BasKer, il nuovo materiale ceramico resistente al fuoco “Made in Italy”

Esito del progetto italiano di ricerca EEE-CFCC, Basker è un nuovo materiale ceramico composito CMC rinforzato con fibre minerali di basalto

BasKer - courtesy EEE-CFCC

BasKer” (acronimo di basalto+ceramico) è un nuovo materiale ceramico composito CMC, rinforzato con lunghe fibre minerali di basalto. Ridotta densità, coibentazione, resistenza alle alte temperature, così come alla combustione, sono caratteristiche che contraddistinguono la sua natura chimica, frutto di studi nel campo della scienza dei materiali. Ottenuto sfruttando i prodotti di scarto dei cicli industriali e da materie prime seconde (es: feltri di basalto da pirolisi di PMC), tale composto abbina sostenibilità ad economicità, grazie ai ridotti costi produttivi paragonabili a quelli dei compositi polimerici.

I compositi a matrice polimerica PMC: inquadramento

I compositi a matrice polimerica PMC sono materiali compositi fibrorinforzati in cui la matrice è polimerica, mentre il rinforzo può essere costituito da fibre lunghe o corte di natura inorganica, generalmente in carbonio, ma anche in vetro, in basalto o polimeriche. Questi si contraddistinguono per le intrinseche caratteristiche di leggerezza, ma non possono essere impiegati in situazioni locali ove vi sia la probabilità o il rischio di esposizione ad alte temperature, così come quelle a pericolo di combustione. Infatti, laddove le temperature superino i 400°C, anche le leghe leggere risultano non applicabili. Pertanto, in elementi quali tubi di scarico e porte tagliafuoco, l’introduzione di un materiale inorganico, rinforzato con basalto, rappresenta una soluzione funzionale per coniugare insieme istanze quali peso ridotto, prestazioni e sicurezza all’utilizzo.

BasKer - processo produttivo - courtesy EEE-CFCC

BasKer – processo produttivo – courtesy EEE-CFCC

“Basker”: produzione e caratteristiche

Il “BasKer” è stato prodotto a partire da un “Prepreg Preceramico”, ossia tessuti inorganici semilavorati, formati per laminazione e pre-impregnati di matrice polimerica, in seguito convertiti in ceramica fibrorinforzata. Ciò avviene grazie ad un processo termico detto di “pirolisi”, il quale consiste in un trattamento termico a 700°C condotto in presenza di gas inerte. I geopolimeri porosi sono un complemento naturale del “BasKer”, utili alla formazione di pannelli; allo stesso modo, questi altrettanto lo sono per la definizione di stampi nella forma densa, al fine di produrre compositi a matrice ceramica CMC in forme complesse. I CMC, al pari dei CFCC, sono una sottocategoria di materiali inorganici termostrutturali, solitamente ad elevata resistenza specifica oppure per unità di peso, in cui tale peculiarità meccanica viene resa possibile grazie alla presenza di rinforzi fibrosi.

Seppur di fronte di una ridotta densità, inferiore a 2 g/cm3, e a costi di produzione potenzialmente inferiori a quelli di un composito polimerico tradizionale, l’esecuzione dei test funzionali sul nuovo materiale ha dimostrato caratteristiche fisiche e comportamentali di un certo interesse. Tra queste, significative sono il mantenimento della propria forma, con capacità termostrutturale fino a 600-800°C, oltre a proprietà ignifughe se esposto direttamente alla fiamma e capacità di isolamento termico fino a 1200°C. Il materiale, infatti, presenta una discreta conducibilità termica, pari a 0,35 W/mk. Le prove di simulazione di incendio sono state effettuate impiegando un calorimetro a cono presso il CIRI-MAM (UniBo) su campioni di materiale (100×100 mm), riproducendo potenziali temperature di esercizio pari a 750°C e una durata temporale di 30 minuti consecutivi.

BasKer - processo di laminazione e autoclave - courtesy EEE-CFCC

BasKer – processo di laminazione e autoclave – courtesy EEE-CFCC

Spin-off del progetto “Basker”

Oltre a “BasKer”, nell’ambito del progetto sono stati sviluppati impianti pilota per la fabbricazione di semilavorati (i già citati prepreg), così come pannelli/componenti. In particolare, è stata perfezionata una linea pilota di pirolisi e una di pressatura a caldo, quest’ultima composta da un piano scaldante e da una pressa a caldo. Il fine resta quello di produrre elementi quali paracalore, tubi di scarico per elicotteri e pannelli coibenti resistenti al fuoco, su vasta scala, in modo maggiormente rapido ed economico rispetto all’autoclave. Inoltre, tale progetto ha previsto anche la qualifica delle componenti impiegate, aprendo significativa ad uno studio LCA (Life Cycle Assessement) relativamente al processo e alle soluzioni a fine-vita degli stessi.

Sebbene il processo produttivo sia basato sulla pirolisi e, pertanto, intrinsecamente energivoro, le caratteristiche di tali compositi rendono possibili il contenimento dei consumi energetici e l’implemento della sicurezza in applicazioni nei settori dell’automotive, dei trasporti e delle costruzioni. Dunque, esso trova la sua utilità nella realizzazione di tubi di scarico veicolari, di paracalore, di pannelli multistrato e chiusure tagliafuoco, così come per applicazioni in altri settori quali quelli aerospaziali, militari e sportivi. Queste potenzialità aprono con fiducia a previsioni produttive su scala industriale, entro tempistiche inquadrabili a breve termine.

BasKer - elementi - courtesy EEE-CFCC

BasKer – elementi – courtesy EEE-CFCC

Il team di ricerca del progetto “BasKer”

“BasKer” è stato sviluppato dal progetto EEE-CFCC (Evoluzione Economicamente ed Ecologicamente sostenibile di Compositi Fibrorinforzati a matrice Ceramica in forma Complessa) coordinato dall’ENEA-TEMAF (laboratorio Tecnologie dei Materiali Faenza) e finanziato nell’ambito del Programma Operativo Regionale Fondo Europeo Sviluppo Regionale (POR – FESR) 2014 – 2020 della Regione Emilia Romagna, Asse 1, Azione 1.2.2. Il progetto, coordinato dal Dott. Claudio Mingazzini di ENEA-TEMAF, è stato ammesso a finanziamento per un contributo massimo di € 879.956,00 su un investimento riconosciuto di € 1.230.680,00. Ad esso hanno partecipato anche altri centri di ricerca della Rete dell’Alta Tecnologia dell’Emilia Romagna, quali CNR-ISTEC, CertiMaC, CIRI-MAM (Università di Bologna) e CENTURIA, così come aziende quali Curti S.p.A., Riba Composites s.r.l., Tampieri Energie s.r.l. ed Edilteco Group. La durata complessiva del progetto è stata di 24 mesi, dall’Aprile del 2016 al Marzo del 2018.

Per maggiori informazioni, si consiglia di consultare i siti web di:

Fabrizio Aimar

Architetto. I suoi scritti compaiono su “Il Giornale dell’Architettura”, “architetto.info”, “ingegneri.info”, “Wired” e “C3"; le attività di ricerca sono state oggetto di articoli di quotidiani quali “Avvenire” e “La Stampa”. Consigliere dell’Ordine degli Architetti PPC di Asti, è stato guest lecturer presso l’Università di Auckland (NZ) e di Portsmouth (UK), relatore di seminario accademico presso il DISAFA, UniTO, e presso la Scuola di Specializzazione in Beni Architettonici e del Paesaggio del Politecnico di Torino. E' stato relatore al XXVIII Salone Internazionale del Libro di Torino e alla Camera dei Deputati del Parlamento Italiano a Roma.

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