Compositi rinforzati in fibra di basalto: analisi sperimentale dell'effetto del processo Vacuum-assisted Resin Infusion sull'isotropia del materiale

Abstract

La presente attività sperimentale si propone di valutare l’influenza del processo Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI) sull’isotropia di un materiale composito rinforzato in fibra di basalto. La ricerca è stata motivata dalla volontà di verificare se il processo di produzione potesse influenzare il comportamento finale del materiale, eliminando la variabilità introdotta dalla posa delle pelli da parte dell’operatore, grazie all’uso di un tessuto privo di un orientamento preponderante delle fibre. L’attività sperimentale ha previsto la realizzazione di un laminato a tre strati mediante VARI, utilizzando un tessuto MAT in basalto come rinforzo e una resina epossidica come matrice. I provini ricavati dal laminato sono stati sottoposti a test meccanici standardizzati trazione, flessione e interlaminar, per valutare il comportamento in direzione longitudinale e trasversale. I risultati hanno evidenziato una riduzione della resistenza a trazione di circa il 24% in direzione trasversale e un incremento della resistenza a flessione di circa l’11%, le prove di interlaminar non sono state validate per via del tipo di rottura; dimostrando che la maggiore influenza del processo si riscontra nel piano del laminato e meno nella direzione perpendicolare, indicando come l'infusione possa influenzare l’orientamento delle fibre e le proprietà del composito. Questi dati offrono spunti utili per possibili varianti del VARI, come l’uso di una resina a minor viscosità o l’impiego di un altro processo di produzione per verificare la sua influenza sull’isotropia. L’intera attività è stata condotta presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica, Gestionale e dei Trasporti della Scuola Politecnica dell'Università degli Studi di Genova.

This experimental study aims to evaluate the influence of the Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI) process on the isotropy of a basalt fiber-reinforced composite material. The research was motivated by the desire to verify whether the production process could affect the final behavior of the material by eliminating the variability introduced by the operator’s lay-up of the plies, thanks to the use of a fabric lacking a predominant fiber orientation. The experimental activity involved the production of a three-layer laminate using VARI, employing a MAT basalt fabric as reinforcement and an epoxy resin as the matrix. The specimens obtained from the laminate were subjected to standardized mechanical tests tensile, bending, and interlaminar to assess behavior in both the longitudinal and transverse directions. The results revealed a reduction in tensile strength of approximately 24% in the transverse direction and an increase in bending strength of about 11%; the interlaminar tests were not validated due to the type of failure observed. These findings demonstrate that the process exerts a greater influence within the plane of the laminate than in the perpendicular direction, indicating that the infusion process may affect the orientation of the fibers and the properties of the composite. The entire activity was carried out at the laboratory of the Department of Mechanical, Energy, Management, and Transportation Engineering of the Polytechnic School at the University of Genoa.