I compositi rinforzati con fibre (FRC) sono costituiti da due o più componenti: una matrice e un rinforzo. La matrice è di solito un polimero, un metallo o una ceramica che lega il rinforzo e lo protegge dai danni ambientali. Il rinforzo è in genere una fibra (di carbonio, vetro o aramidica) che dà al composito resistenza e rigidezza.
La produzione degli FRC si articola in quattro fasi principali: preparazione delle fibre, preparazione della matrice, impregnazione delle fibre e consolidamento del composito.
Preparazione delle fibre
Questa fase comprende la scelta di tipo, forma e orientamento delle fibre usate nel composito. Il tipo di fibra determina le proprietà meccaniche e termiche del composito: resistenza a trazione, modulo, coefficiente di dilatazione termica. La forma della fibra può essere continua o discontinua, a seconda della forma e delle dimensioni desiderate del composito. L’orientamento delle fibre può essere unidirezionale, bidirezionale o multidirezionale, a seconda delle condizioni di carico e dei requisiti di progetto.
Preparazione della matrice
Questa fase comprende la scelta di tipo e forma della matrice usata nel composito. Il tipo di matrice influisce sulle proprietà chimiche e fisiche: resistenza alla corrosione, densità, punto di fusione. La forma della matrice può essere liquida o solida, a seconda del metodo di lavorazione e delle condizioni di polimerizzazione. Le matrici liquide sono di solito polimeri termoindurenti che richiedono calore o agenti chimici per polimerizzare e indurire; le matrici solide sono di solito polimeri termoplastici o metalli che richiedono calore e pressione per fondere e fluire.
Impregnazione delle fibre
Questa fase combina fibre e matrice in un preformato o in un preimpregnato. Un preformato è un semilavorato con la forma e le dimensioni del composito finale ma non ancora polimerizzato né consolidato. Un preimpregnato è una fibra preimpregnata parzialmente polimerizzata o stabilizzata che si può conservare per un uso successivo. I metodi per impregnare le fibre con le matrici comprendono laminazione manuale, laminazione a spruzzo, avvolgimento di filamenti, pultrusione, stampaggio a trasferimento di resina, infusione sotto vuoto, stampaggio in autoclave, stampaggio a compressione, stampaggio a iniezione e formatura a stampo.
Consolidamento del composito
Questa fase finale applica calore e pressione al preformato o al preimpregnato, polimerizzando e legando fibre e matrice in un composito solido. La polimerizzazione comporta reazioni chimiche che reticolano le molecole della matrice in una rete rigida; il legame comporta interazioni fisiche che fanno aderire fibre e matrice. Questo processo di consolidamento determina qualità e prestazioni del composito: contenuto di vuoti, distribuzione della resina, frazione volumetrica di fibra, resistenza all’interfaccia e tensioni residue.