Materiali compositi ibridi in fibra lino-carbonio: analisi delle proprietà meccaniche al variare della stratificazione

Abstract

Negli ultimi anni, l’attenzione verso materiali compositi più sostenibili ha portato alla ricerca di alternative alle tradizionali fibre sintetiche ad alte prestazioni. In questo contesto, la fibra di lino è emersa come un possibile rinforzo ecologico, grazie alle sue proprietà di smorzamento e alla sua sostenibilità. Tuttavia, la sua resistenza meccanica inferiore rispetto alla fibra di carbonio ne limita l’applicazione in ambiti strutturali. La presente tesi si propone di analizzare il comportamento meccanico di materiali compositi ibridi in fibra di lino e carbonio, valutandone le prestazioni in termini di resistenza, rigidezza e deformabilità. A tal fine, mediante la tecnica Vacuum-Assisted Resin Infusion (VARI), sono stati realizzati sei laminati con diverse configurazioni di stratificazione. Di questi, quattro rappresentano gli ibridi oggetto di studio, mentre i restanti due, utilizzati come riferimento, sono composti interamente da sola fibra di lino o di carbonio. I laminati sono stati sottoposti a prove sperimentali di trazione e di flessione per caratterizzare le loro proprietà meccaniche. L’analisi dei risultati ha evidenziato come la resistenza dei compositi sia fortemente influenzata dalla percentuale di fibra di carbonio, mentre la presenza della fibra di lino comporta un aumento della deformabilità e della variabilità nei risultati, dovuta alla sua natura più irregolare rispetto al carbonio. Sulla base di questi risultati, i compositi ibridi lino-carbonio potrebbero trovare applicazione in settori in cui sia necessario bilanciare prestazioni meccaniche e smorzamento delle vibrazioni, garantendo al contempo una ridotta impronta ambientale. Alcuni esempi già esistenti di utilizzo di questi materiali includono carrozzerie per auto da corsa, componenti strutturali per veicoli sportivi e pannelli per imbarcazioni leggere.

In recent years, the focus on more sustainable composite materials has led to the search for alternatives to traditional high-performance synthetic fibers. In this context, flax fiber has emerged as a potential eco-friendly reinforcement due to its damping properties and sustainability. However, its lower mechanical strength compared to carbon fiber limits its application in structural fields. This thesis aims to analyze the mechanical behavior of hybrid composite materials made of flax and carbon fiber, evaluating their performance in terms of strength, stiffness, and deformability. To this end, six laminates with different stacking configurations were produced using the Vacuum-Assisted Resin Infusion (VARI) technique. Of these, four represent the hybrid composites under study, while the remaining two, used as references, are composed entirely of either flax or carbon fiber. The laminates were subjected to tensile and bending tests to characterize their mechanical properties. The analysis of the results highlighted that the strength of the composites is strongly influenced by the percentage of carbon fiber, while the presence of flax fiber leads to increased deformability and variability in the results due to its more irregular nature compared to carbon fiber. Based on these findings, flax-carbon hybrid composites could be applied in sectors where it is necessary to balance mechanical performance and vibration damping while ensuring a reduced environmental footprint. Some existing examples of the use of these materials include race car body panels, structural components for sports vehicles, and panels for lightweight boats.