A partire dal 1937 con l’invenzione della fibra di vetro, si sono sviluppate nuove ed ardite soluzioni polimeriche di notevole interesse tecnico-commerciali

di Marco Arezio

L’evoluzione delle materie plastiche nel periodo successivo alla fine della seconda guerra mondiale, ha portato il settore ad una continua innovazione scientifica in competizione con sé stessa.

La scoperta di nuovi legami polimerici e di nuove applicazioni commerciali, ha rivoluzionato il campo industriale facendo nascere nuovi prodotti, sostituendone altri fatti in materiali tradizionali e migliorando il rapporto qualità prezzo dei manufatti.

Oltre a scoprire nuovi polimeri, si sono scoperte soluzioni tecniche che hanno portato ad un’esaltazione delle performances del polimero base, riuscendo a creare nuovi campi applicativi fino ad allora sconosciuti.

Infatti, la capacità di resistenza che si è raggiunta, attraverso i polimeri e i compositi a matrice polimerica, è risultata, fino a pochi anni fa, impensabile.

In particolare, il settore delle Fibre HP, progettate per fornire prestazioni che le fibre tessili tradizionali non erano in grado di raggiungere, soprattutto per quel che riguarda le capacità meccaniche, termiche e chimiche, hanno creato una vera rivoluzione tecnologica.

Materiali che, oltre ad essere in grado di soddisfare requisiti particolari, devono mostrare una buona attitudine ad essere inseriti nei cicli tessili, anche se modificati.

Nate circa 30 anni fa sulla spinta di alcuni settori strategici – soprattutto militare e aeronautico - sono oggi sfruttati nei campi più diversi, da quello ambientale al comparto dell’abbigliamento protettivo:

• geotessili per il contenimento dei terreni in grado di contrastare fortissime pressioni

• tessuti per la protezione balistica capaci di ammortizzare l’energia dei proiettili

• filati per indumenti protettivi resistenti all’energia generata da un fulmine

• rinforzi tessili da usare nei materiali compositi per impieghi strutturali nel campo dell’edilizia.

La prima fibra ad elevate prestazioni sia tensili che termiche è stata la fibra di vetro (1937) prodotta da Owens e Corning Glass, costituita prevalentemente di silice, ossido di calcio, ossido di alluminio, ossido di boro.

Appartenente alla famiglia delle fibre inorganiche, ha avuto una crescita annua del 15-25% fino agli anni ’60 - ‘70, quando sono comparse sul mercato le fibre di carbonio e le fibre aramidiche, anche se a tutt’oggi la fibra di vetro detiene, come fibra di rinforzo, il primo posto in termini di volumi impiegati.

Le fibre di carbonio, scoperte nel 1879 da Edison, sono state commercializzate solo dal 1960, secondo un procedimento messo a punto da William Watt per la Royal Aircraft in UK.

Ma la vera rivoluzione nel mondo delle fibre ad alte prestazioni è cominciata con la comparsa sul mercato (1965) delle fibre aramidiche sviluppate dalla DuPont, inizialmente come meta-aramidiche (Nomex), fibre con un'elevatissima temperatura di fusione e di decomposizione (600°- 800°C) e ottime caratteristiche di isolamento elettrico.

Queste proprietà le rendono particolarmente adatte alla produzione di tessuti o feltri con i quali realizzare indumenti protettivi (la maggior parte delle tute dei piloti di Formula 1 sono realizzate in Nomex, proprio per le sue proprietà ignifughe, così come quelle degli operatori delle piattaforme petrolifere) e per la filtrazione di gas caldi.

Sotto forma di carta o cartone, sono utilizzate per isolamento elettrico e, conformate a nido d'ape, per la realizzazione di materiali compositi.

Pochi anni più tardi (1972) sempre la DuPont introdusse sul mercato le fibre pararamidiche (Kevlar) aprendo così la nuova era dei filati ad elevate prestazioni tensionali e termiche:

• ottima resistenza meccanica

• rigidità

• elevato assorbimento delle radiazioni

• resistenza all’urto

• al calore

• alla fiamma.

Con i compositi rinforzati con fibra di Kevlar, cinque volte più resistenti dell’acciaio a parità di peso,  sono stati realizzati gli airbag che hanno consentito l’atterraggio delle sonde su Marte e il paracadute della sonda Galileo, spedita su Giove.

Una copertura realizzata con compositi rinforzati con Kevlar riveste le pareti della Stazione Spaziale Internazionale, in orbita intorno alla terra, per proteggerle dai danni provocati dalle micro meteoriti.

La fibra di Kevlar – commercializzata in forma di filamento, fiocco e polpa, sostituisce l’amianto nel rivestimento delle frizioni e dei freni in tutte le automobili provenienti dalle linee di produzione europee.

Accanto alle fibre aramidiche sono comparse sul mercato le fibre di poliestere aromatiche, quelle prodotte con polimeri eterociclici aromatici, o realizzate con l’impiego di molecole flessibili (come il polietilene ad alto peso molecolare), per la produzione di fibre con elevato orientamento molecolare lungo il loro asse, usando un processo di filatura nuovo, denominato gel spinning.

Nella realizzazione di prodotti industriali dove la resistenza deve abbinarsi alla leggerezza e alla flessibilità, le fibre tessili HP sono una valida soluzione, quello che a tutt’oggi frena un loro impiego più estensivo è l’alto costo, conseguenza soprattutto di alcuni problemi tecnici legati alla loro lavorabilità.

Generalmente maggiori sono le prestazioni del materiale, tanto più elevate sono le difficoltà legate alla sua trasformazione.

Ciò risulta più evidente per le fibre ad altissima resistenza meccanica, infatti per conferire loro questa prestazione la metodologia di produzione normalmente seguita è quella di sottoporre il materiale, dopo la filiera, a stiri assai elevati.

Con questa tecnica si ottiene l’alta tenacità desiderata ma a spese degli allungamenti, di conseguenza le fibre hanno una scarsa deformabilità e risultano rigide, ciò comporta difficoltà di filatura.

Viceversa un eccezionale aumento dell’allungamento, dunque dell’elasticità, si ottiene a scapito della tenacità e della capacità di assorbimento dell’umidità, così come un’elevata resistenza agli agenti chimici rende l’assorbimento dell’umidità quasi nullo e crea difficoltà alla tingibilità delle fibre.

Categoria: notizie - tecnica - plastica - fibre di rinforzo polimeriche

Fonti Cecilia Cecchini