Elastici come i termoplastici, con elevata stabilità chimica e meccanica come i termoindurenti dai quali derivano, i copoliesteri aromatici termoindurenti (ATSP) sono polimeri ‘smart’ estremamente durevoli, riciclabili, autoriparanti. Uno studio recente sulle loro proprietà è a firma di Mohammad Naraghi, direttore del Laboratorio di Materiali Nanostrutturali e docente di Ingegneria Aerospaziale presso l’Università Texas A&M, in collaborazione con Andreas Polycarpou dell’Università di Tulsa.
“La memoria di forma e la capacità di autoripararsi sono due aspetti dello stesso meccanismo”, spiega Naraghi. “Nel primo caso si fa riferimento a uno scambio nei legami all’interno di una porzione continua di materiale, una sorta di intelligenza intrinseca; nel secondo si crea una discontinuità, una crepa”.
Questa duplice funzionalità degli ATSP mostra implicazioni molto interessanti per gli impieghi più sfidanti. “I materiali usati in applicazioni aerospaziali sono soggetti a stress estremi e ad alte temperature: se una parte di velivolo è danneggiata, possiamo attivare la funzione autoriparante”, continua Nuraghi. “Ugualmente, possiamo rimediare alle deformazioni di un’auto dopo una collisione e migliorare in modo significativo la sicurezza del veicolo. I vitrimeri come gli ATSP, rinforzati con fibre discontinue, possono essere schiacciati e rimodellati per molte volte senza degradarsi”.
I test in laboratorio
Campioni di materiale sono stati sottoposti a test di creep ciclico per osservare come assorbivano, immagazzinavano e rilasciavano l’energia di tensione. Un riscaldamento a 160°C attiva il meccanismo autoriparante che ripristina la forma iniziale in modo via via più duraturo, come nella pelle umana dopo una ferita.
Al termine di ogni ciclo, l’esposizione a 280°C consente di valutare la rigenerazione e le prestazioni meccaniche del materiale. Dopo due cicli completi, il provino in ATSP recupera quasi interamente la propria resistenza; dopo cinque cicli l’efficacia della riparazione si ferma all’80%.
“Con imaging ad alta risoluzione abbiamo potuto osservare che, dopo la rottura e la rigenerazione, il composito presenta una struttura simile a quella originaria, anche se la rottura ripetuta ha causato usura meccanica in alcune aree disomogenee per difetti di fabbricazione”, conclude Mohammad Naraghi.
