I compositi fibrorinforzati, si differenziano in base alla tipologia di matrice: polimerica e ceramica. Queste due classi di materiali, denominati rispettivamente PMC e CMC presentano caratteristiche prestazionali completamente differenti con un evidente gap tecnologico relativo a compositi con caratteristiche intermedie. Il progetto ha cercato di colmare questo gap sviluppando semilavorati della stessa tipologia di quelli attualmente utilizzati (prepreg), sfruttando fibre a basso costo e incombustibili (basalto), polimeri preceramici già prodotti industrialmente (polisilossani), materie prime seconde (ceneri da biomasse e fibra corta da sfridi e fine vita di composito polimerico). Per tubi di scarico e paracalori, il composito a matrice ceramica BasKer-CMC, ottenuto dalla pirolisi di un prepreg preceramico, appare quello più interessante. Nel caso di sistemi multi materiali coibenti/antifuoco, si associa una “pelle esterna” di BasKer-CMC a un core coibente in geopolimero poroso.
Laminazione e termoformatura di tubi di scarico in “BasKer-PMC” e successiva pirolisi a “BasKer CMC” resistente al fuoco, in linea pilota pirolisi.
I compositi polimerici (PMC) sono tipicamente impiegati per l’alleggerimento nel settore trasporti, ma possono svolgere questa funzione al massimo fino a 200°C. Per applicazioni a temperature superiori, i materiali attualmente disponibili sono i compositi ceramici (CMC), resistenti anche fino a 1500°C e con costi di produzione che ne permettono l’uso in settori quali l’automotive (alta gamma e racing) o l’aerospazio. Il progetto EEE-CFCC si è posto l’obiettivo di colmare il divario tra i PMC e CMC, sviluppando un materiale fibrorinforzato (Basker-CMC) a costi accessibili, per la realizzazione di componenti anche in forma complessa, per l’alleggerimento strutturale in applicazioni a temperature fino a 800°C. Il progetto ha coinvolto tutti le istituzioni di ricerca con sedi principali o operative nel tecnopolo di Faenza (ENEA-TEMAF, ISTEC-CNR, CertiMaC, CIRI-MAM e Romagna Tech) con un finanziamento complessivo di 887’000€, per 28 mesi di attività da aprile 2016. Si è sviluppato, fino a TRL 6, l’associazione del BasKer- CMC a un core poroso refrattario e coibente, per applicazioni antifuoco come porte e pannelli. I due materiali sono interessanti anche presi singolarmente: (a) il BasKer-CMC per scarichi, per esempio nel settore elicotteristico; (b) il geopolimero refrattario, per produrre stampi termostrutturali. Il progetto ha messo in evidenza che il BasKer-PMC (precursore polimerico non ancora pirolizzato) ha caratteristiche antifuoco, aprendo la strada a nuove applicazioni.
Si tratta di materiali con una reazione al fuoco identica a quella dei materiali ceramici, ma molto più facili da produrre in forme complesse e con più elevata resistenza specifica ed affidabilità meccanica, in quanto fibrorinforzati. Il processo produttivo parte da prepreg preceramici, un semilavorato altamente innovativo, ma compatibile con tutti gli attuali metodi industriali di produzione di componenti in forma complessa. La soluzione viene studiata sia da sola, che ingegnerizzata in sistemi multi materiali, al fine di limitare l’uso dei precursori costosi al minimo indispensabile.
Gli ambiti applicativi sono quelli che necessitano di materiali coibenti leggeri e resistenti al fuoco, in particolare, in edilizia e nel settore dei trasporti collettivi: porte tagliafuoco, pannelli coibenti antifuoco, pareti ventilate. In ambito trasporti, specificamente tubi di scarico, paracalore e parafuoco. Le caratteristiche innovative permettono lo sviluppo di applicazioni e produzioni di massa, finora non compatibili con la gamma dei materiali esistenti. I tempi di produzione via pirolisi sono di almeno 48h, ma il vantaggio sta nel non richiedere investimenti strumentali importanti.
Linea pilota pressatura a caldo di prepreg preceramici, capace produrre, direttamente e in serie, pannelli in BasKer-PMC resistenti al fuoco.
Pannelli e componenti in forma complessa come paracalore e parafuoco
Gli obiettivi ed i risultati di progetto sono stati (1) lo sviluppo di pannelli coibenti resistenti al fuoco in BasKer-CMC, e la produzione di dimostratori più prossimi possibile alla scala reale; (2) lo sviluppo di coibenti porosi geopolimerici resistenti al fuoco, sfruttando materie prime seconde; (3) lo sviluppo di “colle” geopolimeriche resistenti al fuoco, perl’incollaggio fra BasKer-CMC e core coibente; (4) la qualifica dei componenti in condizioni simulanti l’esercizio, in funzione delle condizioni di lavoro attese; (5) ricavare parametri necessari a modellazione e ingegnerizzazione delle soluzioni, con particolare attenzione alle condizioni di scambio termico dinamico. Tali parametri sono diffusività termica, calore specifico e conducibilità termica; (6) lo studio LCA del processo, congiuntamente allo sviluppo di soluzioni per la gestione del fine-vita. Relativamente alla qualificazione antifuoco (presso CIRI-MAM) si è fatto riferimento alla norma EN13501/1, che assegna la classe A1 se il provino, esposto, per 30 minuti a 700°C, non sviluppa combustione. BasKer-CMC, geopolimeri e BasKer-PMC sono risultati tutti in classe A1, come i ceramici. I materiali proposti i soddisfano i target prestazionali delle applicazioni nei settori trasporti e costruzioni, con costi di produzione inferiori di un fattore 100 rispetto ai compositi ceramici attualmente commercializzati.
ENEA TEMAF ISTEC-CNR CertiMaC CIRI-MAM Romagna Tech RIBA Composites srl Edilteco Group Curti Costruzioni Meccaniche SpA Tampieri Energie srl
Con queste tecnologie si ritiene possibile, ad esempio, dimezzare il peso di una porta taglia fuoco REI 120, con vantaggi in termini di logistica, montaggio e alleggerimento ai piani alti. Il progetto ha creato un laboratorio “diffuso”, con linee pilota a TRL 6, orientando il background esistente nel comprensorio faentino verso le esigenze delle imprese interessate ai nuovi materiali compositi.
Associazione di BasKer-CMC termo strutturale e geopolimero poroso coibente per alta temperatura per un pannello coibente antifuoco ad alte prestazioni e basso peso.