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Fuctionalised Innovative Carbon Fibres Developed from Novel Precursors With Cost Efficiency and Tailored Properties

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Fibre di carbonio ottenute da precursori «verdi» e processi ottimizzati

I materiali intelligenti dipendono da componenti compositi per offrire la varietà di proprietà desiderate, eppure per certi aspetti i processi di fabbricazione non si sono sviluppati dopo la fine degli anni sessanta. Il progetto FIBRALSPEC ha cercato di aggiornare questi processi, affrontando le preoccupazioni relative alla sostenibilità e migliorando le prestazioni.

Tecnologie industriali

La progettazione di strutture composite, in particolare quelle che utilizzano fibre di carbonio, ha permesso agli ingegneri di allargare i confini della produzione verso materiali con proprietà di gran lunga migliori e con un costo ridotto. Eppure, dopo oltre cinque decenni di ricerca e la creazione di un’industria in crescita che fabbrica una moltitudine di applicazioni, vi è la necessità di nuovi precursori verdi (le materie prime usate per produrre le fibre) in grado di offrire un’alternativa all’attuale standard dell’industria che è il petrolio. Il progetto FIBRALSPEC, finanziato dall’UE, è riuscito a migliorare la produzione di fibre di carbonio da risorse rinnovabili come la lignina, un polimero organico. Il progetto è riuscito a utilizzare la tecnologia dei compositi rinforzati nella creazione di differenti applicazioni, come per esempio supercondensatori flessibili e ripari sicuri di emergenza a rapido spiegamento. FIBRALSPEC è stato in grado di sviluppare delle linee di produzione e anche un prototipo di filatoio meccanico-elettrico operativo per la produzione di nanofibre, annunciando così una nuova generazione di materiali eccezionali. Fibre di carbonio con migliori proprietà I materiali compositi con fibre di carbonio sono sempre più integrati nelle nostre vite di ogni giorno. Questi compositi sono fondamentali per la generazione di materiali e strutture intelligenti. Le loro proprietà, che includono peso leggero, alta resistenza e bassa rigidità, rendono questi materiali interessanti per un’ampia gamma di settori industriali tra cui quello dei trasporti, dei sistemi elettronici e delle costruzioni. Questa combinazione di proprietà altamente desiderate offre all’ingegneria le soluzioni ad alcuni dei problemi più complessi della scienza e della tecnologia dei materiali. Eppure, come fa notare il professor Costas Charitidis, il coordinatore del progetto FIBRALSPEC, «sebbene la produzione su scala industriale delle fibre di carbonio sia iniziata alla fine degli anni sessanta, a causa delle continue difficoltà nella fabbricazione ci sono ancora molte opportunità di miglioramento». La squadra di FIBRALSPEC è riuscita ad applicare le proprie tecniche di produzione alla tradizionale fabbricazione dei compositi, per esempio nella produzione di ripari sicuri di emergenza a rapido spiegamento in fibra di vetro. Ciò ha portato alla riduzione della massa unitaria dei ripari, mentre rigidità strutturale, durata e usabilità da parte dell’utente sono state tutte incrementate. Sono stati inoltre prodotti precursori verdi per le fibre di carbonio basati sulla lignina e il processo di stabilizzazione-ossidazione è stato ottimizzato. Per quanto riguarda l’incremento di processi rispettosi dell’ambiente, sono state sviluppate nuove tecniche per fornire prodotti rilevanti sotto il profilo commerciale che possono essere fabbricati a partire da fibre di carbonio di scarto. Il progetto ha applicato in modo decisivo l’analisi del ciclo vitale al fine di quantificare le credenziali verdi delle strategie di riutilizzo e riciclaggio a partire dall’inizio del processo, con lo sviluppo di precursori, fino alla produzione delle fibre di carbonio di scarto. Ampliare la futura fornitura e disponibilità di fibre di carbonio Una delle aspirazioni di FIBRALSPEC era quella di aiutare le industrie europee a diventare maggiormente indipendenti dall’attuale catena di fornitura, vista la dipendenza da fibre di carbonio e precursori importati. In vista di questo obiettivo, il progetto si è concentrato in parte sullo sviluppo della tecnologia dei supercondensatori – usata per alimentare molte applicazioni – dato che offre un enorme potenziale economico per l’Europa, con opportunità di mercato in molti settori industriali. Come riassume il professor Charitidis, «il nostro progetto intendeva aiutare a guidare l’Europa verso la leadership industriale e la competitività in aree strategiche quali ad esempio i trasporti, i sistemi elettronici, il settore aerospaziale, le costruzioni, l’energia e il tempo libero». La squadra intende accrescere i risultati del progetto dimostrando la fattibilità dell’incremento delle dimensioni dei processi di FIBRALSPEC fino a livelli industriali. Partenariati industriali mirati renderanno possibile lo scambio di conoscenze necessario per trasferire la produzione dalla scala di laboratorio fino a processi su grande scala efficaci dal punto di vista dei costi.

Parole chiave

FIBRALSPEC, fibre di carbonio, compositi, materiale, polimero, precursori, ingegneria, supercondensatore, catena di fornitura, leggero, durata

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