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I materiali
Qui sotto troverete le caratteristiche
tecniche dei materiali più usati in f1 e nell'industria motoristica
in generale, cioè il Kevlar e la fibra di Carbonio.
Forse questi dati non vi diranno nulla, ma vorrei evidenziare un paio di caratteristiche
che fanno decisamente tendere la scelta su questi materiali piuttosto che
sull'acciaio, materiale classico per uso meccanico e automobilistico. La densità
, cioè il peso e le dimensioni del pezzo finito, è molto minore
per questi composti piuttosto che per l'acciaio. Infatti la densità
dell'acciaio è circa 7.8 Kg/dm3 contro 1.4-2 del K o del C, cioè
4 volte maggiore. La resistenza a trazione cioè la resistenza a essere
tirato fino a rompersi è molto inferiore per l'acciaio.Un acciaio non
legato resiste fino a circa 500 Mpa, e uno legato fino a circa 1000 Mpa. Per
il C e il K si arriva addirittura fino a 4500 Mpa ,cioè dalle 4 alle
8 volte di più. L'unico vantaggio per l'acciaio è la capacità
di allungamento che consente di costruire meccanismi che anno sulla deformazione
la loro vera utilità, come per esempio le molle .
In questo caso l'allungamento dell'acciaio arriva a 10 volte quello del C
o del K.
Quindi , riassumendo il C e il K sono leggerissimi , reggono carichi enormi
ma sono rigidi. Se costassero poco ci si potrebbe costruire qualsiasi cosa.
Però la ghisa ad esempio costa 500 lire al Kg, mentre un Kg di carbonio
può costare milioni.Quindi per usi comuni si usano acciai, ghise, e
quando siamo fortunati leghe di alluminio [10.000 lire il Kg], per la F1 dove
il costo è l'ultimo dei problemi , è più che ovvio usare
il Carbonio o il Kevlar.
Il Kevlar o Fibre aramidiche
Le fibre aramidiche sono fibre poliammidiche
aromatiche attualmente commercializzate in tre tipologie:
Kevlar 29 (ad alta tenacità),
Kevlar 49 (ad alto modulo di elasticità)
Kevlar 129 (ad altissimo modulo di elasticità)
In Tab. sono riportate le caratteristiche dei materiali suddetti.
Le fibre aramidiche sono indicate per tutte quelle applicazioni in cui insieme
ad alte caratteristiche meccaniche sono richieste buona tenacità, buona
resistenza alla fatica e densità molto bassa; queste fibre inoltre
resistono all'umidità e a molti solventi mentre sono attaccate dalle
basi e dagli acidi forti; l'ossidazione limita il loro impiego fino a temperature
di 150-200 °C.
Tipo |
Densità (kg/dm3) |
Resistenza a trazione(Mpa) |
Elasticità (Mpa) |
Allungamento (%) |
|
Kevlar 29 |
1.45 |
3600 |
83000 |
4.0 |
|
Kevlar 49 |
1.45 |
3900 |
130000 |
2.8 |
|
Kevlar 149 |
1.47 |
3400 |
185000 |
2.0 |
Le fibre di Carbonio
Le fibre di carbonio presentano resistenze
a trazione simili a quelle delle fibre di vetro ma modulo di elasticità
molto più elevato così che tali fibre sono indicate per la realizzazione
di materiali compositi particolarmente rigidi; il loro costo è peraltro
molto elevato.
Le fibre di carbonio sono prodotte per pirolisi o per decomposizione per riscaldamento
di fibre che contengono carbonio; i tipi di fibre da cui esse vengono prodotte
(detti precursori) sono essenzialmente tre: il rayon a base di cellulosa,
il poliacrilonitrile (PAN) e la pece. Fra questi il precursore più
usato risulta il PAN il quale fornisce fibre di carbonio con resistenze mediamente
più elevate di quelle di fibre provenienti da altri precursori.
Le fibre di carbonio sono prodotte con diametri inferiori a 5 micrometri [
5 x 10^-6 metri = 5 x 0.000001 metri = 5 millesimi di millimetro ].
Le caratteristiche fisiche e meccaniche delle fibre di carbonio sono influenzate
sia dal precursore di provenienza sia dal processo tecnologico di produzione;
in Tab. sono riportate alcune di queste caratteristiche.
Precursore
|
Densità (kg/dm3) |
Resistenza a trazione(Mpa) |
Elasticità (Mpa) |
Allungamento (%) |
|
Rayon |
1.6-1.9 |
2000-2500 |
340 000-530 000 |
1.5-2.5 |
|
PAN |
1.75-19.96 |
1600-4800 |
230 000-480 000 |
1.5-2.0 |
|
Pece |
2.0-2.2 |
1800-2200 |
380 000-700 000 |
0.4-1.4 |