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Elastomeri autoriparabili

Un team dell’UE ha sviluppato nuovi elastomeri autoriparabili a base di gomma naturale (Natural Rubber, NR). I lavori sono stati incentrati sull’utilizzo combinato di nuovi composti di gomma e particelle conduttive come il grafene che hanno dato vita a una gomma in grado di bilanciare prestazioni meccaniche e capacità in termini di autoriparazione.
Elastomeri autoriparabili
Gli elastomeri (polimeri elastici) vengono impiegati in numerose applicazioni, compreso il settore delle guarnizioni e degli pneumatici. Sebbene i materiali siano in grado di ritornare allo stato iniziale in seguito a una deformazione, nel tempo tale fenomeno causa danni e possibili rotture.

Il progetto MUSHE (Multifunctional self healing elastomers), finanziato dall’UE, ha sviluppato elastomeri autoriparabili a base di gomma naturale. Il nuovo approccio del team prevedeva un legame reversibile e la contestuale inclusione di nanoparticelle conduttive. L’idea del progetto consisteva nel ripristinare le funzioni meccaniche ed elettriche dell’elastomero sottoposto a fatica.

Il team ha analizzato il ruolo delle variabili implicate nella riparazione degli elastomeri, tra cui tempo e temperatura. L’utilizzo dei processi dielettrici ha consentito al gruppo di lavoro di acquisire nuove conoscenze relative alla struttura a rete dell’elastomero e al sistema di reticolazione (“cross-linking”). Questi risultati consentiranno di migliorare lo sviluppo delle proprietà di autoriparazione negli elastomeri del futuro.

Il team ha dapprima ideato composti a base di gomma naturale su misura, autoriparabili e vulcanizzati con zolfo che beneficiano delle straordinarie proprietà dei legami disolfurici e polisolfurici presenti naturalmente in queste gomme. Sono state quindi preparate e testate le proprietà in termini di autoriparazione dei vari composti NR, basati ciascuno su diversi sistemi di vulcanizzazione. I ricercatori hanno inoltre determinato le proprietà meccaniche di composti a base di gomma sia del tutto nuovi sia riparati in relazione al contenuto di zolfo e al grado di reticolazione.

Il consorzio ha quindi ideato elastomeri autoriparabili che utilizzano particelle conduttive come il grafene, occupandosi successivamente della caratterizzazione fisica e chimica dei compositi e del calcolo dei rispettivi valori di densità delle reticolazioni in base alle misurazioni dei rigonfiamenti. Gli sperimentatori hanno analizzato gli effetti del carico di grafene sull’autoriparazione meccanica, valutando la multifunzionalità dei composti selezionati.

Il progetto MUSHE ha quindi sviluppato un nuovo composto a base di gomme naturali polimerizzato allo zolfo con capacità di autoriparazione. Il nuovo materiale rappresenta un buon compromesso tra prestazioni meccaniche e capacità di riparazione, un equilibrio che è possibile adattare alle specifiche esigenze. I meccanismi adottati ai fini dell’adattamento delle prestazioni includono la variazione della quantità di zolfo nel composto a base di gomma, la densità di reticolazione e la durata del contatto iniziale tra le superfici danneggiate. Successivamente alla fase di sviluppo, i ricercatori hanno studiato il comportamento del nuovo composto anche in termini di rilassamento.

Il team ha anche sviluppato compositi di grafene a base di gomme naturali. Sebbene i composti non hanno dato prova del miglioramento sperato in termini di proprietà meccaniche, il team è stato invece in grado di dimostrare il recupero delle prestazioni meccaniche e la conduttività termica ed elettrica.

I risultati di MUSHE rappresentano un passo avanti verso un utilizzo industriale diffuso di questi composti e la creazione di nuove industrie europee.

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Keywords

Elastomeri autoriparabili, gomma naturale, grafene, prestazioni meccaniche, MUSHE