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Nella maggior parte dei videogiochi automobilistici ci sono degli strumenti in grado di riportare al 100% la “vita” del proprio veicolo. Adesso questa caratteristica propria del mondo virtuale, può essere traslata nella vita reale.

Lo studio

Un team di ingegneri statunitensi, ha pubblicato uno studio sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences nel quale afferma di aver realizzato un composito in fibra in grado di “riparare” danni interni per oltre mille volte. Un’innovazione rivoluzionaria che potrebbe prolungare di gran lunga la durata di vita di qualsiasi cosa, dalle pale delle turbine eoliche ai componenti degli aerei e delle automobili.


APPROFONDIMENTI

Oltre all’utilità dal punto di vista economico, la nuova creazione strizza l’occhio anche all’ambiente. Le moderne tecnologie per l’energia pulita e a basse emissioni si basano in larga misura su materiali compositi leggeri, difficili da riparare e spesso anche da riciclare, che quindi tendono a essere sostituiti anziché risanati in modo definitivo.

Un problema da risolvere

I compositi in polimero rinforzato con fibre (FRP) vengono utilizzati in aerei, automobili, turbine eoliche e persino veicoli spaziali perché offrono un’elevata resistenza senza essere pesanti. Tuttavia, hanno un grande punto debole: la delaminazione interlaminare.

Questa condizione si verifica quando gli strati interni del composito iniziano a separarsi dopo la formazione di crepe. Una volta che inizia questa separazione, l’integrità strutturale può deteriorarsi rapidamente e gli operatori sono costretti a sostituire tutti i componenti interessati.

Il fulcro dell’innovazione

Il nuovo materiale invece, ha l’aspetto di un composito FRP standard, ma nasconde al suo interno due importanti innovazioni. Innanzitutto, il team stampa in 3D un agente autoriparante termoplastico direttamente sul rinforzo in fibra per creare uno strato intermedio strutturato tra i laminati del composito.

Questo strato intermedio è realizzato in polietilene-co-acido metacrilico, noto come EMAA, e non si limita ad attendere che si verifichino danni. I ricercatori affermano che rende il laminato da due a quattro volte più resistente alla delaminazione fin dall’inizio, il che è un grande vantaggio perché prevenire le crepe è sempre più facile che doverle riparare in seguito.

Tecnicamente, è come integrare una cucitura flessibile in una struttura rigida. Si tratta pur sempre di un unico componente, ma è meno probabile che si “sfaldi” internamente quando viene sottoposto a stress, colpito da detriti o flesso ripetutamente nel mondo reale.

L’importanza del calore

Il secondo miglioramento consiste in una serie di sottili strati riscaldanti a base di carbonio incorporati nel composito. Quando una corrente elettrica attraversa questi strati, essi riscaldano e fondono l’interstrato di EMAA, consentendogli di fluire nelle crepe e nelle microfratture e di ripristinare l’interfaccia danneggiata. I ricercatori descrivono questo meccanismo come “riparazione termica“.

I risultati dei test

Per valutare le prestazioni a lungo termine, il team ha costruito un sistema automatizzato che applicava ripetutamente una forza di trazione fino a provocare una delaminazione di circa cinque centimetri, quindi attivava il processo di riscaldamento e misurava il carico massimo che il materiale poteva sopportare prima di delaminarsi nuovamente.

Hanno eseguito ben mille cicli consecutivi di frattura e guarigione in 40 giorni di fila, misurando la resistenza dopo ogni riparazione. Il team ha descritto questo risultato come di circa un ordine di grandezza superiore al record precedente in questo campo di ricerca.

L’autore principale, Jack Turicek, ha affermato che il composito inizialmente è “significativamente più resistente” rispetto alle versioni convenzionali e ha resistito alle crepe meglio dei compositi laminati esistenti per almeno 500 cicli. I ricercatori riferiscono inoltre che la resistenza diminuisce con le riparazioni ripetute, ma “molto lentamente“, e stimano che i componenti potrebbero rimanere funzionali per circa 125 anni con riparazioni trimestrali o fino a 500 anni con riparazioni annuali.

Il banco di prova

Tuttavia, gli esperti vorranno vedere come si comporta il materiale al di fuori del laboratorio. I test di certificazione, i cicli di umidità e temperatura, la fatica a lungo termine e gli scenari di danno reali come la grandine e l’impatto con gli uccelli saranno tutti elementi importanti, soprattutto quando è in gioco la sicurezza umana.


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