Materiali compositi sempre più leggeri e resistenti

Lo schema mostra un tipico composito a strati di fibre di carbonio (i lunghi tubi di colore argento) rinforzati con le foreste microscopiche di nanotubi di carbonio (la serie di oggetti marroni). Queste minuscole fibre tengono insieme gli strati, come un velcro ultra-resistente, impedendo agli strati di staccarsi sotto carico (fonte: MIT News).

Con l’obiettivo di risparmiare carburante e ridurre le emissioni, gli ingegneri stanno cercando di costruire aerei più leggeri e robusti utilizzando materiali compositi avanzati.

di Sara Bagherifard

Questi materiali sono realizzati con fibre ad alte prestazioni di solito incorporate in strati di polimero, creando delle strutture estremamente leggere e durevoli. Nonostante i numerosi vantaggi, i materiali compositi hanno una principale vulnerabilità: la regione interlaminare, che di solito è riempita con “colla” polimerica per legare insieme gli strati.

Un nuovo approccio ai materiali compositi

Ora, gli ingegneri del MIT (USA) hanno dimostrato di poter impedire alle cricche di diffondersi tra gli strati del composito, utilizzando un approccio chiamato “nanocucitura”. Il concetto di nanocucitura prevede la “crescita” di una foresta di nanotubi di carbonio allineati verticalmente. Per far crescere i nanotubi, il team ha utilizzato il processo di deposizione chimica da vapore per far reagire vari catalizzatori in un forno, facendo sì che il carbonio si depositasse su una superficie che viene infine rimuovono lasciando una foresta densa di nanotubi. Sono stati fabbricati campioni compositi di laminati sottili (circa 3 millimetri di spessore) in fibra di carbonio formati da 60 strati. La foresta di nanotubi è stata fatta aderire tra strati intermedi del composito e successivamente il materiale è stato cotto in un’autoclave così da polimerizzare. Per testare la resistenza alla delaminazione e propagazione delle cricche, il team ha creato una crepa nella regione tra i due strati intermedi. I test hanno rivelato che i materiali nanocuciti tenevano saldamente e che la cricca non era in grado di diffondersi ulteriormente tra gli strati. I campioni testati si sono rivelati fino al 62% più resistenti alla propagazione delle cricche rispetto ai compositi creati con polimeri convenzionali.

I risultati di questo studio aiutano ad affrontare la principale fragilità dei materiali compositi, aumentando la flessibilità in progettazione strutturale. I ricercatori prevedono che qualsiasi veicolo o struttura che incorpori compositi convenzionali potrebbe essere reso più leggero e resistente con la tecnologia di nanocuciture sviluppata in questo studio.