Nuova tipologia di materiali rinforzati a fibra lunga, per l’alleggerimento e la sicurezza antifuoco, per i settori trasporti e costruzioni. La tecnologia supera le soluzioni attuali in termini di versatilità produttiva e prestazioni incrementate, sia a confronto con i materiali compositi tradizionali che con i materiali antifuoco tradizionali.
Stato del brevetto
DEPOSITATO
Numero di priorità
RM2014A000726
Data di priorità
16/12/2014
Licenza
EUROPA
Mercato
Il mercato globale dei compositi mostra interessanti opportunità nei settori dei trasporti, delle costruzioni, dell’energia eolica, dei tubi e dei serbatoi, della nautica, dei beni di consumo, dell’elettrico/elettronico, dell’aerospaziale e altri settori. Il mercato globale dei compositi è stato valutato a 28 miliardi di dollari nel 2016 con una crescita prevista per gli inizi del secondo decennio del secolo di almeno il 40%. I principali fattori di crescita di questo mercato possono essere attribuiti all’aumento della domanda di materiali leggeri nei settori dell’aerospazio e della difesa, dell’eolico e dell’industria dei trasporti; materiali resistenti alla corrosione e alle sostanze chimiche nell’edilizia e nell’industria dei tubi e dei serbatoi; alla resistività elettrica e ai materiali a basso ritardo di fiamma nell’industria dell’elettrico/elettronico.
Problema
I compositi polimerici sono sempre più richiesti da vari settori produttivi in risposta alla necessità, imposta dalle normative europee ed internazionali, di ridurre le emissioni di CO2 ed i consumi di combustibili fossili (ad esempio, nel settore dei trasporti attraverso la riduzione dei pesi). Tuttavia, i compositi polimerici tradizionali non sono applicabili a parti esposte a temperature alte (ad esempio 120°C per quelli a matrici epossidiuca).
Limiti attuali tecnologie / Soluzioni
I compositi polimerici tradizionali non sono applicabili a parti esposte a temperature alte (ad esempio 120°C per quelli a matrici epossidiuca). I materiali antifuoco tradizionali, invece, sono tipicamente caratterizzati da bassa resistenza meccanica specifica ed elevato ingombro.
Killer Application
Il nuovo materiale composito supera le soluzioni attuali in termini di versatilità produttiva e prestazioni incrementate, sia rispetto ai materiali compositi tradizionali che con i materiali antifuoco tradizionali.
Passare ad una matrice polisilossanica come quella del BasKer-prepreg aumenta significativamente la massima temperatura di esposizione senza degradazione (fino a circa 300°C) permettendo applicazioni normalmente precluse. Inoltre la naturale tendenza di questi polimeri ad evolvere, se decomposti in carenza di ossigeno, verso materiali inorganici (ceramici) ne permette l’applicazione a componenti atti a garantire anche protezione dal fuoco. Queste prestazioni sono, ad oggi, fuori dalla capacità produttiva delle imprese del settore “compositi”.
Tecnologia e nostra soluzione
Per BasKer-composito si intende il materiale composito a base di fibra di basalto e ceramico, ottenuto pirolizzando un manufatto prodotto per warm pressing a partire da prepreg preceramico. Per prepreg preceramico si intende un tessuto di basalto impregnato di resine polimeriche particolari, in grado convertirsi in ceramico in caso di incendio o pirolisi (ovvero trattamento termico ad elevata temperatura in condizioni controllate, in ambiente industriale, come ultimo step della produzione).
La nuova classe di prepreg preceramici (ed il BasKer-prepreg in particolare) è perfettamente compatibile con gli impianti già presenti nelle imprese di questo settore; vi è al massimo la necessità di aggiungere uno step finale di pirolisi, che si può svolgere anche in impianti posti al di fuori dello stabilimento produttivo principale. Se poi il componente non fosse orientato a svolgere una funzione meccanica ad alta temperatura, ma semplicemente a tollerare temperature elevate per brevi periodi, o incendio, lo step di pirolisi potrebbe persino essere evitato, in quanto la “ceramizzazione” avverrebbe spontaneamente in fase di incendio.
Il BasKer-PMC (ovvero non pirolizzato) è formabile, a partire da prepreg, in autoclave o pressatura a caldo utilizzabile in continuo fino a una temperatura di 250°C, con resistenza al fuoco in classe B, secondo la norma EN 13501/1 di riferimento per le applicazioni in edilizia.
Il BasKer-CMC (ovvero pirolizzato) utilizzabile in continuo, come materiale semistrutturale, fino a una temperatura di 600°C, con resistenza al fuoco in classe A, secondo la norma EN 13501/1 di riferimento per le applicazioni in edilizia (ma probabilmente in linea anche con la EN 45545, di riferimento in ambito ferroviario).
Vantaggi
Il nuovo materiale supera le soluzioni attuali in termini di versatilità produttiva in quanto riconduce la produzione del componente all’approccio produttivo ed agli impianti correntemente impiegati nel settore dei materiali compositi.
Consente inoltre prestazioni incrementate, sia rispetto ai materiali compositi tradizionali, non sono applicabili a parti esposte a temperature alte, che con i materiali antifuoco tradizionali, tipicamente caratterizzati da bassa resistenza meccanica specifica ed elevato ingombro.
Un altro dei vantaggi dei nuovi prepreg preceramici sarà la maggiore stabilità a temperatura ambiente, cosa che semplifica la problematica (tipica del settore dei prepreg tradizionali) di trasporto e conservazione in catena del freddo (conservazione a -20·C, precondizionamento a OGC successiva laminazione a T ambiente, ma in tempi strettamente contingentati).
Roadmap
Durante il progetto POC 2020-02 Rosemarie si sono studiati pretrattamenti chimici e fisici sul tessuto di carbonio per incrementare la bagnabilità e reattività del tessuto di carbonio nei confronti della matrice polissilossanica con un’ottica di applicabilità industriale. Verso la conclusione di questo studio, dopo validazione su due dimostratori su scala reale, è stato possibile trasferire i risultati della ricerca alla linea pilota di produzione del prepreg preceramico ENEA con l’aggiunta di un modulo di trattamento a plasma. Tale pretrattamento (a differenza dei sizing chimici polivalenti tipo glycidoxy-propyl-trimethoxy silane o affini) è molto veloce, automatizzabile e altamente ripetibile e non compromette quindi la produttività della linea, rendendola quindi di interesse industriale per la produzione di un semilavorato prepreg che è stato denominato “BasKer-C”.
È necessario il coinvolgimento di soggetti appartenenti al mondo imprenditoriale, in particolare un produttore di prepreg.
TRL
Team
