Lo sviluppo di nuove categorie di compositi fibrorinforzati, risponde alle richieste di incrementate perfomance dei materiali e aumentata sostenibilità dei processi, espresse dalle imprese che li usano per i settori trasporti e costruzioni. Il laboratorio ha già sviluppato, a partire dal 2010, una serie di soluzioni innovative, dispone di linee pilota uniche, facilities per la caratterizzazione e la qualificazione in condizioni simulanti l’esercizio. Opera all’interno di una rete nazionale ed internazionale, che individua, di volta in volta, obiettivi, partenariato e percorso realizzativo. Fra i settori in cui ha già ottenuto risultati di eccellenza ci sono i compositi riciclabili, caratteristica essenziale per applicazioni automotive, e quelli resistenti alle temperature e al fuoco, puntando su nuovi semilavorati, come i prepreg preceramici, materie prime seconde e processi facilmente recepibili dalle imprese del settore.
Linea pilota per la produzione di prepreg preceramici per realizzare componenti in BasKer PMC resistente al fuoco, attraverso termoformatura e reticolazione del semilavorato.
I compositi polimerici (PMC), tipicamente impiegati per l’alleggerimento nel settore trasporti, hanno dei forti limiti in termini di riciclabilità e non sono applicabili a temperature superiori ai 400°C. In campo edilizio, i prodotti di maggiore interesse sono invece quelli resistenti al fuoco. In entrambi questi ambiti, le fibre minerali sono più promettenti della fibra di carbonio tipicamente utilizzata. I laboratori ENEA di Faenza, specializzati solo sui compositi ceramici, sviluppano questi nuovi materiali a partire dal 2010, attraverso diversi progetti finanziati (MAMAS, EcoPolyFlex, MITAI, Matisse, EEE-CFCC, C2CC) che hanno permesso di sviluppare un know how e facilities uniche. Fra le soluzioni più promettenti sviluppate, certamente c’è lo sviluppo di prepreg preceramici, adatti a produrre il “BasKer-PMC”, un composito matrice polimerica fibrorinforzato a fibra di basalto, con caratteristiche di reazione al fuoco pari a quella dei materiali inorganici. Il laboratorio è attrezzato per dimostrare l’applicabilità industriale della tecnologia, sia producendo pannelli che componenti in forma complessa. Se l’esposizione alle alte temperature è attesa come condizione di lavoro stabile (anziché incidentale) il componente in BasKer-PMC può essere ceramizzato a BasKer-CMC (composito a matrice ceramica) ottimizzandone la stabilità e le prestazioni a caldo.
Si tratta di materiali con una reazione al fuoco paragonabile ai materiali inorganici, ma che non necessitano di un sinterizzazione o pirolisi. L’Embodied Energy è bassa, elemento che, insieme alla possibilità di sfruttare materie prime seconde e fibre minerali riciclabili, garantiscono una elevata ecosostenibilità. Il processo produttivo parte da prepreg preceramici, un semilavorato 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.
Gli ambiti applicativi sono quelli che necessitano di materiali leggeri e resistenti al fuoco, in particolare pareti ventilate per l’edilizia, pannelli coibenti per il settore trasporti (es: navale e ferroviario), paracalore per la protezione delle batterie (settore automotive). I componenti possono facilmente inglobare sensoristica in fase di formatura (es: termocoppie o sensori di deformazione) anche di tipologia termolabile. Le caratteristiche innovative permettono lo sviluppo di applicazioni e produzioni di massa, finora non compatibili con la gamma dei materiali esistenti.
Prepreg preceramico e pannello in BasKer PMC resistente al fuoco, ottenibile da semplice pressatura a caldo) del semilavorato.
Pannelli e componenti in forma complessa come paracalore e parafuoco
Il materiale proposto è il BasKer-PMC, molto promettente in quanto resistente a temperature fino a 400°C in continuo, all’invecchiamento ambientale ed all’esposizione “incidentale” al fuoco. L’interesse nasce dal basso peso rispetto ai materiali concorrenti (densità inferiore a quella dell’alluminio, ma perfomance decisamente più elevate in temperatura). Le caratteristiche ignifughe sono state qualificate applicando la norma EN 13501/1, che prevede un’esposizione per 30 minuti a 700°C (qualificazione effettuata con il cono calorimetro in collaborazione con CIRI-MAM). Il materiale è risultato in classe A1, ovvero pari ai materiali inorganici, ovvero non produce combustione. Questo risultato è ottenuto attraverso l’uso di polimeri preceramici, associati a una formulazione innovativa di fire retardant. La facile applicabilità alla produzione di massa di pannelli e componenti di forma complessa lo rendono un materiale ideale per applicazioni quali case battery, elementi a protezione di elettronica di potenza, capaci di contenere, al bisogno, un incendio o un principio di incendio. La collaborazione con gli end user è molto stretta, esplorando assieme nuove applicazioni con attività di ricerca congiunta. ENEA mette a disposizione il proprio know-how e facilities per uno sviluppo (e qualificazione) di soluzioni personalizzate.
GS4C srl Bellotti SpA RIBA Composites srl Carbon Line srl SIC, Società Italiana Compositi Aliva srl
Delle tre domande di brevetto presentate una è diventata brevetto italiano (in cotitolarità con RIBA) e un’altro brevetto Europeo (sulla produzione dei paracalore in forma complessa). La domanda di brevetto sul processo di produzione del prepreg preceramico è stata ritirata prima della disclosure, in quanto la valutazione non avrebbe permesso una tutela del know-how.
Paracalore in BasKer-PMC (composito a matrice polimerica ignifugo) e corrispondente paracalore in BasKer-CMC (composito a matrice ceramica) ottenuto dal primo per pirolisi.