Una piccola guida per chi proprio con i compositi non ha dimestichezza....

Breve tutorial sui compositi

Con queste poche righe desidero mettere a disposizione di chi si avvicina al mondo dei compositi la mia seppur limitata esperienza.

 

Resine e collanti

In campo modellistico le resine e collanti più utilizzati sono sicuramente quelli epossidici. In altre attività vengono usate altre resine che però per i nostri scopi non vanno bene in quanto contengono solventi che, oltre ad essere nocivi, sciolgono il polistirolo che viene spesso usato nel nostro hobby; inoltre la resina epossidica è molto stabile chimicamente e fisicamente e quindi si ritira pochissimo durante il processo di catalisi e resiste bene agli agenti chimici (attenzione agli sverniciatori più potenti...).

L'epossidica si può fondamentalmente dividere in due categorie: resine da laminazione e collanti; le prime hanno tempi di indurimento di 24 ore in genere, mentre i collanti induriscono in tempi dell'ordine di 5-30 o più minuti a seconda del tipo. Le prime sono così chiamate perché riescono a catalizzare anche se stese in strati sottilissimi dell'ordine del decimo di mm e grazie alla loro maggior fluidità sono adatte a impregnare (laminare) le varie fibre di rinforzo (tessuti, nastri....).
In entrambe le categorie la confezione è composta da due parti: una di resina e l'altra di indurente che vanno miscelati fra loro seguendo scrupolosamente le indicazioni riportate sulla confezione. I tempi di lavorabilità ed indurimento non variano infatti aggiungendo o diminuendo la quantità di indurente (come succede con le comuni resine poliestere da nautica o carrozziere): l'unico risultato che si ottiene non rispettando le dosi è quello di non far catalizzare correttamente l'epossidica che rimarrà appiccicosa o gommosa.
Un'altra accortezza, oltre al dosaggio, è rappresentata dal miscelare con perizia ed a lungo i due componenti; infine fate attenzione alla temperatura e all'umidità ambientale: sotto i 18-20 gradi l'epossidica, in particolare le resine da laminazione non catalizzano correttamente; altrettanto può accadere se si lamina in condizioni di alta umidità ambientale.

Prima di continuare tuttavia vorrei ricordare di prendere le necessarie protezioni quando usate questi prodotti: le mani sempre protette da guanti in vinile (il lattice lascia passare la resina anche se non sembra; usateli solo per lavori "puliti" e rapidi...) e se maneggiate grandi quantità di resina anche una maschera ai carboni attivi; anche se non puzzano i vapori di resina sono tossici.

Oltre alla tossicità del prodotto, il pericolo principale è rappresentato dalla possibile allergia al prodotto che potrete sviluppare se non state attenti; una volta sensibilizzati non potrete neanche più avvicinarvi all'epossidica non catalizzata, pena una forte reazione allergica. La prossima volta fate caso se toccando la resina vi prudono le mani.

Resine da laminazione
Come suggerisce il nome questi prodotti vengono usati per impregnare tessuti e nastri di vetro, kevlar, carbonio od altro e creare il cosiddetto composito, materiale composto dal tessuto che dà resistenza e dalla resina che fa da matrice e tiene insieme ed in forma il tessuto.
Le resine da laminazione si classificano principalmente, essendo il tempo di indurimento quasi sempre 24 ore, in base al tempo di lavorabilità o pot-life: questo ultimo infatti indica il periodo in cui la resina rimane completamente fluida e dopo il quale inizia a gelificare e catalizzare. Per la stessa resina sono disponibili vari indurenti con tempi che vanno dai 15 minuti alle 3-4 ore di lavorabilità; l'indurente va scelto a seconda dei lavori che si intendono eseguire tenendo presente che i tempi sono nominali e dipendono da vari fattori come la temperatura e la modalità di manipolazione dopo averla miscelata; è fortemente consigliato infatti tenere il composto in una vaschetta larga dopo aver miscelato e non nel bicchiere di plastica per evitare di diminuire il tempo di lavorabilità; fate attenzione perché in particolare con indurenti veloci (pot-life di 15 minuti, ma anche con quelli di 3-4 ore) e discrete quantità (già dai 30-40gr.) in bicchieri di plastica è facile che la resina presenti reazioni termiche violente scaldandosi notevolmente e sciogliendo il bicchiere stesso (capitato ad amici).
Le resine da laminazione infine tramite adeguato trattamento termico aumentano le caratteristiche meccaniche: il manufatto va riscaldato a temperature di 60-80° a seconda del tipo di resina; attenzione perché la resina soffre il caldo e facilmente si ammoscerà tutto... a qualcuno è capitato di lasciare nel bagagliaio della macchina una fusoliera in piena estate e di trovarla tutta deformata.
Per i nostri scopi e soprattutto non dovendo sottostare a certificazioni come l'aviazione civile il trattamento termico è abbastanza superfluo anche se non sconsigliato.

