Fibre composite: carbonio, kevlar e vetroresina

Sul vecchio sito questa pagina era ancora in lavorazione: c'era la classica scritta “lavori in corso”. L'ho recuperata com'era.

Fibre Composite

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Volendo sperimentare realizzazioni in carbonio ho cercato di documentarmi il più possibile sull'argomento. Girando per i gruppi di discussione o nei forum si trovano diverse "guide" ed i consigli più disparati su come realizzare pezzi in composito, come spesso accade alcune sono valide ed altre meno e poi ci sono quelle totalmente inutili o addirittura controproducenti! Ho raccolto tutte le informazioni possibili e le ho organizzate, quindi con molta pazienza ho cominciato a sperimentare. Dopo un po di test ho potuto filtrare i consigli utili da quelli campati in aria e visto che i risultati sono stati buoni ho deciso di scrivere anche io la mia personale guida, in modo da aiutare chi vuole iniziare a non commettere i miei stessi errori.

Per semplificare le cose ho diviso le varie informazioni in categorie:

• Materiali Necessari
• Costruzione di pezzi semplici
• Costruzione di stampi in gesso
• Costruzione di stampi in resina
• Laminazione in stampo
• Distacco e Finitura
• Modifiche e Riparazioni

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Materiale Indispensabile

• Resina + Catalizzatore (Poliestere o Epossidica)
• Tessuto (Vetro - Carbonio - Kevlar) ed eventualmente MAT
• Pennelli
• Guanti in Lattice
• Contenitori Plastici o in Vetro (usa e getta)
• Mascherina
• Solvente alla Nitrocellulosa (Nitro) - Per rimuovere tracce di resina finché ancora "molla"
• Pellicola per alimenti Cuki (quelle a basso costo non "funzionano", meglio l'originale)
• Bilancia elettronica (per i dosaggi della resina epossidica)

Materiale per Stampi in Resina (oltre a resina e tessuto già menzionati)

• Nastro di carta da carrozzeria
• Stucco per Metallo o Stucco Poliestere
• Vernice Spray
• Alcool Polivinilico (PVA) - (distaccante)

Materiale per Stampi in Gesso

• Alcool Polivinilico (PVA) - (distaccante)
• Nastro di carta da carrozzeria
• Vernice Spray
• Gesso Alabastrino
• Gesso da Muro (per fare spessore e rinforzare lo stampo)
• Rete Metallica canapa o legno (per "armare" lo stampo)
• Stucco da Muro (per la rifinitura dello stampo)

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Pezzi Semplici

Per iniziare l'ideale è realizzare qualche pezzo piccolo e semplice, pezzi dalle forme semlici che non necessitano di stampi. Per fare pratica sarà meglio usare tessuto vetro, giusto per non sprecare costoso carbonio.

Se la resina utilizzata è epossidica una bilancia è indispensabile, in modo da poter dosare con precisione i componenti, altrimenti si possono utilizzare due siringhe ed una calcolatrice per ottenere il peso specifico (i dosaggi di solito sono espressi in peso), ma la trovo una complicazione inutile. Per dosarla conviene utilizzare un contenitore plastico largo e basso, io uso i contenitori del gelato, perché nei contenitori stretti ed alti la resina catalizza più in fretta e diventa presto inutilizzabile.

Come "distaccante" si può utilizzare la pellicola per alimenti cuki, quella trasparente. (prendete l'originale Cuki perché quelle poco costose si incollano), evitate anche quelle per microonde. Si può utilizzare anche il distaccante "vero", ma serve più tempo per le operazioni, se si sbaglia si rovina il pezzo "da copiare" o lo stampo. Meglio utilizzarlo una volta raggiunta un po più di manualità.

A questo materiale bisogna aggiungere l’attrezzatura per costruire “il supporto” (legno o cartone, traforo, carta vetrata assortita e limette da metallo, taglierino, trapano a batterie con frizione o avvitatore o trapano a mano) e qualche attrezzo per rifinire il pezzo finito.

Dopo aver scelto il pezzo da realizzare dobbiamo costruire un supporto con la medesima forma, per esempio io ho realizzato una piastra inclinata per la strumentazione, per il supporto ho usato del legno compensato tagliato ed incollato all’inclinazione necessaria. Il supporto è bene realizzarlo un po più grande, visto che il pezzo poi andrà tagliato.

Prima di iniziare prepariamo i vari pezzi di tessuto, li tagliamo nella giusta misura e li disponiamo sul tavolo. Quindi prepariamo la resina, per il vetro si dovrebbe usare tanta resina in peso quanto tessuto, quindi se per esempio i pezzi di tessuto preparati pesano 10 grammi dovremo usare 10 grammi di resina (è sempre meglio farne un po di più). Per il carbonio o kevlar invece si usa il 40% di resina ed il 60% di tessuto.

