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Il CETMA al servizio dell’aeronautica: completo controllo delle porosità in autoclave

I parametri del processo in autoclave per materiali compositi hanno una forte influenza sui difetti (porosità) e quindi sulle proprietà meccaniche del composito finale. Tale problematica è di particolare interesse nel settore aeronautico, in cui gli standard richiesti sono molto elevati.

Nell’ambito del progetto PON R&C DITECO “Difetti, danneggiamenti e tecniche di riparazione nei processi produttivi di grandi strutture in composito”, la Divisione di Ingegneria dei Materiali e delle Strutture (MAST) del CETMA ha il compito di sviluppare:

  • modelli di previsione della porosità al variare dei parametri di processo,
  • modelli di previsione delle proprietà meccaniche al variare della porosità.

I risultati del progetto saranno di fondamentale utilità per le industrie aeronautiche per l’ottimizzazione dei cicli in autoclave e la conseguente riduzione dei componenti da scartare.

Le attività sono condotte secondo un approccio ormai ampiamente rodato dai ricercatori della Divisione MAST, basato su una continua e stimolante sinergia tra attività sperimentali di testing e sviluppo processo, analisi Non Distruttive, simulazioni numeriche con l’ausilio dei più avanzati codici di calcolo FEM (Finite Element Method).

Partendo dallo studio dei fenomeni responsabili della generazione di porosità nei compositi in autoclave, l’Area Tecnologie e Processi, coordinata dal PhD Silvio Pappadà, è riuscita a definire una correlazione tra i valori di pressione in autoclave e i livelli di solubilizzazione di sostanze volatili. Di fondamentale importanza sono risultati i test sperimentali di cura di una resina epossidica non rinforzata condotti presso il Laboratorio di Tecnologie dei Materiali del CETMA. Ulteriori test sono ancora in corso per una serie di laminati piani, al fine di identificare la correlazione tra parametri di processo e livelli di porosità in tale tipologia di componenti.

Figura 1: Schema dei fenomeni fisici che controllano la formazione dei vuoti

È stato inoltre progettato un test sperimentale che, riproducendo le condizioni in autoclave, ha permesso di ottenere laminati compositi con porosità controllata, la cui caratterizzazione meccanica fornirà i coefficienti di abbattimento delle proprietà meccaniche in funzione del livello di porosità. In tal senso, utilizzando la tecnica non distruttiva della microtomografia ai raggi X (micro-CT), eseguita presso i laboratori di ENEA, è possibile quantificare la porosità nel materiale composito ed individuarne la morfologia.


Figura 2: Elaborazione grafica 3D di una scansione micro-CT effettuata su un laminato a porosità controllata, in cui è stata generata una porosità del 10% (le parti colorate rappresentano le porosità)


In ultimo, i dati acquisiti sperimentalmente hanno consentito la messa a punto di modelli numerici in grado di simulare la formazione della porosità in strutture in composito, al variare dei parametri di processo. Tali modelli, attualmente in fase di sviluppo da parte dell’Area Modellistica e Simulazione, coordinata dall’Ing. Antonio Gerardi, permetteranno di prevedere l’insorgere di difetti all’interno di materiali compositi, per tutte le tipologie di materiale e le geometrie dei componenti aeronautici di interesse industriale. Inoltre, sarà possibile determinare come tali difetti degradino le proprietà meccaniche dello stesso componente.

Figure 3 – Metodo numerico-analitico per lo studio dell’influenza dei parametri di processo sulla formazione di porosità in un laminato in composito.



Per maggiori informazioni, seguono i contatti delle persone di riferimento:
Giuseppe Buccoliero (Divisione MAST – Area TEC)
e-mail: giuseppe.buccoliero@cetma.it
tel. +39 0831 449424

Michele Rizzo (Divisione MAST – Area SIM)
e-mail: michele.rizzo@cetma.it
tel. +39 0831 449424