Collanti epossidici
Come dice il nome i collanti vengono usati per incollaggi rapidi che tuttavia se non si ha fretta possono essere realizzati anche con la resina da laminazione opportunamente additivata per renderla meno fluida; vedremo in seguito.

Generalmente i collanti veloci penetrano meno nel legno in quanto più densi ed incollano peggio e a volte rimangono leggermente più elastici, caratteristica che li fa preferire allorquando i pezzi da unire siano sollecitati da vibrazioni intense (incollaggio castelli motore ad esempio).

 

 
Alle resine da laminazione, una volta miscelate con perizia, possono essere aggiunti vari additivi per ottenere determinate caratteristiche dalla resina.

Aerosil o addensante tixotropico: anche chiamato silice colloidale; viene usato per addensare e gelificare la resina che potrà quindi essere usata come colla e non colerà.

Microballoons: viene aggiunto per alleggerire e creare uno stucco riempitivo discretamente leggero; il composto una volta asciutto rimane più fragile.

Fibrette di vetro o carbonio: sono una polvere di fibre di vetro o carbonio (in questo caso si trovano anche non in polvere ma proprio in fibre tagliate) macinate molto fini che danno al composto resistenza meccanica; appesantiscono il composto.

Fiocchi di cotone: come le fibrette vengono aggiunte per dare resistenza meccanica alla resina; pesano molto meno delle fibrette di vetro e rendono il composto leggermente elastico rispetto a queste ultime.

Talco e carbonato di calcio: mischiati con la resina creano uno stucco eccezionale per la stuccatura finale: il composto infatti si carteggia molto bene e rimane molto liscio una volta carteggiato, a differenza del composto con microballoons che rimane leggermente poroso dopo la carteggiatura.

Alcool metilico: serve per diluire la resina per avere maggior fluidità quando si lamina la fibra che viene impregnata più facilmente; il manufatto rimane più leggero in quanto dopo l'evaporazione dell'alcool la resina rimasta nella trama è minore.
Non tutte le resine tuttavia gradiscono la diluizione; è meglio provare a laminare un piccolo pezzo di tessuto per vedere se poi asciuga correttamente e se durante la laminazione crea bolle.
Attenzione a non usare alcool metilico non puro: quello puro è difficilissimo da trovare per via dei passati problemi del vino al metanolo e viene venduto nei negozi di modellismo già additivato di una piccola quantità di olio che non giova alla resina; se non trovate metilico puro potete usare l'alcool per liquori al 99%.

Coloranti: sono apposite sostanze che servono a dare un determinato colore alla resina; sono inerti e quindi non modificano le proprietà fisiche della resina. Non usate tintoretti o prodotti per idropitture in quanto contengono acqua o altre sostanze che facilmente non sono gradite alla resina.

A parte l'alcool e il talco potrete miscelare insieme i vari additivi nella resina ottenendo quindi un composto con diverse caratteristiche a seconda delle vostre esigenze.

Se volete un'idea delle quantità vi consiglio questo sito:
http://xoomer.alice.it/cogersas/page3.html


 

I tessuti, i nastri e le fibre da utilizzare devono essere specifici per le resine epossidiche; rivolgetevi ad un negozio specializzato e non comprate il mat (fibre di vetro non tessute e disordinate formanti una specie di stuoia) o prodotti dedicati alle resine poliesteri.

 

I tessuti ed i nastri possono essere di vetro, carbonio, kevlar o ibridi.
Il vetro è il più usato perché rappresenta un buon compromesso tra costo e resistenza.
Il carbonio ha ottime caratteristiche di resistenza a trazione e compressione ed ha un modulo elastico molto maggiore del vetro; di conseguenza i manufatti in carbonio sono estremamente rigidi e poco flessibili; essendo più leggero del vetro a parità di peso un laminato in carbonio risulta più resistente. Ovviamente il difetto principale del carbonio è il costo.
Le fibre aramidiche (Kevlar) come il carbonio sono più leggere del vetro e hanno resistenza solo se sollecitate a trazione; la fibra di kevlar è molto tenace e viene usata per evitare sfondamento (giubbotti anti-proiettile); sono difficili da tagliare ed impregnare e soffrono la luce. Molti consigliano perciò di laminare il kevlar tra due strati di vetro per evitare che delamini staccandosi dal manufatto se laminato come ultimo strato.
I tessuti ibridi sono composti da due o più componenti sopra citati unendo quindi le caratteristiche dei singoli componenti.
Esistono inoltre nuovi tessuti (immagino costosissimi) che non ho avuto il piacere di provare ad usare: tessuto di alluminio, tessuto di vetro alluminizzato, tessuto di basalto, Vectran (fibra di polimero a cristalli liquidi)... per ora fantascienza per me...
 

Fondamentalmente possiamo individuare due categorie per i nostri scopi: i tessuti ed i nastri unidirezionali e (rowings).