Di solito la resina epossidica è in due barattoli (uno il doppio dell’altro) che vanno miscelati 1 a 2, quindi ammettiamo di voler preparare 15 grammi di resina, dovremmo mettere nel nostro contenitore 10 grammi del contenuto del barattolo “grosso” e 5 del contenuto di quello “piccolo”, è importante mescolare molto bene! Fate attenzione perché l’errore ammesso nel dosaggio si aggira sul 5%, altrimenti non catalizza! Per i dosaggi controllate sempre le indicazioni del produttore sul barattolo, ogni resina ha le sue dosi e le sue temperature di lavoro ottimale (se la temperatura è troppo bassa, sotto ai 18° è meglio desistere e fare il lavoro un altro giorno). Se la resina dovesse risultare troppo densa andrà diluita, anche in questo caso bisogna stare molto attenti a non esagerare, bastano veramente poche gocce, diciamo 1-2%.

Prepariamo il supporto rivestendolo con uno o più fogli di cuki, questo foglio serve per non far aderire il pezzo al supporto, va fissato bene e possibilmente vanno evitate le grinze, altrimenti le ritroveremo pari pari sul pezzo.

Con il pennello stendiamo un po di resina su tutta la superficie e quindi appoggiamo il primo foglio. Ora sempre con il pennello bisogna "picchiettate" il tessuto in modo da far uscire le varie bolle d'aria e stendere bene il materiale, quindi si passa al secondo strato e si ripete il picchiettare, poi il terzo e così via.

Per aumentarne la rigidità torsionale si possono aggiungere delle strisce diagonali oppure sovrapporre strati incrociati tra di loro (gli angoli più comuni sono 30, 45 e 60 gradi).

Ricordate anche che la rigidità del pezzo è data dalla compattezza delle fibre e non dalla quantità di resina, un pezzo compatto a dovere sarà più leggero e molto più rigido.

L’ultimo strato sarà quello a vista, quindi bisogna prestare più attenzione, anche su questo bisogna picchiettare per farlo aderire e per far uscire le bolle però facendo attenzione a non deformare il disegno dell’intreccio (sul vetro quasi non si vede ma sul carbonio si!!).

Fatto questo bisogna verificare che ci sia abbastanza resina per formare uno strato lucido, altrimenti ne aggiungiamo un po, quindi posizioniamo sopra uno strato di pellicola cuki. (la quantità di resina determina la finitura che avrà il pezzo, se la resina è poca toccando il pezzo si sentiranno le fibre, mettendone di più risulterà perfettamente liscio, in ogni caso il pezzo rimane sempre lucido). Con molta calma e pazienza bisogna far uscire tutte le bolle d’aria e togliere tutte le pieghette della pellicola, quando tutto sarà perfettamente liscio e lucido avremo finito. (la pellicola serve per dare la finitura lucida al pezzo).

Aspettiamo 24 ore e controlliamo i risultati. Prendiamo il pezzo e togliamo la pellicola (dovrebbe staccarsi senza problemi, anche se dopo 36 ore tende ad incollarsi, quindi è bene toglierla prima).

Ora dobbiamo tagliarlo e rifinirlo, ma è meglio aspettare ancora 24/48 ore per essere sicuri della perfetta catalizzazione. Per lavorarlo conviene proteggerlo con altra pellicola o con nastro di carta da carrozzeria, sia il taglio che la foratura vanno eseguite con calma e delicatezza cercando di evitare impuntamenti degli utensili. Per avere i bordi dritti si può fissare un pezzo di carta vetrata su un piano o su un legno e poi passarci sopra il pezzo, in modo da pareggiarlo.

I fori vanno fatti lentamente, se la punta si “impunta” il pezzo potrebbe scheggiarsi o spaccarsi, è sempre meglio partire con un foro più piccolo e poi ripassarlo al diametro voluto. Io uso un avvitatore a batteria dotato di frizione, in questo modo posso regolare la forza e appena lascio il grilletto si ferma immediatamente di girare.

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Stampi in Gesso

Il Gesso da utilizzare DEVE essere "alabastrino", il gesso "da muro" risulta troppo friabile e poroso. Questo tipo di gesso è apposito per stampi e statue, una volta essiccato risulta bianco, molto liscio e compatto. La preparazione prevede 0,8 litri di acqua per ogni chilo di polvere, e la mistura va lasciata macerare 10 minuti (occhio che non diventi troppo densa o addirittura che non secchi!!) Prima di tutto puliamo accuratamente il pezzo da "copiare", quindi lo copriamo per bene con abbondante lucida cruscotti. Questa patina "unta" serve a non far aderire il distaccante e faciliterà non poco l'estrazione del pezzo. Ora con un pennello stendiamo il distaccante (alcool polivinilico). Dopo una prima passata il PVA tenderà a formare delle chiazze a causa della patina unta, basterà insistere con il pennello un minuto dopo per farlo aderire correttamente. Attenzione a non esagerare, perché man mano che asciuga si rischia di asportarlo invece di stenderlo!

