Nanomateriali per i compositi avanzati

L’inclusione di nanotubi di carbonio (CNT) in una matrice polimerica offre la possibilità di creare nuovi materiali con proprietà multifunzionali. Tuttavia, occorre risolvere alcune questioni per riuscire a introdurre le nanoparticelle con conduttività elettrica nei laminati compositi polimerici. Ad esempio, la maggiore viscosità della resina e il filtraggio delle nanoparticelle provocano difetti nei laminati. Un altro aspetto legato a un maggiore utilizzo dei polimeri rinforzati con fibre di carbonio (CFRP) è la mancanza di metodi affidabili per il controllo di qualità.

Il progetto ELECTRICAL (Novel aeronautical multifunctional composite structures with bulk electrical conductivity and self-sensing capabilities), finanziato dall’UE, ha lavorato per sviluppare ulteriormente le interessanti potenzialità delle resine nano-rinforzate in termini di proprietà elettriche e meccaniche.

Gli scienziati hanno lavorato a metodi alternativi emergenti per la fabbricazione di compositi basati su carbonio nano-rinforzati compatibili con i processi industriali attuali per la produzione di compositi. Sono state considerate varie tecnologie di fabbricazione d’avanguardia per convertire i nanoriempitivi CNT in preformati, preimpregnati e fogli di nanotubi multifunzionali ingegnerizzati da utilizzare nelle strutture CFRP. L’inclusione di nanoriempitivi nelle fibre termoplastiche rinforzate o nei veli non tessuti ha aiutato a superare gli effetti dell’aumentata viscosità della resina e del filtraggio.

ELECTRICAL ha studiato le proprietà CNT come il drogaggio della resina polimerica per sviluppare nuove strutture composite multifunzionali con conduttività elettrica di massa e capacità di autorilevamento.

La mappatura dielettrica ha contribuito al monitoraggio e all’ottimizzazione della polimerizzazione CFRP. Questa tecnica si avvale della conduttività elettrica dei CNT per svolgere misurazioni elettriche non invasive del materiale nelle vicinanze del sensore dielettrico. Inoltre, il comportamento piezoresitente del CNT ha consentito lo sviluppo di strutture CFRP innovative con capacità di autorilevamento distribuite o localizzate, che permettono un controllo qualità del componente finale.

Le attività e i risultati di ELECTRICAL dovrebbero contribuire ad aumentare la competitività delle imprese aeronautiche europee rispetto alle loro controparti internazionali. Il mercato principale è quello delle parti di fusoliera composite per la prossima generazione di grandi aerei. Inoltre, i materiali compositi avanzati potrebbero trovare applicazione in altri mercati, come quello aerospaziale, automobilistico e ferroviario.