Punti chiave dell’articolo
- Il filament winding è il processo di riferimento per la realizzazione di strutture in materiali compositi ad alte prestazioni.
- La scelta di fibre, resine e frazioni volumetriche determina le proprietà finali della stratifica.
- Pot life, controllo della rampa termica e gestione ambientale incidono direttamente su qualità e continuità produttiva.
- Pre-preg e materiali ausiliari riducono la variabilità del processo e migliorano ripetibilità e finitura superficiale.
- Il filament winding è centrale in settori strategici come Oil&Gas, aerospaziale, energia e mobilità a idrogeno
Nel settore Oil&Gas, i recipienti a pressione utilizzati per immagazzinare idrocarburi o gas sono tradizionalmente realizzati in acciaio.
Tuttavia, la scarsa resistenza alla corrosione e la necessità di strutture sempre più leggere hanno spinto il mondo industriale verso materiali alternativi. Tra questi, i materiali compositi rappresentano oggi il miglior compromesso tra leggerezza, resistenza meccanica e durabilità.
Il processo produttivo che ha reso possibile questa evoluzione è il filament winding, il processo di stampaggio più comunemente utilizzato per la realizzazione di serbatoi e recipienti a pressione in fibra di carbonio e altri materiali compositi avanzati.
Indice
- L’evoluzione dei materiali: dai metalli ai compositi in fibra
- Cos’è il filament winding
- Rampa termica e formazione di bolle nel processo di filament winding
- Filament winding con prepreg e applicazioni evolute
- I sistemi resina per il filament winding
- Il ruolo del processo di filament winding nell’evoluzione dei recipienti Oil&Gas
- Le industrie nelle quali è fondamentale il processo di filament winding
- Il ruolo di Mascherpa nel processo di filament winding
- Soluzioni Mascherpa per il mondo dei compositi alla fiera JEC World
L’evoluzione dei materiali: dai metalli ai compositi in fibra
I recipienti a pressione in materiale composito sono costruiti con fibre ad alta resistenza:
- fibra di carbonio;
- fibra di vetro;
- aramide.
Questi materiali offrono:
- rapporti resistenza/peso nettamente superiori rispetto all’acciaio;
- elevata resistenza alla corrosione;
- prestazioni elastiche e meccaniche prevedibili e ottimizzabili.
Partendo dall’analisi delle proprietà elastiche e meccaniche delle fibre, della matrice e delle frazioni volumetriche, è possibile valutare le caratteristiche finali della stratifica e progettare strutture ad alte prestazioni.
È proprio in questa fase che il processo filament winding diventa determinante.
Cos’è il filament winding
Il filament winding è un processo di produzione che consiste nell’avvolgere fibre impregnate di resina attorno a un mandrino secondo schemi e angoli prestabiliti, fino a ottenere la stratificazione desiderata.
Si tratta del processo di stampaggio più comunemente utilizzato per la produzione di recipienti a pressione in materiali compositi.
Le filament winding machine possono operare secondo due modalità principali:
- filament winding umido (con resina liquida)
- filament winding con filati pre-impregnati (pre-pregs)
Entrambe le soluzioni richiedono un controllo preciso dei materiali e dei parametri di processo.
Filament winding umido: resine liquide e gestione della pot life
Accanto al wet filament winding tradizionale, il filament winding Towpreg sta guadagnando sempre maggiore diffusione, in particolare nella produzione di serbatoi a pressione per idrogeno e applicazioni ad alta produttività.
Il processo utilizza fibre pre-impregnate (towpreg) con sistema resina già controllato in fase preliminare. Questo consente:
- lavorazione più pulita rispetto al wet winding;
- maggiore uniformità del contenuto di resina;
- elevate velocità di avvolgimento;
- tempi di polimerizzazione ridotti.
Questi sistemi sono progettati per garantire buona lavorabilità, stabilità a temperatura ambiente e polimerizzazioni rapide, mantenendo al contempo elevate prestazioni meccaniche e resistenza in condizioni caldo/umido.
Filament winding Towpreg: evoluzione del processo
Accanto al wet filament winding tradizionale, il filament winding Towpreg sta guadagnando sempre maggiore diffusione, in particolare nella produzione di serbatoi a pressione per idrogeno e applicazioni ad alta produttività.
Il processo utilizza fibre pre-impregnate (towpreg) con sistema resina già controllato in fase preliminare. Questo consente:
- lavorazione più pulita rispetto al wet winding;
- maggiore uniformità del contenuto di resina;
- elevate velocità di avvolgimento;
- tempi di polimerizzazione ridotti.
Questi sistemi sono progettati per garantire buona lavorabilità, stabilità a temperatura ambiente e polimerizzazioni rapide, mantenendo al contempo elevate prestazioni meccaniche e resistenza in condizioni caldo/umido.
Rampa termica e formazione di bolle nel processo di filament winding
Durante la fase di avvolgimento e nei successivi trattamenti termici, un controllo non ottimale può portare alla formazione di bolle superficiali. Le conseguenze di queste imperfezioni possono essere:
- difetti estetici;
- compromissioni nelle lavorazioni successive (incollaggio, finitura);
- problemi funzionali in casi specifici.
