Per aerei e treni I ricercatori sviluppano un composito in fibra riciclabile 

Gli aerei e i treni passeggeri devono soddisfare rigorosi requisiti di sicurezza. A tal fine sono necessari materiali ignifughi, leggeri, robusti e scalabili. I ricercatori dell’Empa, in collaborazione con il partner industriale Elantas, sono ora riusciti per la prima volta a rendere completamente riciclabile un materiale composito di questo tipo.

«Nessun velivolo volerà mai da New York a Parigi», disse un tempo il pioniere dell’aviazione Orville Wright. Ciò che persino ai visionari fratelli Wright sembrava impossibile, oggi è realtà – anche grazie ai nuovi materiali che rendono possibili, in primo luogo, gli aerei e i motori moderni. 

Negli oltre 100 anni trascorsi dai primi tentativi di volo dei fratelli Wright, l’aviazione non solo è diventata più performante, ma, fortunatamente, anche notevolmente più sicura. I materiali utilizzati nella costruzione degli aerei devono soddisfare i più rigorosi requisiti di sicurezza, compresi quelli relativi alla protezione antincendio. Allo stesso tempo, devono essere leggeri e resistenti dal punto di vista meccanico – e, sempre più spesso, anche riciclabili.

Riuscire a conciliare tutte queste caratteristiche è una sfida. «Quando, ad esempio, si rende un materiale ignifugo, si modificano inevitabilmente anche le altre caratteristiche», spiega Sabyasachi Gaan, ricercatore dell’Empa presso il laboratorio Advanced Fibers.  

Materiale composito in fibra ignifugo e riciclabile

Gaan e il suo team hanno affrontato questa sfida insieme al partner industriale Elantas, appartenente al gruppo tedesco Altana, specializzato in prodotti chimici speciali, nell’ambito di un progetto sostenuto da Innosuisse. La loro attenzione si è concentrata su un particolare materiale composito utilizzato per le finiture interne di aerei e treni, ad esempio per il pavimento della cabina passeggeri.

Il materiale è un sandwich multistrato. Al centro si trova una struttura a nido d’ape in aramide, una plastica resistente al calore. Questo nucleo robusto e leggero è rivestito sopra e sotto da diversi strati a trama piatta di fibre di vetro o di carbonio. Come legante viene utilizzata la resina epossidica, come in molti materiali compositi. Normalmente questo polimero non può essere riciclato né chimicamente né termicamente. «I materiali compositi con resina epossidica oggi finiscono in discarica o vengono inceneriti», afferma Gaan.

È proprio qui che i ricercatori dell’Empa hanno un asso nella manica. Hanno sviluppato un additivo per la resina epossidica che rende il materiale ignifugo e, allo stesso tempo, riciclabile. Se durante la produzione la resina epossidica viene miscelata con questa molecola contenente fosforo, una volta indurita può essere nuovamente ammorbidita e rimodellata in determinate condizioni – il cosiddetto riciclaggio termomeccanico (Riquadro FAQ), cosa che finora era impossibile per la resina epossidica.

Tutti i componenti sono stati recuperati

Nel progetto Innosuisse, tuttavia, i partner hanno perseguito un obiettivo diverso: il riciclaggio completo del materiale composito. Con il solvente giusto e un po’ di calore, il materiale a strati può essere nuovamente scomposto nei suoi singoli componenti: la struttura a nido d’ape e le fibre intrecciate. 

In particolare i nidi d’ape in aramide, ma anche le fibre di carbonio, sono relativamente costosi. Il loro riciclaggio è quindi interessante anche dal punto di vista economico. «In linea di principio è anche possibile recuperare la resina epossidica stessa dalla soluzione. È un aspetto che intendiamo affrontare nei progetti futuri», afferma Gaan.

La resina epossidica riciclabile è stata sviluppata presso l’Empa. Con Elantas, i ricercatori ne hanno ora esplorato per la prima volta il potenziale per un’applicazione industriale. «Il nostro materiale soddisfa le norme antincendio e presenta caratteristiche meccaniche vantaggiose quasi identiche a quelle della resina epossidica tradizionale», afferma Gaan. Tuttavia, per la prima volta consente il riciclaggio completo del materiale composito.

Interessante anche per il settore edile e quello energetico

I partner del progetto sono soddisfatti dell’andamento dello stesso. Il prossimo passo consiste nell’ulteriore ampliamento della produzione e del riciclaggio. «Per l’industria aeronautica è fondamentale coniugare protezione antincendio, leggerezza strutturale e riciclabilità. Questo sistema composito epossidico dimostra che ora ciò è possibile per la prima volta», afferma Fiorenzo Lenzi, responsabile della linea di prodotti Aerospace/Ballistic presso Elantas.

Allo stesso tempo, Gaan e il suo team stanno già conducendo ricerche su ulteriori applicazioni per la plastica riciclabile e ignifuga, ad esempio nel settore energetico e in quello edile. Il fatto che un materiale riesca ad arrivare a questo punto è merito anche della ricerca di base, sottolinea lo scienziato. «Prima di poter lavorare sulle applicazioni, dobbiamo comprendere a fondo le proprietà del materiale.»