Ora lasciamo asciugare il distaccante. Il PVA resiste molto bene ai vari solventi usati per le resine, ma è perfettamente solubile in acqua! quindi se non perfettamente asciutto il gesso liquido lo laverà via, con effetti non molto belli! Il gesso deve essere abbastanza liquido da non formare cavità, e abbastanza denso da non scivolare via. Io per applicarlo indosso un guanto in lattice e lo spalmo direttamente con la mano, senza mai toccare il pezzo (altrimenti si rischia di asportare la patina gommosa di distaccante)

Il gesso dopo 10 minuti sarà quasi duro e comincerà a sviluppare calore. La completa essiccazione avverrà dopo circa 12/24 ore. Quindi potremo iniziare la fase più critica, il Distacco! Il gesso colando tende a chiudersi sotto i bordi del pezzo, per evitare questo basterebbe attaccare del nastro dall'interno o realizzare un "tappo" in cartone, io questa volta non l'ho fatto vista la complessità del pezzo. In ogni caso bisognerà mettersi di pazienta con un cutter, una cacciavite o una vecchia lametta da seghetto spaccata a sgretolare/rifilare il gesso in prossimità dei bordi. Fatto questo cerchiamo di sollevare il bordo dal gesso lungo tutto il perimetro (con le dita, o facendo una leggera leva con qualcosa che non danneggi il pezzo originale). Facendo così il pezzo dovrebbe uscire da solo, altrimenti bisogna insistere deformando l'originale fino a staccarlo. Se lo strato di gesso è troppo sottile lo stampo si romperà, a meno che non vada in mille pezzi è comunque possibile "reincollarlo".

Ecco come si presenta lo stampo dopo l'estrazione dell'originale.

Qui invece si può apprezzare la fase di stuccatura, si ottengono ottimi risultati con del comune stucco da muro. Bisogna solo prestare attenzione quando si cartegia, gesso e stucco sono molto morbidi ed è facile fare "solchi" (quello in foto è un altro stampo). Finita la stuccatura si stendono un paio di mani di vernice a bomboletta, un colore vale l'altro, anche se colori chiari sono preferibili per "vedere" meglio nelle fasi successive. (io avevo solo del blu..) Arrivati a questo punto lo stampo dovrebbe essere molto lucido, quasi senza imperfezioni.

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Stampi in Resina

Il procedimento consiste nel ricoprire il pezzo di alcuni strati di tessuto vetro inbevuti di resina poliestere, come primo strato conviene usare un foglio a bassa grammatura, in modo da facilitarne la perfetta aderenza anche nei punti più difficili, quindi si procede ad un rinforzo approssimativo con MAT delle parti principali (le zone piane). Ad essicazione avvenuta, dopo il distacco, si riposiziona il pezzo nello stampo e si rinforza con altri strati di MAT, fino ad ottenere la consistenza desiderata. Non applicare mai rinforzi senza un pezzo all'interno, altrimenti è facile che la resina "tiri" e deformi lo stampo.

Fate molta attenzione perché i pezzi in plastica da smontati non sono mai dritti, quindi è facile creare uno stampo"storto", i pezzi in resina non sono elastici come la plastica, quindi rimarranno storti anche da montati!! Il parafango che ho utilizzato ovviamente non era perfettamente dritto, quindi ho dovuto legarlo per tenerlo in forma il più possibile. Sul parafango ho spruzzato del lucida cruscotti (così il pezzo resta "unto" e favorisce il distacco). Quindi ho fasciato il tutto con due strati di pellicola per alimenti, avendo cura di fare meno grinze possibile. (il lucida cruscotti fa da "colla" ed aiuta a tirare bene la pellicola)

Nelle foto si può vedere il foglio di tessuto da 160 gr/m che ho utilizzato per il primo stato, ed alcune strisce di MAT per rinforzare i punti critici. A laminazione ultimata i rinforzi sono ancora pochi quindi ne ho aggiunti altri successivamente per fornire maggior rigidità. Non conviene farne tanti subito perchè è faile che il tessuto perda il contatto col pezzo pregiudicando lo stampo.

Le curve secche, spigoli e bordi sono le parti critiche dello stampo. Il tessuto vetro essendo molto sottile e morbido permette di copiare accuratamente anche le forme più complesse. E' solo questione di pratica e fantasia, per esempio dei fori di attacco spesso tra i vari stati inserisco delle rondelline di cartone per tenere il tessuto aderente, nei bordini invece uso del cavo elettrico. Nelle foto si vede molto bene come il tessuto impregnato diventi pressoché trasparente! Questo aiuta molto ad individuare eventuali bolle.

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