1. Novità nelle tecniche di impregnazione

I metodi convenzionali, quando si trattano resine termoplastiche ad alta viscosità, spesso sono carenti in termini di flusso di resina e bagnatura delle fibre. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno introdotto la tecnica della fusione a caldo in sospensione e l'impregnazione assistita da ultrasuoni. Il metodo di fusione a caldo in sospensione disperde la polvere di resina in una sospensione acquosa, sfruttando la cavitazione a ultrasuoni per espandere i fili di fibra e incorporare uniformemente i granuli di resina tra le fibre. La successiva fusione ad alta temperatura e il consolidamento consentono la produzione su larga scala di resine ad alte prestazioni come il PEEK e il PPS. Questo processo ecologico consente una produzione continua, migliorando l'uniformità del preimpregnato e gli attributi meccanici. L'impregnazione assistita da ultrasuoni utilizza oscillazioni ad alta frequenza per diminuire la tensione superficiale della resina, migliorando l'infiltrazione della resina e riducendo la porosità e aumentando la forza di legame interfacciale.

2. Metodi di diffusione delle fibre migliorati

I metodi di spalmatura tradizionali possono danneggiare le fibre, compromettendo le prestazioni meccaniche. I ricercatori hanno sviluppato una tecnica di diffusione combinata meccanica e a flusso d'aria. Lo spandimento meccanico si ottiene attraverso lo spostamento trasversale per compressione e attrito, mentre lo spandimento a flusso d'aria utilizza l'aria compressa per spruzzare e piegare le fibre, allargandole senza contatto diretto. Questo duplice approccio aumenta l'uniformità di diffusione delle fibre e ne riduce i danni, ponendo le basi per una produzione di prepreg ad alte prestazioni.

3. Sistemi di resina innovativi

La scelta e la modifica dei sistemi di resina sono fondamentali per le prestazioni dei preimpregnati. Per le resine ad alta viscosità come il PEEK e il PPS, i ricercatori hanno sviluppato copolimeri a bassa fusione e tecnologie di modifica dei nanofiller. I copolimeri a bassa fusione riducono la viscosità della resina fusa e migliorano la fluidità incorporando segmenti flessibili, mentre i nanofiller migliorano la resistenza meccanica e termica rafforzando il legame interfacciale resina-fibra. Inoltre, sono stati sviluppati agenti di appretto termoplastici resistenti alle alte temperature. Questi agenti migliorano la compatibilità tra resina e fibra di carbonio grazie alla progettazione molecolare, aumentando significativamente la resistenza al taglio interfacciale.

4. Apparecchiature di produzione intelligenti

Per realizzare una produzione continua e automatizzata, sono state sviluppate apparecchiature di preparazione intelligenti. Questi sistemi integrati combinano moduli di spalmatura delle fibre, impregnazione della resina e avvolgimento del prepreg. Regolando con precisione temperatura, pressione e velocità, automatizzano e intelligentizzano il processo di preparazione del prepreg. Ad esempio, le macchine intelligenti per l'impregnazione della colata utilizzano estrusori a vite per fondere la resina, ottenere l'impregnazione attraverso il contatto dinamico stampo-fibra e produrre i prepreg tramite raffreddamento, trazione e avvolgimento. Queste apparecchiature migliorano l'efficienza produttiva e garantiscono una qualità costante dei prepreg.