Effect of water absorption on the mechanical properties of composite structures produced by additive manufacturing technology

Le tecnologie di fabbricazione additiva (FA) sono in rapida espansione, consentendo elevata libertà di design e permettendo l'impiego di materiali non convenzionali, quali i compositi. Questi ultimi sono ampiamente diffusi sul mercato, grazie alle loro caratteristiche di rigidezza e al contempo leggerezza. Tuttavia, data la relativa giovane età di queste tecnologie, si ha ancora una mancanza di studi estensivi sul comportamento in condizioni non standard. Lo scopo di questo lavoro è valutare l'effetto causato dall'assorbimento di acqua sulle proprietà meccaniche di compositi a matrice Nylon, rinforzati con fibre lunghe di carbonio e prodotti usando la tecnica di fabbricazione additiva “Continuous Filament Fabrication” (CFF). In particolare, vengono testati campioni di pura matrice, una poliammide (PA6) modificata e nota sul mercato come "Nylon White", e campioni rinforzati da un singolo layer di fibra di carbonio. Il Nylon (poliammide, PA) è un polimero fortemente igroscopico: la presenza di acqua al suo interno induce un processo di idrolisi che spezza le catene polimeriche e plasticizza il materiale, indebolendolo. Provini di pura matrice e matrice rinforzata da un layer di fibra sono testati in varie condizioni: (a) a seguito di un essiccatura in forno, con varie durate temporali (per valutare l'effetto dell'umidità residua nel filamento di Nylon e di quella assorbita durante il processo produttivo), (b) a seguito di un'immersione in acqua a temperatura ambiente (sino a giungere alla saturazione del materiale, secondo norma ASTM D5229), e (c) dopo aver saturato il materiale ed averlo riasciugato completamente (con lo scopo di valutare la reversibilità del danno causato dall'acqua). Le proprietà meccaniche sono valutate con una prova di trazione svolta in accordo lo standard ASTM D638, e i dati sono elaborati secondo EN ISO 527-1. I risultati mostrano un effetto significativo dell'assorbimento dell'acqua, ivi compresa quella residua dalla produzione, sulle proprietà del materiale; questi effetti sono solo parzialmente reversibili. La presenza del layer di fibra di carbonio mitiga l'effetto dell'umidità residua accumulata durante la produzione.