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Up-Scaled Production of Graphene Reinforced Thermosetting Polymers for Composite, Coating and Adhesive Applications

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Polimeri rinforzati con grafene pronti per la commercializzazione

Un processo di sviluppo quadriennale ha portato all'individuazione dei materiali e delle tecniche di produzione più adatte per rivestimenti, adesivi e materiali compositi a base di grafene. Quando il mercato dei grafene sarà maturo, questi nuovi prodotti potrebbero attrarre una vasta gamma di settori.

Tecnologie industriali

Ad oggi, il grafene è ancora troppo caro per essere integrato su larga scala in prodotti commerciali. Ma questo non ha impedito ai ricercatori di tutta Europa di continuare a sviluppare materiali e tecniche di produzione in grado di stimolare l'interesse dell’industria, man mano che quantitativi sempre maggiori di grafene si rendono disponibili a un costo inferiore. Il progetto POLYGRAPH (Up-Scaled Production of Graphene Reinforced Thermosetting Polymers for Composite, Coating and Adhesive Applications) è una di queste imprese pionieristiche. Riunendo 14 partner, tra cui piccole e medie imprese (PMI), aziende, università e un centro di ricerca, il progetto mirava a fornire quantitativi di polimeri termoindurenti rinforzati con grafene su scala industriale. «Abbiamo cercato di esaminare diversi modi per migliorare le proprietà termomeccaniche ed elettriche di rivestimenti, additivi e materiali compositi», spiega Maria Konstantakopoulou, Ingegnere di sviluppo presso la società di coordinamento del progetto, Coventive Composites. Una volta definite le prestazioni che volevamo ottenere, il team ha selezionato i polimeri adatti, ha delineato una serie di classi di grafite e grafene e ha individuato le tecniche idonee di esfoliazione e dispersione che avrebbero consentito loro di aumentare la produzione garantendo al tempo stesso che il grafene rimanesse ben distribuito nel prodotto finale . Come spiega Ben Hargreaves, coordinatore di POLYGRAPH, l'idea era di produrre «su una scala riproducibile per altre aziende, consentendo loro di prendere in considerazione l'integrazione della nostra soluzione nei propri prodotti attuali o futuri». La conversione su larga scala di materiali compositi rimane in effetti un ostacolo all'adozione del mercato. Una volta che i partner del progetto sono riusciti a produrre fino a 100 kg di grafite e 25 kg di grafene per lotto, si sono aperti nuovi orizzonti. Molti materiali compositi diversi sono stati prodotti dal consorzio del progetto e sono stati quindi valutati per la loro conduttività elettrica e le proprietà meccaniche. I rivestimenti, gli adesivi e i materiali compositi più promettenti sono stati utilizzati in oggetti dimostrativi, rispettivamente un elemento strutturale aerospaziale, un elemento di radome/carenatura aerospaziale rivestita e un pannello posteriore di un sedile posteriore per automobili. I vantaggi includono un migliore comportamento strutturale, riduzione del peso, proprietà estetiche, elettriche e ritardo di combustione. «Uno dei principali vantaggi dei compositi rinforzati con grafene derivanti da questo processo di ricerca e sviluppo risiede nelle loro proprietà elettriche, che li rendono adatti alla schermatura elettromagnetica o per lo sghiacciamento delle turbine eoliche», sottolinea Konstantakopoulou. In attesa della giusta opportunità Gary Foster, che ha lavorato come responsabile di progetto in POLYGRAPH, spiega che le prospettive commerciali variano fortemente per ciascuno dei tre materiali. «Per quanto riguarda il rivestimento, il partner del progetto HMG Paints può andare direttamente in produzione perché ciò che abbiamo sviluppato non è troppo lontano dai prodotti che attualmente vendono. Gli adesivi, d’altra parte, sono un po’ più sensibili al prezzo. Ciò non significa che i nostri partner non utilizzeranno questi materiali, ma che stanno solo aspettando il momento giusto in cui la gente vorrà quel prodotto». Il terzo prodotto, una fibra composita preimpregnata o pre-preg, è stato particolarmente importante per la Coventive Composites, come sottolinea Hargreaves: «Lo sviluppo del pre-preg non era originariamente programmato per rientrare nel progetto tanto quanto è alla fine avvenuto. Abbiamo anche esaminato altre tecniche di produzione come l'infusione, ma i primi studi hanno evidenziato che il pre-preg sarebbe stata la tecnica ottimale». Sia lui che Foster concordano sul fatto che l'azienda debba ora concentrarsi sulla ricerca del giusto mercato di nicchia per questo composito, e che gli sforzi futuri dovrebbero concentrarsi sulla scoperta di ciò di cui i potenziali clienti hanno bisogno e su come il prodotto può essere perfezionato per soddisfare le loro aspettative. Fino ad allora, il team esaminerà l'evoluzione del grafene. «C’è bisogno di un certo livello di generalizzazione», spiega Foster. «Ad esempio, se vogliamo utilizzare il nostro prodotto nel settore aerospaziale, i clienti avranno bisogno di alcuni dati fondamentali dai produttori di grafene, che al momento non sono in grado di fornire. Questi sono ostacoli che, da parte nostra, non è possibile superare». In considerazione di ciò, il consorzio POLYGRAPH ha lavorato a stretto contatto con la Graphene Flagship, creando un legame tra accademici e industria in modo che la ricerca dei primi corrispondesse meglio alle esigenze del settore. In ultima analisi ciò consentirebbe a Coventive Composites di portare sul mercato soluzioni innovative per le schermature elettromagnetiche o lo sghiacciamento delle pale delle turbine eoliche.

Parole chiave

POLYGRAPH, grafene, rivestimenti, adesivi, pre-preg, compositi, polimeri termoindurenti

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