TECNOPOLO TALKS Il Tecnopolo della provincia di Ravenna si racconta Materiali compositi ceramici e polimerici Laboratorio MITAI ENEA Faenza 26 Settembre 2013
MATERIALI COMPOSITI CERAMICI E POLIMERICI LINEE DI ATTIVITA Compositi polimerici termoplastici, utilizzati sotto forma di rivestimenti ad elevata durabilità, con caratteristiche funzionali (in particolare antiabrasione ed antiscivolo) conferite da un additivo ceramico. Principale riferimento industriale: Ibix srl Compositi polimerici strutturali, utilizzati sotto forma di componenti strutturali soprattutto in ambito automotive. Principale riferimenti industriali: settore del racing Compositi termostrutturali rinforzati a fibra lunga, caratterizzati da fibre e matrici inorganiche, matrici ottenute a partire da precursori polimerici (in particolare siliconi) ovvero malte innovative resistenti al fuoco. Principale riferimento industriale: Riba Composites 2
MATERIALI COMPOSITI CERAMICI E POLIMERICI RISORSE IMPIEGATE Attività svolte: Sviluppo di nuovi materiali e relativa caratterizzazione Qualificazione ed ingegnerizzazione Ricercatori coinvolti: oltre al coordinatore ENEA della linea e ai 2 neoassunti, si sono coinvolti anche i ricercatori e la strumentazione ENEA attinente alle richieste industriali Collaborazioni con imprese: già individuate in ambito di presentazione della domanda di finanziamento, domanda che era fortemente circostanziata ed in coerenza alla quale di fatto ci si è mossi: settore manifatturiero, settore automotive, settore edilizio, settore anitbalistico. Da avviare collaborazioni nel settore navale. 3
Compositi polimerici termoplastici rivestimenti funzionali - SCENARIO Si tratta di un attività che nasce in ambito di finanziamento regionale, progetto EcoPolyFlex, in collaborazione con la ditta IBIX srl divisione Tecnosupply ed in MITAI si è proseguita la ricerca applicata fino al trasferimento industriale L obiettivo è stato definito dalla ditta in questione, che ha identificato nella produzione di pannelli polimerici funzionalizzati da usare come rivestimento per condotti, vasche, pavimenti, il core business della divisione Tecnosupply 4
Compositi polimerici termoplastici rivestimenti funzionali - SCENARIO Il prodotto base è costituito da un pannello in PE, termoformato in dimensioni 2x1m, che combina le caratteristiche peculiari del PE (elevata inerzia chimica, compatibilità con gli alimenti, elevatissimo allungamento a rottura, perfetta barriera antiosmotica, resistenza ad abrasione, resistenza a cicli di gelo disgelo ed UV) ad altre uniche di una formulazione proprietaria Plascoat (incollabilità, termosaldabilità, adesione ai metalli attraverso la formazione di legami covalenti) 5
Compositi polimerici termoplastici ATTIVITA DI RICERCA ED APPLICAZIONI INDUSTRIALI L obiettivo della ricerca svolta in collaborazione con ENEA è stato modificare la formulazione base con additivi ceramici per ottenere pannelli funzionalizzati, che potessero aumentare il mercato potenziale, in particolare per l uso come pavimento, su cemento, in ambienti industriali 6
Compositi polimerici termoplastici ATTIVITA DI RICERCA ED APPLICAZIONI INDUSTRIALI La ricerca all interno di EcoPolyFlex ha mostrato come sia possibile aumentare le caratteristiche di resistenza all abrasione ed ottenere un effetto antiscivolo, senza compromettere troppo l allungamento a rottura (puntando a garantire almeno un 100%), mantenendo l azione di barriera antiosmotica 7
