Schiume polimeriche magneto-sensibili, una nuova classe di materiali con applicazioni sorprendenti

ROB PANTANIIl Progetto EPOCAM, condotto presso il DIIn dell’Università degli Studi di Salerno in collaborazione con il CNR di Portici e l’Università del Sannio, risponde pienamente alla necessità per la nostra industria italiana di essere al passo con i tempi dell’evoluzione tecnologica

L’unità di ricerca del Polymer Technology Group (www.polymer-technology.it) da me coordinata presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIIn) dell’Ateneo di Salerno, insieme con il CNR di Portici (Unità guidata dall’ingegner Luigi Sorrentino) e l’Università del Sannio (Unità guidata dal professor Daniele Davino), sta portando avanti un progetto di ricerca PRIN (Progetti di Ricerca di Rilevante Importanza Nazionale) denominato EPOCAM, ovvero Sviluppo di Espansi POlimerici “smart” dal comportamento modulabile mediante CAmpo Magnetico.

 

Il progetto propone lo sviluppo di una nuova classe di materiali compositi schiumati, i Materiali Attivi Porosi (MAP), leggeri e multifunzionali, le cui proprietà sono controllabili mediante l’applicazione di un opportuno campo magnetico.

 

I MAP sono costituiti da particelle magnetiche, micro- o nano-metriche, distribuite in maniera controllata in una matrice polimerica durante la sua espansione. In fase di formazione della schiuma, la presenza di un opportuno campo magnetico induce una disposizione spaziale delle particelle che può dar luogo a un rinforzo strutturale anisotropo. Ad esempio, un campo uniforme impone una aggregazione “fibrosa” delle particelle nella direzione delle linee di campo. Questo vuol dire che, in quella direzione, il modulo elastico del materiale sarà maggiore di quello nelle direzioni trasversali. Il comportamento strutturale conseguente è pertanto quello di un materiale “rinforzato” nella direzione di allineamento.

 

 

Ma i MAP sono molto di più di semplici materiali rinforzati. La presenza di particelle magnetiche li rende sensibili all’applicazione di un campo magnetico esterno. Questo vuol dire che la loro risposta elastica (il loro modulo) può essere modulata per effetto dell’applicazione di un campo magnetico. In questo modo tali materiali possono essere resi deformabili o rigidi secondo necessità. Inoltre, controllando la loro struttura porosa, e in particolare aumentando la percentuale di vuoti all’interno di tali materiali, si possono ottenere MAP facilmente deformabili. Infatti, quando sottoposti a un determinato stimolo elettromagnetico, le particelle in essi contenute, seguendo le linee di campo, assumono una particolare disposizione spaziale che induce sui MAP una deformazione mirata. Questo vuol dire avere materiali la cui forma può essere controllata dall’esterno. Infine, poiché le loro caratteristiche elettriche cambiano a seconda della deformazione che essi subiscono, possono essere usati come trasdut-tori di deformazione, fornendo una misura della variazione di geometria. Questa proprietà, associata a quanto precedentemente descritto, consente di modificarne la risposta elastica in funzione della deformazione.

 

I MAP presentano alcune proprietà peculiari:

– possono essere molto leggeri (in base alla porosità indotta durante la preparazione delle schiume);

– consentono una elevata produttivi-tà, perché il processo di produzione è facilmente trasferibile all’industria (presso il DIIn vengono ottenuti per stampaggio ad iniezione, in presenza di elettromagneti progettati e controllati con procedure ad-hoc);

– possono essere formati a partire da polimeri dal basso impatto ambientale (biodegradabili, dal ridotto impiego di materie prime o ottenuti da processi dal ciclo produttivo a scarto nullo o ridotto);

– possono essere sviluppati in modo da presentare gradienti delle proprietà magneto-meccaniche.

 

I MAP rispondono all’esigenza di materiali controllabili tramite stimoli esterni, leggeri e attivi, che attualmente non sono disponibili né in laboratorio, né in ambito industriale.

 

Le potenzialità applicative sono vastissime, anche grazie al ridotto costo di implementazione delle attrezzature necessarie (sono possibili rapidi adattamenti di impianti preesistenti).

 

La possibilità di conferire un’orientazione della microstruttura di rinforzo lungo direzioni preferenziali, attualmente possibile soltanto mediante procedure lunghe e costose, unita alla distribuzione secondo gradienti controllati, rappresenta un salto tecnologico per il mondo dei mate-riali a bassa densità che può aprire scenari estremamente interessanti per la semplicità di applicazione della tecnologia, favorendo l’ingegnerizzazione dei sistemi cellulari sviluppati e la loro implementazione in programmi di ricerca applicata.

 

I sistemi la cui rigidità può essere controllata in modo continuo possono trovare applicazione in diversi settori industriali quali l’industria automobilistica o aerospaziale per quanto riguarda il comfort, la protezione del passeggero o per lo smorzamento attivo di sollecitazioni dinamiche, acustiche e vibrazionali. La possibilità di controllo delle dimensioni potrebbe trovare applicazione nella micro-manipolazione o nella filtrazione di fluidi (pompe peristaltiche o strutture a morfologia cellulare variabile). Inoltre i modelli e i metodi sviluppati saranno in grado di fornire correlazioni e stime predittive della risposta magnetomeccanica dei MAP, consentendone l’impiego come trasduttori funzionali tramite campo magnetico (ad es. come sensori di deformazione). Non va infine sottovalutata la possibilità di ottenere oggetti in materiale ecosostenibile applicando tale tecnologia a materiali biodegradabili, generalmente dotati di proprietà meccaniche non elevate.

 

Il progetto EPOCAM si cala quindi pienamente nell’ottica della necessità per l’industria italiana di rispondere con una continua e veloce evoluzione tecnologica alle richieste di mercato, in completa armonia con le direttrici di sviluppo fissate in sede di pro-grammazione comunitaria, nazionale e regionale. Considerata la presenza trainante nel comparto della plastica campano di aziende operanti nei settori aerospazio, nautica e trasporti, i MAP potrebbero rappresentare un asso nella manica dell’industria del nostro territorio.

 

Questo sito o gli strumenti terzi da questo utilizzati si avvalgono di cookie necessari al funzionamento ed utili alle finalità illustrate nella cookie policy. Se vuoi saperne di più o negare il consenso a tutti o ad alcuni cookie, consulta la cookie policy. Chiudendo questo banner, scorrendo questa pagina, cliccando su un link o proseguendo la navigazione in altra maniera, acconsenti all’uso dei cookie. maggiori informazioni

Questo sito utilizza i cookie per fornire la migliore esperienza di navigazione possibile. Continuando a utilizzare questo sito senza modificare le impostazioni dei cookie o cliccando su "Accetta" permetti il loro utilizzo.

Chiudi