Prodotti per il rinforzo ed il restauro architettonico
Prodotti per il rinforzo ed il restauro architettonico
La fibra di carbonio è un materiale altamente strategico che offre soluzioni innovative, che implicano un uso efficiente delle risorse, per risolvere i principali problemi mondiali, come l’aumento dell’efficienza delle turbine eoliche, la riduzione del consumo di carburante nei veicoli e il rafforzamento delle infrastrutture e delle strutture contro i terremoti.
Estremamente resistenti e leggeri, i materiali a base di fibra di carbonio vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni in cui il risparmio di peso, la riduzione delle emissioni, la durata e l’efficienza energetica sono fattori chiave in termini di prestazioni.
La fibra di carbonio è un materiale estremamente resistente, rigido e leggero, superiore in resistenza ai materiali metallici convenzionali. È tecnicamente nota come fibra contenente almeno il 95% di atomi di carbonio legati insieme. È costituita da sottilissimi fili di carbonio (tip. 5-7 µ di diametro), persino più sottili dei capelli umani. I fili possono essere intrecciati insieme, come il filato. I filati possono essere intrecciati insieme come un tessuto, che viene utilizzato per realizzare parti composite. Le fibre di carbonio sono prodotte in tow (filati) che vanno da 1.000 filamenti (1k), a 3k, 6k, 12k, 24k, 50k, ecc.
Se utilizzata con un polimero legante, come una resina rigida o una plastica, il rapporto resistenza/peso (così come il rapporto rigidità/peso) della fibra di carbonio è molto più elevato rispetto all’acciaio o all’alluminio.
5 volte più resistente dell’acciaio
2 volte più rigido dell’acciaio, dell’alluminio e della fibra di vetro
4 volte più leggero dell’acciaio
2 volte più leggero dell’alluminio e della fibra di vetro
Resistenza alla corrosione e alla fatica
La maggior parte delle plastiche (polimeri), come poliestere, nylon o polietilene, si fondono e poi si decompongono quando vengono riscaldati. Alcuni polimeri (ad esempio poliacrilonitrile e cellulosa) non si fondono e invece reagiscono con se stessi per carbonizzare o carbonizzarsi. Un esempio è il pane, che si carbonizza quando viene riscaldato per tostarlo anziché sciogliersi o decomporsi. In generale, il poliacrilonitrile viene normalmente utilizzato per produrre fibre di carbonio in quanto conferisce maggiore resistenza e rigidità alle fibre.
Il primo passaggio del processo comporta la conversione o polimerizzazione del materiale di partenza, acrilonitrile (monomero) in un polimero (catena di monomeri collegati) mediante l’aggiunta di un catalizzatore a radicali liberi. È possibile effettuare questa polimerizzazione in un solvente (polimerizzazione in soluzione) o in una sospensione di acrilonitrile in acqua, ma la polimerizzazione in sospensione è la più comune. Nella polimerizzazione in soluzione il polimero disciolto viene immesso direttamente nella fase di filatura, mentre nella polimerizzazione in sospensione, il polimero viene filtrato dalla sospensione e disciolto in un solvente appropriato e inviato alla filatura; simile alla polimerizzazione in soluzione.
In generale, la conversione della soluzione polimerica in una fibra comporta l’estrusione della soluzione viscosa attraverso una serie di piccoli fori (filiera) in un bagno di non solvente (acqua) dove la fibra precipita e forma un gel fibroso. Una serie di fasi di lavaggio, stiramento e asciugatura converte quindi le fibre gelatinose in fibre di poliacrilonitrile resilienti (fibra precursore). Questa fibra precursore bianca è quindi pronta per la conversione in fibra di carbonio.
Il primo passaggio del processo di carbonizzazione comporta la reticolazione attenta e controllata del precursore mediante calore e ossigeno in una fibra nera termicamente stabile. Questo materiale è definito fibra ossidata. Contiene ancora il 35-40% di altri elementi (idrogeno, azoto e ossigeno) e la struttura reticolata è casuale (amorfa) e non cristallina come nella fibra di carbonio.
La fibra ossidata viene quindi trattata termicamente in una serie di forni ad alta temperatura per volatilizzare innanzitutto gli elementi non carboniosi, il che si traduce in una riduzione del 50% della massa e quindi si verificano una serie di fasi di rottura e formazione del legame carbonio-carbonio per trasformare la struttura di carbonio casuale/amorfa in una struttura di grafite altamente cristallina tenuta insieme da regioni amorfe. Maggiore è la temperatura e il tempo di conversione, più carbonio amorfo viene convertito in carbonio cristallino.
La fibra di carbonio risultante ha una superficie molto liscia e inerte e quindi è difficile che colle/adesivi/resine aderiscano alla superficie, quindi la superficie deve essere resa più ruvida e reattiva tramite un processo di incisione che può essere elettrochimico, al plasma, con acido forte ecc. Un rivestimento superficiale (dimensione) viene normalmente applicato alla fibra di carbonio incisa per proteggere la fibra di carbonio, lubrificarla nella successiva lavorazione e fungere da interfaccia con le resine composite.
La fibra di carbonio risultante viene poi avvolta su un tubo per ottenere un peso o una lunghezza noti, denominato bobina, rocchetto o formaggio di fibra di carbonio.
Il sistema di rinforzo esterno CarbonWrap® viene utilizzato per rinforzare solai, travi, colonne, travi reticolari, fondazioni, telai in cemento armato, campate di scale, ecc. Viene utilizzato per la riparazione. Viene utilizzato attivamente (e soprattutto in modo efficace) nelle grandi riparazioni e restauri di edifici e nella riparazione di strutture dopo incendi e incidenti.
La tecnologia del sistema di rinforzo esterno CarbonWrap® è estremamente semplice da usare.
Dopo la preparazione dell’elemento costruttivo da rinforzare, gli elementi ad alta resistenza del sistema CarbonWrap® (nastri di carbonio, tessuti, tappetini, lamelle di carbonio-plastica, tessuti multiassiali) vengono incollati utilizzando il legante epossidico bicomponente CarbonWrap® Resin secondo con l’analisi del progetto e le caratteristiche dell’edificio.
Su questo strato di rinforzo viene applicato uno strato protettivo in conformità con le condizioni di utilizzo. Di conseguenza, le specifiche tecniche dell’impianto migliorano e gli intervalli di riparazione durante l’uso aumentano.