Abstract
I polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRPs) sono considerati importanti materiali strutturali grazie alle loro elevate proprietà meccaniche associate al basso peso e al basso coefficiente di espansione termico. Questi materiali sono largamente utilizzati in un numero sempre crescente di settori come automotive, aerospace e difesa, nautica, eolico e oggetti per sport e tempo libero. Negli ultimi anni c’è stato un notevole incremento nell’uso di CFRP e ulteriori sviluppi sono attesi fino a superare la domanda di 200000 tonnellate/anno già dal 2020. In questo mercato risulta particolarmente influente, soprattutto per la Regione Emilia Romagna, il settore automobilistico: l’alleggerimento del mezzo di trasporto determina un minor consumo di carburante e quindi minori emissioni di inquinanti in atmosfera. Accanto a questo forte sviluppo nelle applicazioni industriali di compositi, sempre in ottica di sostenibilità, sta emergendo sempre più la necessità di contenere l’utilizzo di materie prime fossili e l’accumulo di rifiuti non più utilizzabili. Gran parte dei CFRPs sono costituiti da matrici polimeriche termoindurenti e fibre di carbonio (CF), tutte componenti al momento derivate dal petrolio e di difficile smaltimento a fine vita. Le fibre di carbonio sono solitamente ottenute (più del 90%) da fibre di poli(acrilonitrile) (PAN); solo una piccola parte viene prodotta da pece, che è comunque un derivato fossile. Il loro prezzo è fortemente influenzato dal prezzo e dalla disponibilità del petrolio, ed è fortemente dipendente anche dell’elevato contributo energetico richiesto per la loro produzione. Per questo motivo da tempo si studiano alternative più economiche e possibilmente da fonti rinnovabili per la produzione di CF e in particolare sono state prese in considerazione fibre cellulosiche e da precursori bio-based: purtroppo ad oggi nessun materiale permette di ottenere contemporaneamente alta resistenza e modulo, ed economicità del processo di produzione. Per questo motivo, negli ultimi 10 anni, sono state proposte e sviluppate numerose tecnologie per il riciclo e recupero di fibre di carbonio di alta qualità da scarti di lavorazione e compositi a fine vita. Tra questi, è stato dimostrato che il processo di pirolisi permette di recuperare in modo economicamente vantaggioso fibre di carbonio che mantengono performance ancora elevate in termini di modulo elastico e carico a rottura. Contestualmente, negli ultimi anni è cresciuto l’interesse verso lo sviluppo di matrici polimeriche parzialmente o totalmente bio-based. Oggi, infatti, le resine più utilizzate, a causa delle loro elevate proprietà, sono quelle epossidiche che derivano completamente dal petrolio, e in particolare sono derivati del bisfenolo A o F, composti notoriamente dannosi per la salute umana, con noti effetti negativi sull’apparato endocrino anche nel regno animale. Negli ultimi vent’anni, quindi, sono stati riportati numerosi studi sulla produzione di resine epossidiche da risorse rinnovabili, ma si è ancora lontani da una loro applicazione nella produzione di compositi a causa della bassa temperatura di transizione vetrosa (Tg) e difficile lavorabilità di alcuni precursori (alta temperatura di fusione) che caratterizzano i sostituti bio-based. Recentemente, però, sono state ottenute proprietà termomeccaniche promettenti con resine epossidiche derivanti da derivati lignocellulosici come diglicidil eteri aromatici (come vanillil alcol e acido vanillico) e metossiidrochinone, dimostrando dunque la possibilità di ottenere prodotti con valide proprietà anche da scarti di lavorazione come le lignine. In alternativa, sempre di recente, si sono sviluppati sempre più sistemi che fanno uso di materiali termoplastici come matrice polimerica: questa impostazione permette di fare uso di materiali a costo minore rispetto ai termoindurenti, oltre a permettere un pa
Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Laura Mazzocchetti
Strutture Unibo coinvolte:
Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale su Meccanica Avanzata e Materiali
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 30.000,00
Durata del progetto in mesi: 12
