Le fibre solitamente usate per elementi strutturali in profili strutturali FRP sono in fibre di vetro di tipo lungo e continuo. Le fibre presentano in trazione medesimo comportamento elasto-fragile, senza riscontro di tratti di incrudimento e softening; mentre in compressione la risposta è deficitaria rispetto alla precedente, a differenza dell’acciaio che presenta un comportamento omogeneo e simmetrico (isotropo).

 

Fibra di rinforzo Resistenza a trazione  [MPa] Modulo elastico   [GPa] Deformazione a rottura [‰] Coefficiente di dilatazione termica long. [10-6 °C-1] Coefficiente di dilatazione termica rad. [10-6 °C-1]
Fibre di Carbonio 2400 – 5700 290 – 400 3 – 18 -1,6 – 0,1 7 – 12
Fibre di Aramide 2400 – 3150 62 – 142 15 – 44 – 3 60 /
Fibre di Vetro 3300 – 4500 72 – 87 48 – 50 3 – 5 /
PVA 870 – 1350 8 – 28 90 – 170 / /

Tabella 1 – Prestazioni meccaniche delle principali tipologie di fibre di rinforzo

(Salvatore Russo, “Strutture in composito”, Hoepli)

La matrice deve principalmente svolgere una funzione di protezione e coesione nei confronti delle fibre impregnate, creando inoltre continuità materica e comportamentale del prodotto finito e garantendo la corretta trasmissione degli sforzi nella sezione. Per contro, dalla tabella seguente che riporta i valori caratteristici delle principali resine impregnanti, si evince che esse condizionano non in positivo la risposta elastica, la resistenza a trazione e la resistenza a compressione del composito.

Matrice Modulo long. a trazione Ei [GPa] Resistenza a trazione si  [MPa] Densità g [g/cm3] Modulo di elasticità a flessione [GPa] Coefficiente di espansione termica       [10-6 °C] Assorbimento acqua          [%]
Poliestere 2,0 – 4,5 40 – 105 1,2 – 1,4 / 50 – 100 0,14 – 0,7
Epossidica 2,5 – 4,5 50 – 135 1,1 – 1,3 / 40 – 65 0,10 – 0,15
Poliammidica / 110 – 120 1,40 3,0 – 5,0 90 0,20 – 0,30
Fenolica / 50 – 60 1,30 / 40 – 120 0,10 – 0,20

Tabella 2 – Caratteristiche meccaniche delle principali tipologie di matrici termoindurenti

(Salvatore Russo, “Strutture in composito”, Hoepli)

Il prodotto dell’unione dei due materiali non è dunque la fusione delle prestazioni positive di ognuno di essi, ma un connubio delle componenti caratteristiche proprie di matrice e fibra: l’elevata resistenza a trazione delle fibre viene mitigata dalle scarse caratteristiche della resina, che però garantisce duttilità di forma, coesione materica e risposta meccanica omogenea.

Materiale Densità g [gcm3] Resistenza a trazione  [MPa] Modulo elastico longitudinale [GPa] Deformazione a rottura [‰] Coefficiente di dilatazione termica long. [10-6 °C-1]
GFRP (Glass Fiber Renforced Polymer) 1500 – 2200 600 – 800 30 – 42 14 – 20 10
CFRP (Carbon Fiber Renforced Polymer) 1500 – 2200 1200 – 3000 110 – 160 12 – 15 0
AFRP (Aramid Fiber Renforced Polymer) 1500 – 2200 1000 – 1800 46 – 72 25 – 40 – 6

Tabella 3 – Caratteristiche meccaniche dei materiali compositi più diffusi

(Salvatore Russo, “Strutture in composito”, Hoepli)

 [A seguire seconda parte de “Comportamento dei Profili Pultrusi FRP in Fibra di Vetro”]

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