Forse non tutti sanno che, anche quando non camminiamo nel bosco, entriamo a contatto con diversi tipi di resine. Infatti, sono presenti resine nell’auto che ci permette di spostarci e viaggiare, nell’aereo che ci porta in vacanza, nel cellulare che consultiamo in continuazione e nel pavimento su cui camminiamo. Ebbene sì, anche nell’aereo che ci accompagna verso la nostra prossima meta per le vacanze.

In realtà, sarebbe difficile immaginare la vita moderna che conosciamo senza le resine e, in particolare, senza le resine epossidiche. Usate in innumerevoli applicazioni in ogni settore, le resine epossidiche sono uno dei polimeri ad alto rendimento più adattabili e più venduti sul pianeta.

Le resine epossidiche sono entrate nell’uso comune a partire dagli anni ’30 del secolo scorso, quando lo scienziato svizzero Pierre Castan creò una miscela viscida da un polimero termoindurente e un induritore, legandoli tra loro avvalendosi di una reazione chimica chiamata “indurimento”. Anni dopo, negli Stati Uniti, lo scienziato Sylvain Greenlee adottò un principio simile per sviluppare una resina a basso peso molecolare nota come BADGE, che è ora diventata la resina epossidica più usata al mondo.

Le moderne resine epossidiche sono sostanze versatili che, a seconda del risultato desiderato, possono essere miscelate a gradi differenti, da quello liquido a quello quasi solido. Attualmente, esistono in commercio più 50 tipi diversi di resine epossidiche. Esistono inoltre centinaia di induritori che ne modificano le proprietà per soddisfare i requisiti più esigenti e singolari. Ogni anno in Europa vengono utilizzate oltre 250.000 tonnellate di resine, per applicazioni che vanno dai pavimenti ai tubi di scarico delle acque nere, dai prodotti per lo sport ai componenti elettronici, dal settore automobilistico a quello aerospaziale.

Quando queste resine epossidiche decollarono?

Fu nel 1947 quando Howard Hughes, l’aviatore visionario statunitense e progettista di aeromobili, utilizzò le resine epossidiche per la prima volta nella costruzione del suo idrovolante a scafo “Spruce Goose”. Questo aeromobile, conosciuto anche come HK-4 Hercules, fu progettato durante la Seconda Guerra Mondiale per trasportare merci e truppe per lunghe distanze. Le sue enormi dimensioni e la sua peculiare costruzione in legno – assemblata con tre strati di colla epossidica lo resero un simbolo americano. Le resine epossidiche e il progetto dell’aeromobile divennero da allora inseparabili.

Il primo utilizzo moderno delle resine epossidiche nel progetto di aeromobili risale a circa 40 anni fa quando un composito epossidico rinforzato con boro venne utilizzato per le coperture degli impennaggi degli aerei da combattimento statunitensi F-14 e F-15. All’inizio, i materiali compositi a base di resina epossidica venivano usati per le strutture secondarie, ma presto gli ingegneri intuirono che il loro utilizzo nelle strutture primarie, quali ali e fusoliere, migliorava la prestazione dell’intero aeromobile. Infatti, mentre per l’F-15 venne utilizzato circa il 2% di materiale composito, per l’F-18 si passò al 19% e per l’F-22 venne utilizzato un considerevole 24%.

La lotta agli aeromobili commerciali

Non ci volle molto perché gli aeromobili commerciali seguissero i passi delle applicazioni difensive all’avanguardia usando compositi a base di resina epossidica. I principali vantaggi erano che il materiale composito riduce il peso delle cellule, che consente un migliore risparmio di carburante, minori costi operativi e minori emissioni di CO2. L’Airbus del conglomerato europeo scorse questo potenziale, e negli anni ’80, iniziò ad applicare materiali compositi nel timone di alcuni suoi aeromobili commerciali come gli Airbus A-300 e l’A-310.

Le alette di coda composite furono le successive, portando a una riduzione dei 2.000 pezzi inizialmente necessari per la versione a base di metallo a meno di 100, nonché a minori costi di produzione e di peso.

Strutture e prestazioni odierne

Tutti questi miglioramenti nella progettazione di aeromobili ci conduce ai modelli attuali, come il cavallo di battaglia Airbus A320, che presenta una struttura della coda realizzata interamente in materiale composito rinforzato con fibre di carbonio. Inoltre, i suoi pannelli del pavimento sono realizzati in polimero epossidico rinforzato con fibra di vetro, che riduce il peso della cellula composita totale del 28%. Il rappresentativo Airbus A-380, l’aereo passeggeri commerciale più grande al mondo, possiede circa il 28% di materiale composito del peso.

Analogamente, il più venduto della Boeing, il 787 Dreamliner, presenta circa un 50% di materiale composito che porta a un risparmio medio di peso di circa il 20%, mentre la controfferta di Airbus, l’A350 XWB, con una fusoliera realizzata interamente di un composito in fibra di carbonio, si solleva a nuove altezze con un contenuto composito totale del 52%. Nell’aviazione militare, circa il 75% dell’area esterna dei caccia europei attuali possiede un rivestimento epossidico rinforzato e, nel totale, circa il 40% del peso strutturale è realizzato in materiale composito rinforzato in fibre di carbonio.

Tuttavia, le applicazioni composite strutturali non sono l’unico grande successo della resina epossidica. Hanno svolto un ruolo importante nel combinare e rifinire le parti strutturali ma sono anche cruciali per farli durare. Le resine epossidiche sono essenziali nei rivestimenti anti-corrosione e applicazioni adesive che, allo stesso tempo, aiutano a sostituire o integrare metodi di congiungimento più pesanti come gli elementi di fissaggio meccanici.

Prospettive future

I materiali compositi a base di resina epossidica sono diventati indispensabili nella costruzione degli aeromobili. Nei prossimi 20 anni si prevedono più di 30.000 nuove consegne di aeromobili, mentre circa 10.000 aerei esistenti dovranno essere ristrutturati e manutenuti. Gli sforzi di progettazione e manutenzione sono innanzitutto diretti alla riduzione del peso per un miglior risparmio di carburante e un abbassamento dei costi di servizio per ridurre sostanzialmente i costi operativi, in modo da aiutare le compagnie aeree ad operare con successo in un ambiente globale decisamente competitivo.

Gli aspetti di sostenibilità, come minori emissioni di carburante, sono un importante vantaggio collaterale delle riduzioni del peso strutturale. Infatti le emissioni di CO2 sono già prese di mira dagli enti regolatori, e gli obiettivi di emissione futuri costituiscono una sfida per l’industria aerospaziale e i vettori globali. In questo senso, gli aerei elettrici potrebbero contribuire a contenere e ridurre definitivamente la futura crescita delle emissioni. Il loro sviluppo aumenterà ulteriormente la domanda per le strutture delle cellule leggere per compensare il peso del pacco batterie potenzialmente enorme. Uno sviluppo simile può già essere testimoniato al momento nel settore della mobilità delle auto elettriche.

Si prospetta un futuro luminoso per le resine epossidiche utilizzate nelle applicazioni aerospaziali e oltre. I produttori di resine epossidiche non si siedono pigramente in attesa di future crescite. Qualunque sfida tecnica le nuove applicazioni presentino, il settore delle resine epossidiche si sta già preparando per poter consegnare soluzioni all’avanguardia che consentiranno alle innovazioni di domani di volare anche più in alto.

Comitato Europeo delle Resine Epossidiche – ERC

Rispondi