Compositi polimerici termoplastici ATTIVITA DI RICERCA ED APPLICAZIONI INDUSTRIALI In ambito MITAI verranno prodotti pannelli direttamente nell impianto industriale (brevettato), con materie prime già commercialmente disponibili, e successivamente i pannelli verranno qualificati in termini di allungamento a rottura 8
Compositi polimerici strutturali QUALIFICAZIONE ED INGEGNERIZZAZIONE Prove meccaniche su compositi polimerici Trazione (ASTM D 3039/D 3039M 00 ed ASTM D 3518/D 3518M 94) Compressione (ASTM D 6641/D 6641M 01) Flessione (ASTM D 7264/D 7264M 07) Fatica (ASTM D 3479/D 3479M 96) Resilienza (UNI EN ISO 179-1) I test vengono eseguiti secondo le norme di comune utilizzo su campioni strumentati sia con estensometro che con strain gauges. Ciò permette di determinare i principali parametri caratteristici del materiale quali carico di rottura, modulo di Young e coefficiente di Poisson. 9
Compositi termostrutturali - SCENARIO I ceramici fibrorinforzati rappresentano una delle principali linee strategiche perseguite da ENEA Faenza da diversi anni, sia in ambito energetico (turbine a terra per la produzione di energia), che in ambito nucleare (reattori 4 generazione) Gli obiettivi degli ultimi anni sono stati definiti dal confronto con le ditte del settore automotive e composito polimerico, in particolare Riba Composites In particolare si è individuato nella riduzione di tempi e costi di produzione l unica strada possibile per ottenere un processo potenzialmente applicabile a livello industriale Target iniziale: tempi di produzione <4 giorni 10
Compositi termostrutturali Soluzioni sviluppate T<600 C edilizia, automotive T <1200 C automotive, antincendio, antibalistica T 1000-1600 C aerospazio, prod. energia Malte termoresistenti su fibre di basalto C fibre /SiCO matrice SiC fibre /SiCO matrice SiC fibre /SiC matrice Basalto fibre /SiCO matrice Compositi Ceramici non ossidici prodotti tramite CVI (p.es.: SiC f /SiC, C f /SiC, SiBCN f /SiBCN) eventualmente protetti dall ossidazione con opportuni rivestimenti 11
Compositi termostrutturali - BACKGROUND IMPIANTO CVI/CVD T MAX = 1600 C Dimensioni utili della camera di reazione H=700mm Φ=300mm Componenti interni in grafite 12
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Compositi termostrutturali - BACKGROUND Impianto PIP di pirolisi Camera utile: Φ = 40 cm L = 75 cm Max T: 950 C, in atmosfera controllata (vuoto, azoto fluente, aria) 14
Compositi termostrutturali basalto/sico 1 PIP a 650 C 15
Basalto/SiCO Dati termomeccanici (preliminari!) Confronto del MOR a diverse temperature 1 PIP MOR (25 C): 50-70MPa Stress (MPa) 500 C MOR (400 C): 25MPa Strain (mm/mm) 16
Compositi termostrutturali SiCf/SiCO Feltri pressati 2 PIP a 900 C 17
SiCf/SiCO Dati termomeccanici (preliminari!) MOR (25 C): 15-18 MPa MOR (500 C): 14-15 MPa MOR (1000 C): 8-9 MPa 18
PROSSIMI PASSI Compositi polimerici termoplastici: trasferimento industriale della formulazione sviluppata e qualificazione meccanica del prodotto. Relativamente alla qualificazione funzionale, il settore anitabrasione è complesso da modellizzare, normare o simulare, l approccio preferito sarà effettuare test in ambiente reale. Es: condotti per calcestruzzo. Compositi polimerici strutturali: prosecuzione azioni di qualificazione e supporto alle imprese in azioni di ingegnerizzazione. Compositi termostrutturali rinforzati a fibra lunga: miglioramento dei dati termostrutturali, attraverso l aumento della densità delle fibre. Prove di MOR a prove di fatica. Divulgazione dei risultati puntando alla customizzazione per la messa in produzione di componenti: settori automotive, edilizio, antibalistico, navale. 19