Nido d'ape poliaramidico: stabilità, produzione e applicazioni

Le strutture a nido d'ape in poliaramide sono costituite da prodotti ad alta resistenza, leggeri e densi, composti principalmente da fibre aramidiche come il Nomex. I nidi d'ape sono oggi una caratteristica comune nelle applicazioni ad alto contenuto di compositi, dall'utilizzo per gli interni nel settore aerospaziale ai pannelli antideflagranti per la difesa. Questo articolo è un riassunto tecnico delle loro strutture e dei loro principali impieghi in vari settori industriali.

1. Introduzione alle strutture alveolari in poliaramide

Le strutturea nido d'ape in poliaramide sono realizzate espandendo fogli impregnati di resina fenolica o rivestiti di fibre aramidiche, in genere carta Nomex®. In questo modo si crea una struttura cellulare leggera ma con una struttura esagonale o iperespansa. La struttura rispecchia le proprietà di resistenza del nido d'ape naturale e offre prestazioni migliori nei sistemi compositi a sandwich.

Sono anche utilizzati come materiale d'anima nei pannelli sandwich, dove sottili pelli composite ad alta resistenza legate da adesivi (ad esempio, plastiche rinforzate con fibre di carbonio o di vetro) sono incollate su ciascun lato. L'anima in poliaramide fornisce rigidità, assorbimento di energia e isolamento senza penalizzare il peso ed è particolarmente utile per quelle applicazioni in cui il peso è essenziale.

Fig. 1 Nido d'ape in poliaramide

2. Proprietà meccaniche dei nidi d'ape in poliaramide

Le prestazioni meccaniche del nido d'ape poliaramidico sono uno dei suoi tipici punti di forza.

Le sue caratteristiche principali sono:

• Elevato rapporto resistenza-peso: Nonostante il peso ridotto, le anime sono in grado di sopportare carichi pesanti, sia a taglio che a compressione.
• Resistenza alla fatica: I nidi d'ape poliaramidici sono in grado di resistere a carichi ciclici, il che è utile per gli aeromobili e gli elementi di trasporto sottoposti a carichi di lunga durata.
• Tolleranza ai danni: A differenza dei materiali d'anima fragili, i nidi d'ape poliaramidici si deformano plasticamente in caso di forti urti, producendo una zona cuscinetto contro i cedimenti catastrofici.

Queste proprietà li rendono adatti ad applicazioni strutturali e semi-strutturali in piattaforme civili e militari.

3. Stabilità termica e chimica dei nidi d'ape a base di aramide

I nidi d'ape in poliaramide presentano un'eccellente stabilità chimica e termica. Di solito funzionano abbastanza bene in ambienti fino a 180°C (356°F) e presentano una stabilità dimensionale in un ampio intervallo di temperatura. Inoltre, la loro resistenza alla degradazione termica li rende adatti agli assemblaggi con incollaggio a polimerizzazione ad alta temperatura.

Dal punto di vista chimico, sono resistenti all'umidità, ai solventi, ai carburanti e agli acidi lievi. Questa caratteristica è particolarmente vantaggiosa nelle applicazioni in ambienti marini e umidi. In secondo luogo, le loro prestazioni antincendio sono indiscutibili: soddisfano requisiti quali FAR 25.853 per fiamma, fumo e tossicità per gli interni degli aerei.

4. Confronto con altri materiali alveolari

Quando gli ingegneri valutano il materiale a nido d'ape, il peso, la forza, la durata, la resistenza alla corrosione e il costo, devono fare la loro scelta. Ecco dove si collocano i nidi d'ape poliaramidici:

• Rispetto al nido d'ape in alluminio: Mentre l'alluminio è più rigido e più forte con la temperatura, i nidi d'ape poliaramidici sono più leggeri, resistenti alla corrosione e più inclini alle esigenze FST (Flame, Smoke, and Toxicity).
• Vs Termoplastici: I nidi d'ape termoplastici possono essere meno soggetti a costi e riciclabili, ma di solito non hanno una maggiore resistenza meccanica e necessitano di una minore stabilità termica rispetto alle anime a base aramidica.
• Nido d'ape in carbonio/kevlar: le anime in carbonio e kevlar sono più potenti ma molto più costose, rendendo così la poliaramide un ragionevole compromesso in termini di costo-prestazioni.

Tutti questi confronti fanno del nido d'ape in poliaramide un materiale di ampia applicabilità in tutti i settori industriali. Per ulteriori prodotti a nido d'ape, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).

Fig. 2 Nido d'ape in alluminio

5. Smorzamento acustico e delle vibrazioni nei pannelli in poliaramide

Il secondo importante vantaggio è la capacità di assorbimento delle vibrazioni acustiche e meccaniche del nido d'ape poliaramidico. Come anima dei pannelli sandwich, il materiale assorbe l'energia vibrazionale e funge da barriera acustica. Nelle industrie dei trasporti - cabine di aerei, vagoni ferroviari e interni di automobili - la riduzione del rumore migliora il comfort e la soddisfazione dei clienti.

6. Applicazioni delle anime alveolari in poliaramide

Strutture sandwich aerospaziali

I nidi d'ape poliaramidici trovano largo impiego negli interni degli aerei, come i pavimenti, le pareti laterali, i soffitti, i vani bagagli e le pareti divisorie. La resistenza alla fiamma, la riduzione delle emissioni di fumo e le migliori proprietà meccaniche migliorano le prestazioni e la sicurezza. Il materiale consente inoltre di ridurre il peso degli aeromobili, a tutto vantaggio dell'efficienza del carburante e della capacità del carico utile.

Interni di autoveicoli

I nidi d'ape aramidici sono utilizzati nelle automobili come materiali di base per i pannelli delle porte, i rivestimenti dei bagagliai e i rivestimenti dei tetti. Contribuiscono al rispetto degli standard di risparmio di carburante, riducendo il peso del veicolo senza compromettere i requisiti di infiammabilità degli interni. La capacità di assorbire energia garantisce inoltre la sicurezza dei passeggeri in caso di incidente.

Pannelli marini e ferroviari

Nell'uso marino, la resistenza alla corrosione del nido d'ape poliaramidico è un vantaggio eccellente. Viene utilizzato negli interni delle navi, nelle paratie e nella costruzione dei ponti. Nelle applicazioni ferroviarie, aiuta i produttori a soddisfare gli obiettivi di peso e i severi requisiti di protezione antincendio, soprattutto nei treni ad alta velocità e nelle metropolitane.

Difesa e assorbimento di energia

I nidi d'ape poliaramidici sono impiegati nei sistemi di blindatura, nei pannelli antideflagranti dei veicoli e nei rifugi dispiegabili, in cui l'assorbimento di energia è fondamentale. Il peso ridotto e la deformazione da impatto li rendono ideali per le strutture destinate ad assorbire e dissipare l'energia di esplosioni o balistiche.

Strutture per UAV e droni

I veicoli aerei senza equipaggio (UAV) e i droni richiedono strutture superleggere e resistenti. I nuclei a nido d'ape in poliaramide sono utilizzati nelle ali, nei gusci della fusoliera e nelle superfici di controllo per garantire la massima resistenza al volo e manovrabilità senza sacrificare l'integrità della struttura.

Conclusione

Dal settore aerospaziale a quello della difesa, il nido d'ape poliaramidico soddisfa i requisiti tecnici - meccanici, termici e acustici - ed è un materiale fondamentale per l'ingegneria dei compositi. Con l'accesso a nuove tecnologie di lavorazione e sistemi di resine, il nido d'ape poliaramidico continuerà a essere un pilastro delle strutture leggere di prossima generazione.