Un nuovo materiale composito è più resistente al fuoco e più leggero del metallo
Le fiamme dirette e gli incendi ad alta energia causati dalle batterie danneggiano rapidamente i compositi polimerici standard. Gli ingegneri hanno dovuto scegliere tra compositi pesanti in titanio o compositi ceramici, che tollerano il calore ma comportano una complessità di produzione maggiore e costi più elevati.
Estendere i compositi nel territorio dei metalli
Per aggirare questo compromesso, il progetto C-PREG 400(si apre in una nuova finestra) (finanziato dal CEI) ha contribuito allo sviluppo di FireX-Preg, una piattaforma di preimpregnati per alte temperature progettata per colmare il divario tra i compositi polimerici convenzionali e le ceramiche complesse, che consente di trovare soluzioni composite leggere di sostituire i metalli in applicazioni ad alta temperatura in cui le esigenze sono alte. «Con FireX-Preg, il nostro obiettivo non era semplicemente quello di sviluppare un composito in grado di resistere a temperature più elevate», osserva Giuseppe Galimberti, coordinatore del progetto e amministratore delegato di Nano-Tech. «Volevamo rendere i compositi per alte temperature più facili da produrre, più semplici da integrare con i materiali esistenti e applicabili a componenti in cui i compositi non avrebbero mai potuto sostituire i metalli in precedenza.» La piattaforma FireX-Preg rappresenta una nuova generazione di tecnologia dei preimpregnati per alte temperature, basata su una matrice per temperature ultra-elevate(si apre in una nuova finestra) e protetta da una nuova proprietà intellettuale. Il materiale può essere rinforzato con fibre di carbonio, di vetro o ibride e raggiunge una soglia termica di DMA-Tg ≥400 °C. Tuttavia, la sua utilità va oltre la semplice resistenza al calore: funge da scudo termico, smette di bruciare se viene incendiato e resiste all’esposizione ai carburanti per aerei e alle sostanze chimiche. Poiché non emette gas nello spazio e permette il passaggio diretto dei segnali elettromagnetici, il materiale potrebbe integrarsi naturalmente nei sistemi satellitari e nell’hardware di comunicazione.
Più facile da modellare, più semplice da riciclare
Da un punto di vista industriale, FireX-Preg elimina i colli di bottiglia produttivi che in genere ostacolano l’adozione di nuovi materiali. Infatti, invece di vincolare le fabbriche a cicli di polimerizzazione lunghi e costosi, si adatta alle attrezzature standard, come l’autoclave, i processi fuori autoclave e lo stampaggio a pressione. La polimerizzazione richiede 90 minuti a 135 °C o 60 minuti a 180 °C. Per le linee ad alto volume, permette cicli di stampaggio a caldo in soli 15 minuti a 180 °C. Inoltre, la sua capacità di co-polimerizzazione rivoluziona il modo in cui vengono progettati i componenti. Gli ingegneri ora non devono più costruire un’intera struttura con materiali specializzati, ma possono applicare FireX-Preg esclusivamente dove serve una protezione termica e antincendio, e altrove usare compositi strutturali standard per ottimizzare costi e peso. La variante Glass-FireX-Preg (FireX-Preg rinforzato con fibra di vetro) offre un ottimo vantaggio in termini di sostenibilità per gli interni degli aeromobili, dove si usano spesso compositi in fibra di vetro e i requisiti di resistenza al fuoco sono rigorosi. «I componenti polimerizzati possono essere inseriti direttamente nei forni standard per la produzione del vetro come materia prima, senza necessità di rimuovere la matrice: in questo modo, il composito torna direttamente nel suo ecosistema industriale originario e il percorso di fine della vita utile è più pulito rispetto a quelle in cui si usano resine fenoliche tradizionali», spiega Galimberti.
La prova del fuoco: elicotteri e aviazione elettrica
Le capacità del materiale sono state dimostrate a livello di componenti e sistemi piuttosto che su provini di laboratorio. In un programma rappresentativo relativo alla paratia tagliafuoco di un elicottero, la sostituzione di un’unità in titanio da 1,61 kg con FireX-Preg ha ridotto il peso del componente fino al 48 %, abbassando al contempo i costi di produzione fino al 57 %. Il materiale si è dimostrato altrettanto efficace nei test di sicurezza per l’aviazione elettrica. Durante una sperimentazione su scala reale di una batteria incendiata, che ha coinvolto 216 celle completamente cariche, l’involucro in FireX ha contenuto completamente l’evento, impedendo qualsiasi fiamma, erosione, perforazione strutturale o fuoriuscita di gas caldo. La piattaforma FireX-Preg è passata con successo dalla fase di laboratorio all’adozione industriale grazie alla flessibilità di lavorazione, ai cicli di polimerizzazione rapidi, alla compatibilità ibrida e ai risultati di prova comprovati. «Stiamo lavorando alle certificazioni aerospaziali specifiche per i vari programmi e introducendo la conduttività elettrica per future applicazioni di schermatura dalle interferenze elettromagnetiche», conclude Galimberti.