La raccomandazione è valutare attentamente la rampa termica e controllare con precisione temperatura e umidità ambientale.
In particolare, nella combinazione di resine epossidiche con indurenti amminici, una gestione ambientale non corretta può generare opacizzazioni superficiali. Per mitigare questi rischi, Mascherpa propone peel plies o film termoretraibili della gamma Diatex. Questi prodotti:
- compattano il manufatto;
- eliminano le bolle superficiali;
- garantiscono superfici lucide;
- preparano il pezzo per operazioni secondarie come verniciatura o incollaggio.
Filament winding con prepreg e applicazioni evolute
Il filament winding umido può creare ambienti di lavoro complessi se non adeguatamente strutturati.
Per questo motivo, i sistemi pre-preg rappresentano un’alternativa strategica.Con questi materiali i filati sono già impregnati di resina, le fasi di impregnazione sono controllate a monte e si riduce la variabilità del processo.
Mascherpa, attraverso le aziende rappresentate, offre sistemi di resina e prepreg specificamente sviluppati per:
- filament winding;
- fiber placement.
Queste soluzioni consentono maggiore controllo, pulizia e ripetibilità del processo.
I sistemi resina per il filament winding
Nel processo di filament winding, la scelta del sistema resina è determinante per garantire qualità del laminato, stabilità del processo e prestazioni meccaniche finali.
Mascherpa offre sistemi epossidici ARALDITE® specificamente formulati per processi di filament winding. Tra questi:
- ARALDITE® LY 1564 / ARADUR® 917
- ARALDITE® LY 1135-1 / ARADUR® 917-1
- ARALDITE® LY 3588 / ARADUR® 3588
- ARALDITE® LY 30012 CI / ARADUR® 30013 CI
- ARALDITE® LY 30030 CI / ARADUR® 30031 CI
Si tratta di sistemi a diversa viscosità e reattività, progettati per ottimizzare impregnazione, controllo della polimerizzazione e prestazioni termiche del manufatto finito, incluse formulazioni con elevato allungamento per applicazioni strutturali.
Queste soluzioni consentono di adattare il processo alle esigenze produttive: dall’avvolgimento tradizionale a bassa viscosità fino a sistemi progettati per rotatori ad alta velocità.
Il ruolo del processo di filament winding nell’evoluzione dei recipienti Oil&Gas
I recipienti a pressione in composito rappresentano oggi una componente vitale per lo stoccaggio e il trasporto di gas e idrocarburi, garantendo applicazioni energetiche avanzate.
La combinazione di fibra di carbonio, resine composite e il processo di filament winding consente la realizzazione di serbatoi leggeri, resistenti e durevoli.
Le industrie nelle quali è fondamentale il processo di filament winding
Il processo di filament winding trova applicazione in settori altamente tecnologici dove precisione, ripetibilità e controllo del materiale sono determinanti.
Nell’ambito aerospaziale, è impiegato per la realizzazione di componenti strutturali come i lanciatori, dove la qualità dell’avvolgimento e la personalizzazione del processo incidono direttamente sulle prestazioni finali.
Nel settore della mobilità a idrogeno, il filament winding è centrale nella produzione di serbatoi di tipo IV, che richiedono elevata precisione e velocità di avvolgimento per garantire produttività e sicurezza.
Nel settore dell’energia, il filament winding trova applicazione nella realizzazione di componenti strutturali e recipienti a pressione destinati a impianti eolici, sistemi di stoccaggio energetico e infrastrutture per la transizione energetica.
In particolare, nella produzione di pale eoliche e componenti per turbine, i materiali compositi consentono di ridurre il peso delle strutture mantenendo elevate proprietà meccaniche e resistenza alla fatica.
L’elevata riproducibilità del processo e la possibilità di controllare con precisione l’orientamento delle fibre rendono il filament winding una soluzione strategica per applicazioni energetiche dove affidabilità e durata nel tempo sono requisiti imprescindibili.
Il ruolo di Mascherpa nel processo di filament winding
Mascherpa non si posiziona come semplice distributore di resine o fibre, ma come consulente tecnica nella gestione delle criticità legate al processo di filament winding e agli altri processi critici riguardanti i materiali compositi.
Attraverso i prodotti del suo portfolio e l’esperienza maturata in oltre 120 anni di attività garantisce:
- supporto nella scelta dei sistemi resina più adatti alle diverse applicazioni;
- soluzioni per il controllo della pot life;
- materiali compositi ausiliari per la compattazione;
- sistemi prepreg per processi controllati;
- consulenza nella gestione delle problematiche produttive.
L’obiettivo è garantire prestazioni meccaniche, qualità superficiale e continuità produttiva nei manufatti in materiali compositi.
Soluzioni Mascherpa per il mondo dei compositi alla fiera JEC World
Mascherpa dal 10 al 12 Marzo sarà presente alla fiera JEC World 2026 a Parigi, presso lo stand DGE, alcune soluzioni riguardanti il mondo dei materiali compositi, con un focus particolare sui sistemi di resina per compositi di Huntsman ARALDITE®.
Per maggiori informazioni riguardo alle soluzioni composite presenti sul sito Mascherpa visita la pagina Esperto Mascherpa o contatta i nostri esperti.
