Con la loro promessa di riutilizzabilità e sostenibilità, le termoplastiche stanno cambiando il mercato dei materiali compositi. Infatti, i rapporti di Marketsandmarkets mostrano che il mercato dei compositi termoplastici dovrebbe raggiungere i 36 miliardi di dollari entro il 2024.
Esistono due tipi principali di resina utilizzati nella produzione di materiali compositi: termoindurente e termoplastica. Le resine termoindurenti sono attualmente le più diffuse, ma con l’espansione dell’uso dei materiali compositi, le resine termoplastiche sono oggetto di un crescente interesse.
Le resine termoindurenti vengono indurite mediante un processo di polimerizzazione, utilizzando il calore, per formare polimeri fortemente reticolati con legami rigidi insolubili o infusibili che non si sciolgono in caso di esposizione al calore. Le termoplastiche, invece, sono rami o catene di monomeri che si ammorbidiscono quando vengono riscaldati e solidificano una volta raffreddati, un processo reversibile senza alcun legame chimico. In parole povere, è possibile fondere e formare nuovamente un materiale termoplastico, ma non un materiale termoindurente.
Perché i termoindurenti dettano legge
Le resine termoindurenti, come quelle epossidiche o a base di poliesteri, sono popolari per la produzione di materiali compositi perché la loro bassa viscosità aiuta a raggiungere una buona penetrazione nella rete di fibre. Questo permette l’uso di più fibre e aumenta la resistenza del materiale composito finale.
Il processo per una resina termoindurente inizia, nella fase di pultrusione, con l’immersione delle fibre nella resina; le fibre vengono poi tirate in una matrice dove viene applicato il calore. Questo avvia la reazione di polimerizzazione che converte la resina liquida a basso peso molecolare in una struttura solida a rete tridimensionale, bloccando le fibre nella rete di nuova formazione.
Poiché la maggior parte delle reazioni di polimerizzazione sono esotermiche, una volta che la reazione è iniziata si propagherà facilmente, rendendo la produzione di termoindurenti facilmente scalabile. Una volta impostata, la struttura tridimensionale blocca la fibra in posizione e conferisce al composito resistenza e rigidità.
La crescita della termoplastica
Le termoplastiche e i compositi termoplastici sono in circolazione da tempo, soprattutto nell’ambito delle applicazioni a fibre corte. Ma questi materiali stanno attirando una nuova attenzione, a causa della crescente necessità di una maggiore leggerezza senza perdita di stabilità strutturale, soprattutto nell’industria automobilistica.
Un esempio emblematico è la possibilità di utilizzare il composito termoplastico per ridurre il peso dei componenti interni della portiera di un’auto. Infatti, un’importante casa automobilistica giapponese ha recentemente iniziato a riprogettare i componenti interni delle portiere con compositi termoplastici. Si pensa che questo cambio di materiale potrebbe ridurre il peso delle porte di quasi la metà.
Il successo delle termoplastiche nell’industria dei compositi dipenderà dalle aziende che sviluppano prodotti e da processi che funzionano. Exel Composites, il più grande produttore mondiale di compositi per la pultrusione di termoindurenti e per l’avvolgimento a trazione, sta già sviluppando la propria offerta di materiali termoplastici.
Volare alto
Non saranno solo le auto a trarre vantaggio dall’adozione di un maggior numero di resine termoplastiche; anche i nuovi aerei commerciali sono spesso costituiti per oltre il 50% da parti in composito. Ci sono molte ragioni per cui i compositi termoplastici potrebbero facilmente diventare vere e proprie roccaforti del mercato dei trasporti. I componenti realizzati con questo materiale possono essere saldati, riducendo la necessità di adesivi, nonché sovrastampati per produrre geometrie avanzate con proprietà meccaniche superiori rispetto ad altri materiali.
Il vantaggio universale delle resine termoplastiche è che possono essere ammorbidite e riformate all’infinito senza grosse perdite di proprietà fisiche. Una volta che un prodotto termoplastico raggiunge la fine del suo ciclo di vita, può essere fuso e riformato per una nuova applicazione, riducendo così gli scarti di materiale. Altri vantaggi possono derivare dalle proprietà fisiche dei materiali stessi, così come da potenziali nuove applicazioni per cui i termoindurenti non erano adatti.
C’è ancora molta ricerca da portare a termine prima che le pultrusioni termoplastiche diventino mainstream, soprattutto perché la maggior parte dei metodi di produzione riguardano resine termoindurenti, e dovranno quindi essere adattati.
Le resine termoplastiche stanno dimostrando un grande potenziale per produrre compositi robusti e leggeri nonché facilmente riciclabili. Anche se non è ancora il momento di abbandonare i collaudati termoindurenti, è importante tenere d’occhio gli sviluppi delle termoplastiche, soprattutto se la sostenibilità costituisce una priorità.