Fibra di carbonio - Avio.com
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Fibra di carbonio

FIBRA DI CARBONIO

A partire dagli anni Settanta, il miglioramento della componentistica per motori a razzo a propulsione solida si è concentrato sul potenziale uso di materiali compositi come alternativa alle tradizionali parti metalliche. Da allora Avio ha acquisito una vasta esperienza nel campo della tecnologia dell’avvolgimento dei filamenti (Filament Winding), una tecnica produttiva che accresce ulteriormente le proprietà uniche della fibra di carbonio: forza e leggerezza.

Oggi gli involucri compositi sono il punto di riferimento per lo sviluppo futuro dei lanciatori. La tecnologia dell’avvolgimento di filamenti ben si adatta agli SRM a propulsione solida che richiedono limiti di prestazione termica più elevati, minore contenuto di vuoti, migliori proprietà meccaniche e riproducibilità.

Gli involucri dei primi tre stadi del Lanciatore Vega (P80, Zefiro 23 e Zefiro 9) sono stati tutti realizzati con l’ausilio di questa tecnologia.
Durante la produzione degli involucri in materiale composito, in primo luogo viene applicata una protezione termica sopra ad una struttura metallica di supporto (mandrino), che viene poi sottoposta a polimerizzazione. Funi (tows) in fibra di carbonio impregnate con una apposita resina (prepreg) sono quindi avvolte attorno alla protezione termica.
Terminato l’avvolgimento, l’involucro composito è trattato e il mandrino viene rimosso: si ottiene così un carter motore isolato, pronto per essere caricato con il propellente.
Per la realizzazione dei primi tre stadi di Vega sono stati impiegati più di 4000 km di fibre di carbonio.

L’avvolgimento di filamenti pre-impregnati garantisce:

  • un accurato controllo del contenuto di resine e un contenuto ottimale in termini di volume di fibre (60%);
  • un alto livello di compattazione del laminato anche con spessori elevati;
  • un eccellente grado di contenimento dei vuoti e assenza di difetti;
  • una velocità di avvolgimento più elevata rispetto a quella dell’avvolgimento umido (ben due volte superiore);
  • un ambiente di lavoro pulito e sicuro.

Per allinearsi meglio al target di costo e massimizzare le prestazioni della prossima generazione di SRM per VEGA C e Ariane 6, AVIO ha condotto ricerche ad ampio spettro nel campo della produzione e lavorazione dei materiali pre-impregnati.

È così che ha recentemente sviluppato un proprio pre-impregnato, basato su un sistema di resina proprietario, HXE23©, con caratteristiche specifiche per la produzione di involucri per motori a razzo.

Le particolari proprietà di questo sistema sono l’elevata temperatura di transizione vetrosa (>150°C), le eccellenti caratteristiche in termini di impregnazione e avvolgimento della fibra, lunga out-life e durabilità.

La tecnologia chiave è l’impregnazione di TOW preg e Unidirectional Tape a costi competitivi, sviluppata e realizzata grazie ad un processo brevettato in nuove strutture dedicate a Colleferro e Airola.

Il processo di impregnazione è stato ottimizzato sulla base dei requisiti tecnici dei materiali e della lavorabilità dei pre-impregnati; in particolare, i parametri di impregnazione dei nastri (tape) sono stati migliorati al fine di ottenere uno stampaggio adeguato mediante una macchina ATL (Automatic Tape Laying), recentemente inserita nel processo produttivo degli involucri. I vantaggi derivanti dall’impiego della macchina ATL sono molteplici: riduzione del tempo di ciclo, ripetibilità del processo e qualità più elevata in termini di produzione.

Il pre-impregnato HXE23© è stato testato con successo su un involucro SRM a grandezza naturale e sarà impiegato per la produzione della prossima generazione di involucri per motori a razzo a propellente solido, a partire da Zefiro 40 e P120C.

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