Riassunto:
Per molto tempo, le moderne cabine degli aerei hanno utilizzato ampiamente materiali compositi per soddisfare requisiti rigorosi quali leggerezza, elevata resistenza e resistenza al fuoco. Tuttavia, questi materiali sono spesso difficili da riciclare alla fine della loro vita utile e finiscono nelle discariche o negli inceneritori. Ora, i ricercatori svizzeri hanno sviluppato un nuovo materiale composito in resina epossidica che dovrebbe cambiare questa situazione e apportare soluzioni più sostenibili all’industria aeronautica e persino al settore dei trasporti ferroviari.
La ricerca è stata condotta dal Laboratorio federale svizzero per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa) in collaborazione con l'azienda chimica specializzata Elantas. Il gruppo di ricerca ha sviluppato con successo un nuovo sistema di materiale composito che è sia ignifugo che riciclabile. La sua innovazione principale risiede nel miglioramento della tradizionale resina epossidica.
La resina epossidica è ampiamente utilizzata nei moderni compositi tecnici grazie alla sua capacità di combinare saldamente materiali diversi per formare una struttura complessiva leggera e allo stesso tempo altamente resistente. Tuttavia, questo vantaggio comporta anche un problema che affligge da tempo il settore. La resina epossidica tradizionale è una plastica termoindurente che forma una struttura reticolata molecolare stabile e permanente durante il processo di indurimento, conferendo così al materiale eccellenti proprietà meccaniche, resistenza al calore e stabilità dimensionale. Ma allo stesso tempo, questa struttura rende anche il materiale difficile da smontare nuovamente, rendendo quasi impossibile il riciclaggio efficace dei materiali compositi.
Un additivo contenente fosforo sviluppato dai ricercatori cambia la situazione. L'additivo, quando miscelato con resina epossidica durante il processo di produzione, non solo conferisce al materiale proprietà ignifughe, ma consente anche al materiale indurito di ammorbidirsi e persino di separarsi in determinate condizioni, rendendone possibile il riciclaggio.
Questa volta il gruppo di ricerca si è concentrato su un materiale composito strutturale "sandwich a nido d'ape" ampiamente utilizzato all'interno di aerei e treni. Questo tipo di materiale è solitamente costituito da un'anima leggera a nido d'ape in aramide, ricoperta all'esterno da uno strato di tessuto in fibra di vetro o fibra di carbonio, quindi le varie parti sono saldamente incollate con resina epossidica. Grazie alla sua elevata resistenza, leggerezza ed eccellente resistenza al fuoco, è ampiamente utilizzato nei pavimenti delle cabine degli aerei, negli interni dei treni e nelle strutture interne di altri mezzi di trasporto.
Sabyasachi Gan, ricercatore dell'Empa Advanced Fiber Laboratory, ha affermato che nel campo dell'ingegneria è un'enorme sfida concentrarsi su leggerezza, resistenza meccanica, resistenza al fuoco e sostenibilità, tutto nello stesso materiale. In molti casi, quando un materiale acquisisce una proprietà, spesso ne sacrifica altre.
Nell'ambito di un progetto sostenuto dall'Agenzia svizzera per l'innovazione, il team di ricerca ed Elantas hanno verificato il processo di riciclaggio dell'intera struttura composita. I risultati mostrano che il materiale composito può essere smontato nei suoi componenti originali utilizzando solo solventi adatti e calore moderato, recuperando con successo la struttura a nido d'ape aramidica e gli strati di fibra di vetro o fibra di carbonio.
Questo risultato ha un importante significato pratico. Che si tratti di materiali a nido d’ape in aramide o fibra di carbonio, il processo di produzione richiede costi elevati e grandi input energetici. Se questi materiali di alto valore possono essere riutilizzati dopo che il prodotto è stato ritirato, non solo si ridurrà la produzione di rifiuti, ma si contribuirà anche a ridurre i costi complessivi del ciclo di vita.
I ricercatori hanno affermato che, in teoria, si prevede che la stessa resina epossidica separata venga ulteriormente riciclata in futuro, ma la relativa tecnologia richiede ancora ricerche e verifiche approfondite.
I test sulle prestazioni mostrano che il nuovo materiale composito ha raggiunto gli standard di sicurezza antincendio pertinenti e le sue proprietà meccaniche sono vicine a quelle dei tradizionali materiali compositi in resina epossidica. Ciò significa che le nuove soluzioni hanno il potenziale per raggiungere obiettivi di progettazione riciclabile senza sacrificare la sicurezza o la resistenza strutturale.
Attualmente, il gruppo di ricerca sta lavorando con Elantas per promuovere il lavoro di verifica industriale, sperando di espandere il processo di produzione e riciclaggio su scala di applicazioni commerciali. Oltre ai settori aeronautico e ferroviario, i ricercatori ne stanno valutando anche il potenziale per l’uso nelle infrastrutture e nell’edilizia energetica.
Poiché l'industria aeronautica, l'industria dei trasporti ferroviari e vari settori manifatturieri di fascia alta devono far fronte a requisiti ambientali sempre più rigorosi, si ritiene che questa tecnologia favorirà la transizione dei materiali compositi dal modello tradizionale di "una volta prodotto e scarto finale" a una nuova fase di riciclaggio. Per le future cabine degli aerei, "leggere, ignifughe, sicure e riciclabili" potrebbero non essere più obiettivi contrastanti, ma possono essere raggiunti allo stesso tempo.
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