Caratteristiche delle fibre di carbonio

Le fibre di carbonio

Chimicamente le fibre di carbonio sono polimeri di atomi di carbonio strutturato. Possiamo immaginarle come esagoni (che è la forma dell'atomo di carbonio) uniti insieme e poi sovrapposti a piani. Sono ottenute tramite la sintesi di prodotti derivanti dal carbonio e dal petrolio. La loro suddivisione avviene in base ai materiali di partenza, organici o inorganici e ai loro processi di fabbricazione. Sono utilizzate a creare i cosiddetti materiali compositi, formati per una parte dalle fibre di carbonio e dall'altra dalla cosiddetta matrice che in genere è di resina, ma anche un materiale plastico o metallo. La matrice serve per tenere le fibre ferme e disposte nella giusta posizione (adatta a sopportare gli sforzi a cui saranno sottoposte), proteggerle e dare la forma al manufatto.

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Le caratteristiche delle fibre di carbonio

Laminato composito Le caratteristiche delle fibre di carbonio sono: un diametro compreso fa i 5 e i 15 μm (micrometri cioè millesimi di millimetro); esclusa l'ossidazione hanno praticamente inerzia chimica; un'altissima conducibilità termica ed elettrica; altissime flessibilità, resistenza e modulo elastico, buone proprietà ignifughe. Sono molto simili all'amianto come caratteristiche generali, ma non ne presentano i gravi rischi per la salute che invece quest'ultimo genera. I procedimenti con cui si formano sono due: la modificazione di fibre organiche oppure dai residui della distillazione del catrame e del petrolio, nel primo caso assumono la nomenclatura di PAN e nel secondo di PITCH. La sigla PAN indica la fibra di poliacrilonitrile che potremmo definire "la madre di tutte le fibre di carbonio", ottenuta dalla polimerizzazione dell'acrilonitrile.

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Utilizzi delle fibre di carbonio

Posa di lamine di CFRP Il pitch, chiamato anche pece o residuo catramoso, è ciò che rimane dalla distillazione del catrame o del petrolio ed è formato da migliaia di idrocarburiaromatici. Processi chimici che in questa sede non analizzeremo, orientano le molecole lungo l'asse della fibra, a formare una struttura i cui fogli sono disposti a caso o ripiegati. Lo scopo principale nell'utilizzo delle fibre di carbonio è formare materiali compositi rinforzati dalla loro presenza, tra i quali troviamo quelli a matrice polimerica ad alte ed altissime prestazioni, denominati Fiber Reinforced Polymer; abbreviato con l'acronimo FRP. Si usano in aeronautica e in astronautica, ma anche nel restauro strutturale e per adeguare staticamente le strutture in muratura o in cemento armato, soprattutto quando costruite in zone sismiche.

Caratteristiche delle fibre di carbonio: Le fibre di carbonio nell'edilizia

Struttura di un CFRP Le caratteristiche delle fibre di carbonio le rendono un materiale con molte applicazioni, anche in edilizia: sono utili per le loro particolari caratteristiche meccaniche e le prestazioni, come: la grande resistenza allo strappo, anche in presenza di supporti non omogenei e su superfici non piane; l'alta resistenza chimica; la grande resistenza alla corrosione; lo scarso assorbimento di acqua, anche in ambienti umidi; lo spessore estremamente contenuto abbinato ad un peso veramente irrisorio. Per queste caratteristiche trovano impiego laddove si debba intervenire per aumentare la portanza di solai o travi; per rinforzare, nel caso dei miglioramenti antisismici, senza aumentare i pesi, ma al contempo migliorando la resistenza alla compressione e determinando un aumento della duttilità dell'intera struttura. Infine, per rinforzare strutture lesionate.