Riduzione del peso senza perdere la rigidità del pannello
Le navi marittime, i vagoni ferroviari, gli autobus e i camion contengono tutti strutture di pavimento, pareti, soffitto e partizioni di grandi dimensioni-. Quando questi componenti sono realizzati in compensato, laminato solido in fibra di vetro o lamiera di acciaio, il peso del pannello aumenta rapidamente all'aumentare dello spessore.
Un pannello composito a nido d'ape utilizza una struttura a sandwich anziché una struttura solida. I sottili fogli frontali sopportano carichi di trazione e compressione, mentre l'anima a nido d'ape separa i rivestimenti e trasferisce i carichi di taglio attraverso lo spessore del pannello. Questa disposizione aumenta la rigidità alla flessione senza richiedere un nucleo solido.
Ad esempio, un pannello sandwich a nido d'ape da 20 mm può raggiungere una rigidità alla flessione significativamente più elevata rispetto a un laminato solido di peso simile perché i rivestimenti-portanti sono posizionati più distanti dall'asse neutro.
Come funziona un pannello sandwich a nido d'ape
Un pannello composito a nido d’ape è costituito da tre strati strutturali:
- Foglio frontale superiore
- Nucleo a nido d'ape
- Foglio frontale inferiore
Quando il pannello è sottoposto a carichi di flessione, la pelle superiore entra in compressione mentre quella inferiore entra in tensione. L'anima a nido d'ape impedisce alle pelli di muoversi l'una verso l'altra e trasferisce le forze di taglio tra di loro.
A differenza dei nuclei in schiuma che si basano su un volume di materiale continuo, un nucleo a nido d'ape utilizza una struttura cellulare formata da celle esagonali interconnesse. Le celle vuote riducono il consumo di materiale mantenendo lo spessore del pannello.
Questo meccanismo di trasferimento del carico-consente al pannello di supportare carichi distribuiti su pavimenti, paratie e strutture interne riducendo al tempo stesso la massa complessiva.
Materiali di base utilizzati nei pannelli per il settore marittimo e dei trasporti
Ambienti operativi diversi richiedono materiali diversi per l'anima del nido d'ape.
Nido d'ape in polipropilene (PP).
Le anime alveolari in PP sono prodotte da fogli di polipropilene termoplastico saldati in una struttura cellulare.
Il materiale non assorbe acqua ed è comunemente utilizzato negli interni dei traghetti, nei pavimenti dei veicoli, nei pannelli delle roulotte e nelle strutture delle carrozzerie dei camion dove è prevista l'esposizione all'umidità.
Nido d'ape in alluminio
Il nido d'ape in alluminio è realizzato con un sottile foglio di alluminio incollato in celle esagonali.
Il nucleo metallico fornisce una maggiore resistenza alla compressione ed è spesso integrato negli interni dei treni, nell'arredamento marittimo, negli alloggiamenti delle apparecchiature e nelle partizioni strutturali dove è richiesta una resistenza al carico puntuale-più elevata.
Nido d'ape di aramide
Il nido d'ape aramidico è prodotto da carta aramidica impregnata di resina fenolica.
Il materiale viene spesso specificato per i sistemi di trasporto aerospaziale e ad alte-prestazioni in cui i requisiti di riduzione del peso sono più rigorosi rispetto a quelli riscontrati nelle applicazioni per veicoli commerciali.
Condizioni operative marine
Le strutture marine sono esposte alla nebbia salina, ai cicli di umidità e alle vibrazioni ripetute dei motori e agli impatti delle onde.
In questi ambienti, in genere si verifica un guasto del pannello
Delaminazione dalla pelle-al-nucleo
Ingresso di acqua attraverso bordi danneggiati
Frantumazione di nuclei sotto carichi concentrati
Dispositivo di fissaggio estraibile-intorno alle posizioni di montaggio
Per ridurre questi rischi, i pannelli a nido d'ape vengono solitamente installati con bordi sigillati, inserti rinforzati e punti di attacco incollati. Le aree che supportano i carichi delle apparecchiature spesso ricevono rinforzi a densità locale o inserti incorporati per distribuire le forze concentrate nella struttura del pannello.
Applicazioni di trasporto
Nei sistemi di trasporto, i pannelli a nido d'ape sono generalmente integrati in assiemi strutturali non-primari.
Esempi comuni includono:
Interni ferroviari
I pannelli vengono tagliati, lavorati e incollati in sistemi a pavimento, portabagagli, moduli a soffitto e pareti divisorie. Il peso inferiore dei componenti riduce la massa totale di ciascun carrello e diminuisce il consumo di energia durante l'accelerazione.
Carrozzerie di autocarri e rimorchi
I pannelli a nido d'ape sostituiscono il compensato e le lamiere di acciaio nelle pareti laterali, nei tetti e nei gruppi di pavimenti. La riduzione del peso strutturale aumenta la capacità di carico utile disponibile mantenendo lo spessore del pannello.
Interni di autobus e pullman
I produttori installano pannelli sandwich su piattaforme a pavimento, moduli a soffitto, pannelli di servizio e pareti divisorie interne. Il nucleo cellulare aiuta a mantenere la rigidità del pannello su ampie campate non supportate.
Considerazioni sull'installazione
I pannelli a nido d'ape non possono essere installati allo stesso modo dei pannelli massicci.
I dispositivi di fissaggio meccanici richiedono rinforzi poiché il nucleo cellulare offre una resistenza all'estrazione limitata-. I metodi di installazione comuni includono:
- Incollaggio adesivo strutturale
- Inserti in alluminio incorporati
- Rinforzo del telaio del bordo
- Attraverso-punti di montaggio imbullonati
Quando nel pannello vengono praticate aperture per finestre, portelli o apparecchiature, le celle centrali esposte vengono generalmente sigillate per impedire la penetrazione di umidità e la contaminazione.
La selezione del materiale dipende dal caso di carico
Nessuna singola configurazione di pannelli a nido d'ape è adatta a tutte le applicazioni marine e di trasporto.
La scelta del pannello è solitamente determinata da:
- Lunghezza della campata
- Carico di progetto
- Requisiti di impatto
- Requisiti di prestazione al fuoco
- Condizioni di esposizione all'umidità
- Metodo di attaccamento
Il pannello del soffitto di un traghetto, ad esempio, può dare priorità al peso ridotto e alla resistenza alla corrosione, mentre il pannello del pavimento di un rimorchio può richiedere una maggiore resistenza alla compressione e all'abrasione.
Comprendere il percorso del carico, l'ambiente operativo e il metodo di connessione è quindi essenziale prima di selezionare il materiale del nucleo a nido d'ape e la configurazione della pelle.
Soluzioni per nuclei a nido d'ape HolyCore
HolyCore produce materiali per anime a nido d'ape utilizzati in strutture sandwich composite per trasporti e applicazioni marine. Le configurazioni del nucleo possono essere selezionate in base allo spessore del pannello, alle dimensioni delle celle, al materiale del rivestimento e ai requisiti di carico.
L'anima a nido d'ape funziona come strato di trasferimento-di taglio all'interno della struttura sandwich, consentendo ai pannelli compositi di mantenere lo spessore riducendo al contempo la massa del materiale. A seconda dell'applicazione, l'anima può essere integrata con fibra di vetro, alluminio, materiale termoplastico o altri materiali di rivestimento per formare pannelli strutturali finiti.
