Industria chimica e dei materiali

Osservazione e misurazione di fibre di carbonio utilizzando microscopi digitali

I materiali in fibra di carbonio sono più leggeri e robusti rispetto a ferro e calcestruzzo e sono utilizzati in vari prodotti nei campi aerospaziale e industriale, oltre alle apparecchiature sportive. Questa sezione presenta esempi di osservazione e misurazione di fibre di carbonio utilizzando microscopi digitali.

Osservazione e misurazione di fibre di carbonio utilizzando microscopi digitali

Che cos’è una fibra di carbonio?

Le fibre di carbonio sono prodotte bruciando fibre acriliche (fibre di poliacrilonitrile), chiamate precursori del poliacrilonitrile (PAN), ad alte temperatura di circa 1000°C. I precursori del PAN hanno diametri da 5 a 15 micrometri, circa un decimo di un capello umano. Tuttavia, in confronto al ferro, la loro resistenza alla trazione è circa 10 volte superiore, la loro densità (massa per volume) è circa un quarto e la loro resistenza specifica (forza per peso) è circa 40 volte superiore. Questi materiali forniscono alti livelli di resistenza (difficoltà di rottura) così come alti livelli di modulo di elasticità (difficoltà di deformazione).

Che cos’è un CFRP?

CFRP sta per Carbon Fiber Reinforced Plastic, un tipo di plastica rinforzata con fibre di carbonio.
I FRP (Materiali plastici rinforzati in fibra di carbonio) sono materiali compositi prodotti combinando due o più materiali. Aggiungendo le fibre a una base di plastica come rinforzo, si crea un’elevata rigidità e resistenza. I FRP cui vengono aggiunte fibre di carbonio come rinforzo sono chiamati CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics). Questi materiali sono caratterizzati da conduttività, resistenza al calore, basse proprietà di espansione termica, proprietà autolubrificanti e radiotrasparenza, in aggiunta a un’elevata rigidità e resistenza.
I CFRP hanno caratteristiche eccezionali, ma sono più costosi dei materiali plastici rinforzati in fibra di vetro (GFRP).
Questi materiali presentano anche svantaggi. Ad esempio, sono difficili dal lavorare, si scuriscono facilmente e le forme delle fibre rimangono sulla superficie.

Esempi di applicazione delle fibre di carbonio

La fibra di carbonio è utilizzata in un’ampia gamma di settori. Questa sezione presenta alcune delle applicazioni principali.

Automobili, motocicli
Applicazioni: tettucci, spoiler, telai di sedili, ruote, copri-marmitte, telai di scocche
Industria aerospaziale
Applicazione: componenti di razzi e satelliti artificiali
Industria delle linee aeree
Applicazione: scocche di aeromobili, pale di elicotteri
Ferrovie
Applicazione: scocche di treni, carrelli
Macchinari industriali
Applicazione: componenti di robot, mani, braccia e telai di apparecchiature di trasporto
Elettrodomestici
Applicazione: alloggiamenti, inclusi alloggiamenti per PC e cover per smartphone
Prodotti generici
Applicazione: montature di occhiali e occhiali da sole, caschi
Recipienti in pressione
Applicazione: serbatoi di gas naturale compresso (GNC), serbatoi di idrogeno, bombole di ossigeno per l’estinzione di incendi
Apparecchiature medicali
Applicazione: tavoli per apparecchiature radiografiche, cassette per film a raggi X
Welfare sociale, assistenza infermieristica
Applicazione: sedie a rotelle, arti prostetici, tute di assistenza
Industria sportiva
Applicazione: aste di mazze da golf, racchette da tennis, telai di biciclette
Industria dell’intrattenimento
Applicazione: canne da pesca, yacht, cruiser, sci, snowboard

Esempi osservazione e misurazione di fibre di carbonio utilizzando microscopi digitali

Questi sono recenti esempi di osservazione e misurazione delle fibre di carbonio che utilizzano il Microscopio digitale 4K della Serie VHX di KEYENCE.

Osservazione della sezione trasversale delle fibre di carbonio
VHX-E2500, 2500×, illuminazione coassiale
Osservazione di crepe su una piastra in CFRP laminata
ZS-200, 1000×, illuminazione coassiale + stitching delle immagini
È possibile osservare un’ampia area ad alta risoluzione utilizzando la funzione di stitching delle immagini.
Osservazione di un tessuto in carbonio per la scocca delle automobili
VHX-E20, 20×, illuminazione anulare
Immagine della modalità Effetto ombra ottico
VHX-E20, 20×, illuminazione anulare
Modalità Effetto ombra ottico + immagine a colori
La modalità Effetto ombra ottico rende possibile osservare le irregolarità fini sulle superfici in fibra senza l’utilizzo di un microscopio elettronico a scansione (SEM).
Misurazione automatica dell’area della sezione trasversale dell’asta di una mazza da golf
ZS-200, 1000×, illuminazione coassiale, prima della misurazione
ZS-200, 1000×, illuminazione coassiale, dopo la misurazione automatica dell’area
È possibile analizzare la resistenza e il peso dell’asta di una mazza da golf misurando il rapporto dell’area delle fibre di carbonio utilizzando la funzione di misurazione automatica dell’area.
Misurazione automatica dell’area della sezione trasversale di un serbatoio di carburante
VHX-E500, 2000×, illuminazione coassiale, prima della misurazione
VHX-E500, 2000×, illuminazione coassiale, dopo la misurazione automatica dell’area
Il rapporto dell’area delle fibre di carbonio veniva misurato manualmente, il che richiedeva molto tempo. Ora può essere misurato con precisione semplicemente utilizzando la funzione di misurazione automatica dell’area.
+39-02-668-8220