Tessuti
Hanno trama ed ordito della stessa dimensione e quindi il tessuto avrà uguale resistenza nelle due direzioni. I tessuti si distinguono a seconda della grammatura ovvero del peso a metro quadro e a seconda del tipo di tessitura.
Le grammature vanno da 25 a 240-300gr/mq per usi modellistici; grammature maggiori sono eccessive e poco lavorabili sui nostri modelli.
Un tessuto da 27-49 può essere usato per una finitura superficiale di ali e piani di quota; grammature intermedie (80-105) vengono usate per rinforzare le strutture, anche sovrapponendo più strati; le grammature pesanti vengono usate per costruire fusoliere e stampi.
La 160 twill è molto facile da lavorare e segue bene le curvature; non va tuttavia usata per rivestire ali perché tende a tirare in maniera non omogenea e potrebbe svergolarle.

I tipi di tessitura sono principalmente i seguenti:
- tela o tessuto piano: il più comune e quello più usato; non adatto a laminare superfici a doppia curvatura (p.es. una fusoliera).
- twill o batavia: tessuto molto adattabile alle curvature; particolare intreccio a scalare di trama e ordito; comunemente chiamato diagonale per l'aspetto esteriore conferito dal tipo di tessitura.
- atlas o raso: tessuto molto più compatto al tatto che a parità di grammatura presenta meno buchi della trama; caratterizzato da una tessitura alternata tra trama e ordito; più costoso.

Per chi volesse approfondire le varie tipologie di tessuti e fibre rimando a questo articolo:
http://www.prochima.it/download/manuals/fibre_rinforzo.zip


Nastri unidirezionali e rowings
I nastri unidirezionali e i rowings (che sono semplicemente un insieme di singoli fili formanti un unico cordone; come i fili elettrici... più o meno...), hanno resistenza solo in direzione parallela al filato. Quindi i rowings ed i nastri unidirezionali sono ottimi per rinforzare le strutture soggette a trazione e compressione come le fiancate di una fusoliera, estradosso ed intradosso delle ali e così via.
Mentre i nastri vengono comunque classificati in base al peso per metro quadrato, i rowings vengono distinti in base al numero di TEX: questo rappresenta il peso di 1000 metri di cordone.


 

La laminazione è un'operazione abbastanza semplice; innanzi tutto preparate preventivamente tutti i pezzi occorrenti ritagliando il telo dopo averlo segnato con un pennarello; fate le dovute prove e siate sicuri di non dover iniziare a paciugare con le forbici quando il tessuto è impregnato, solo piccoli aggiustamenti vanno fatti in questo momento.
Preparate con cura il fondo su cui andrete a laminare la fibra: il legno va carteggiato con carta sottile (grana 240-400) e ripulito dalla polvere con un aspirapolvere per evitare di trovarsi malloppi sotto la fibra. Se volete evitare che il legno assorba troppa resina trattate il legno con turapori: una mano è sufficiente e poi ricarteggiate; attenzione a non dare troppe mani di turapori o a lasciare la superficie troppo liscia altrementi la resina non attaccherà.
Invece se laminate su fibra già catalizzata carteggiate energicamente (grana 80-120) in modo da evitare che il laminato successivo si delamini.
Preparate la resina in quantità di circa 1,5 volte il peso della fibra che dovete laminare. Si narra che il rapporto perfetto tra resina e fibra sia di 1:1 ma io sotto l'1:3 non sono mai sceso, tenuto conto dei piccoli sprechi.
Diluite la resina se avete a disposizione alcool metilico puro o alcool da liquore al 99%; non ho mai fatto caso alla quantità di alcool... un 10-30% tanto per averla più fluida.
A questo punto potete o dare una mano di resina dove andrete ad impregnare oppure appoggiare il tessuto e spennellare delicatamente. Il vantaggio di dare prima la resina è che il tessuto poi si muoverà meno e ciò può essere uno svantaggio se dovete correggere il posizionamento.
Spennellate e picchiettate la fibra finché non vedete che diventa trasparente; vi accorgete di aver messo troppo resina quando diventa lucido: in questo caso tamponate con uno scottex ed eliminate gli eccessi.
Aspettate 24 ore che la resina sia asciutta e se necessario carteggiate per eliminare le imperfezioni e per preparare alla stuccatura se necessario.
La stuccatura come detto si può eseguire con resina addensata con talco ma anche ogni altro stucco può essere usato a propria discrezione ed esperienza. Una volta asciutto il composto resina e talco si carteggia molto facilmente, non crediate che sia duro da levigare... certo non è stucco da muri; alcuni usano proficuamente anche questo, ma personalmente a discapito di un po' di peso preferisco usare resina su resina che garantisce una perfetta adesione della stuccatura.
Ora carteggiate con grana sempre più fine... siete così pronti per la verniciatura... ma questa è un'altra storia.
 

Buone laminazioni e buon divertimento con i compositi.

Giorgio.