Nuovi compositi termoindurenti rinforzati con fibre riciclabili biocompatibili
I compositi termoindurenti rinforzati con fibre sono una serie diversificata di materiali utilizzati in numerosi settori, i quali prevedono tutti una resina termoindurente modellata attorno a fibre strutturali. Esempi ben conosciuti includono la fibra di vetro e la fibra di carbonio. Le parti realizzate con compositi termoindurenti rinforzati con fibre sono generalmente leggere e resistenti, e pertanto adatte ad aziende ad alte prestazioni. Tali compositi sono tuttavia dannosi per l’ambiente. Non potendo essere praticamente riparati o riciclati, i compositi termoindurenti rinforzati con fibre sono stati realizzati per essere monouso e ciò crea un problema di rifiuti. Ad aggiungersi al disagio ambientale, le fibre e le resine sono prodotte da combustibili fossili non rinnovabili e richiedono grandi quantità di energia per essere prodotte. L’industria necessita pertanto di un nuovo tipo di compositi termoindurenti rinforzati con fibre riprocessabili ed è proprio ciò che ha fornito il progetto ECOXY, finanziato dall’UE. Nel 2014 il centro di ricerca spagnolo Cidetec ha brevettato una famiglia di resine e compositi termoindurenti. Questi materiali confermavano le buone prestazioni della generazione corrente, ma a differenza dei compositi correnti erano riparabili, riciclabili e riprocessabili (3R). ECOXY ha fatto un ulteriore passo in avanti, introducendo nuove resine epossidiche biocompatibili per la formulazione di una matrice di resina 3R che è anche rinnovabile. Come materiale di rinforzo per la preparazione dei compositi 3R sono state utilizzate fibre biocompatibili. Tali compositi sono più rispettosi dell’ambiente rispetto a quelli esistenti e sostituiscono perfettamente i precedenti compositi termoindurenti rinforzati con fibre. Il progetto ECOXY ha ricevuto i finanziamenti dall’impresa comune Bioindustrie, un partenariato pubblico-privato tra l’UE e il settore industriale.
Una nuova serie di resine
L’utilizzo di un indurente dinamico per la polimerizzazione degli epossidici biocompatibili sviluppati è la chiave per la riciclabilità. Il dinamismo di queste resine apre possibilità di riciclaggio attraverso una combinazione di diverse tecniche, tra cui la macinazione di una parte dei compositi termoindurenti rinforzati con fibre in piccoli pezzi o polvere, che vengono poi stampati in una nuova forma mediante calore e pressione; in alternativa, la resina dinamica può essere sciolta in un solvente con l’aggiunta di uno specifico agente chimico, che lascia le fibre riutilizzabili. «La combinazione di nuove resine con un indurente dinamico rende possibile riparare i danni da delaminazione fibra-matrice e le microfessure della matrice», spiega Aratz Genua, coordinatrice del progetto. «Possiamo inoltre riprocessare laminati polimerizzati per creare nuovi componenti tridimensionali». Le bio-fonti per le nuove resine comprendono la lignina (il componente strutturale del legno), le alghe brune e gli oli vegetali. Varie combinazioni producono resine con proprietà diverse. Le fibre sono state ricavate dal lino o da un poliestere termoplastico, il polilattide o PLA.
Convalida industriale e ulteriore sviluppo
Le resine e le fibre più promettenti sono state utilizzate per un’applicazione dimostrativa: lo schienale del sedile posteriore dell’auto Lancia Ypsilon (vedere la foto sopra). «Con l’utilizzo, sulla resina del composito potrebbero crearsi microfessure strutturali», osserva Genua. «Adesso, utilizzando calore e pressione, la parte può essere riparata invece di essere sostituita». Il gruppo responsabile di ECOXY ha ottenuto il livello di maturità tecnologica 5, il che significa che lo sviluppo è stato convalidato in un ambiente industriale. Il dimostratore Lancia è stato prodotto e convalidato con successo, e i rappresentanti dell’industria automobilistica hanno espresso interesse per i nuovi materiali. Tuttavia, si è ancora lontani dalla disponibilità per la commercializzazione. In particolare, le nuove fibre a base di lino non erano paragonabili alle fibre di vetro o di carbonio e per ora restano inadatte per i settori ad alte prestazioni. Ciononostante, le fibre di lino sono comunque utilizzabili per applicazioni con requisiti inferiori. Successivamente, il gruppo procederà con l’affinamento delle tecnologie a un livello di maturità più elevato.
Parole chiave
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