici. Attraverso la progettazione dello stampo, è in grado di produrre geometrie estremamente complesse in un unico processo e persino di integrare insieme inserti metallici, filettature e scanalature di tenuta. Dal punto di vista del costo totale del sistema, l’utilizzo di LCF PEEK al posto del metallo porta generalmente a notevoli risparmi sui costi e a un miglioramento della capacità.

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