Materiali compositi sono materiali avanzati formati combinando due o più materiali costituenti con proprietà fisiche e chimiche distinte attraverso processi compositi artificiali. Tipicamente, un materiale funge da matrice (ad es. resina, metallo o ceramica), mentre l'altro funziona come fase di rinforzo (ad es. fibra o particella).

Il concetto fondamentale dietro i materiali compositi è quello di combinare le proprietà vantaggiose dei singoli componenti compensando le loro rispettive carenze. Questo effetto sinergico consente al composito risultante di mostrare prestazioni superiori che i soli materiali originali non possono raggiungere.

Principali aree di applicazione dei materiali compositi

1, industria aerospaziale (le applicazioni più avanzate ed esigenti)
Il settore aerospaziale è stato tra i primi ad adottare materiali compositi su larga scala, dimostrando il loro significativo valore.
2, aeromobili militari: ad esempio, i caccia f-22 e f-35 degli Stati Uniti incorporano materiali compositi che rappresentano oltre 30% del loro peso strutturale. Questi materiali vengono utilizzati in componenti portanti primari quali ali ali, fusoliere e code, contribuendo a una sostanziale riduzione del peso, migliorare le capacità di invisibilità e migliorare la manovrabilità.
3, aviazione civile: il Boeing 787 Dreamliner e l'Airbus a350 utilizzano materiali compositi per più di 50% dei loro componenti strutturali. Componenti chiave come la fusoliera e le ali sono costruite con materiali compositi in fibra di carbonio. Risultato significativo risparmio di peso(riduzione del consumo di carburante di oltre 20%), resistenza alla fatica e alla corrosione dei metalli e una riduzione del numero totale di componenti richiesti.

Settore dei trasporti

1, industria automobilistica: componenti della carrozzeria: i materiali compositi vengono utilizzati in cappucci, tetti, porte, paraurti e altre parti della carrozzeria per raggiungere il peso leggero, riducendo così il consumo di carburante o elettricità.

2, componenti strutturali: le serie bmw i3 e i8 utilizzano cabine passeggeri rinforzate in fibra di carbonio, ottenendo un design leggero eccezionale mantenendo l'integrità strutturale.

3, componenti funzionali: molle a foglia, alberi di trasmissione, ruote e involucri delle batterie (particolarmente importanti per i veicoli elettrici) beneficiano dell'elevato rapporto resistenza/peso dei materiali compositi.

4, transito ferroviario: i treni ad alta velocità incorporano materiali compositi in componenti quali il cono nasale della locomotiva, i pannelli della carrozzeria, i pannelli interni, i sedili e le strutture sanitarie. Questi materiali aiutano a ridurre il peso del veicolo, a ridurre il consumo energetico e a migliorare l'isolamento acustico e termico.

5. Costruzione navale: da piccoli yacht e barche a vela a grandi barche di pattuglia e spazzaggine, la plastica rinforzata con fibra di vetro (FRP) è diventata un materiale tradizionale nella costruzione navale grazie alla sua resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, proprietà non magnetiche e facilità di stampaggio.

Nuovi settori energetici e protezione ambientale
1, energia eolica: le pale delle turbine eoliche rappresentano una delle applicazioni di maggior successo dei materiali compositi. Grandi lame(di lunghezza superiore a 80 metri) sono realizzate prevalentemente in fibra di vetro o compositi in fibra di carbonio, richiedendo una resistenza eccezionale, rigidità e resistenza alla fatica.

2, fotovoltaici: pannelli solari posteriori e strutture di supporto sono spesso fabbricati da materiali compositi per garantire la durata a lungo termine e resistenza alle intemperie in condizioni esterne.

3, recipienti ad alta pressione: cilindri di gas per lo stoccaggio di gas naturale compresso (CNG) e idrogeno (H₂) caratterizzano tipicamente un rivestimento interno in alluminio o polimero avvolto con carbonio o fibra di vetro. Questo design combina peso leggero con elevata resistenza, consentendo un contenimento sicuro dei gas ad alta pressione.

Prodotti sportivi e per il tempo libero

Si tratta di una delle aree di applicazione più riconoscibili per i materiali compositi al pubblico. Il loro utilizzo ha notevolmente migliorato le prestazioni delle attrezzature sportive.

Racchette: le racchette da tennis e badminton beneficiano di materiali compositi in fibra di carbonio, che offrono elasticità superiore e assorbimento degli urti.

Sport acquatici: le tavole da surf, kayak, paddleboard e gli alberi da vela sono comunemente realizzati con materiali compositi per le loro proprietà leggere e durevoli.

Biciclette: i telai per biciclette di fascia alta sono tipicamente costruiti con materiali compositi in fibra di carbonio, ottenendo leggerezza e rigidità ottimali.

Ingegneria edilizia e infrastrutture
1, rinforzo strutturale: lastre o lastre in fibra di carbonio sono ampiamente utilizzati per rinforzare e riparare strutture in calcestruzzo come ponti, edifici e tunnel. Questi materiali offrono elevata resistenza, facilità di installazione e un impatto minimo sulle dimensioni strutturali.

2, materiali da costruzione: i materiali compositi vengono utilizzati per fabbricare pannelli decorativi, lucernari, torri di raffreddamento, serbatoi d'acqua (per esempio, serbatoi di frp) e bagni prefabbricati.

3, strutture innovative: i materiali compositi sono spesso impiegati nella costruzione di tetti di grandi edifici e strutture a membrana.

4. Applicazioni elettroniche ed elettriche
Circuiti stampati(PCBs): il materiale del substrato (es. FR-4) è un composito di tessuto in fibra di vetro e resina epossidica, offrendo eccellente isolamento e resistenza meccanica.

In conclusione, i materiali compositi servono come"scheletro "e"muscolo" dell'industria moderna. L'ampiezza e la profondità della loro applicazione continueranno a modellare la traiettoria del futuro sviluppo tecnologico e sociale.