Con la sua incredibile leggerezza, rigidità e resistenza, la fibra di carbonio ha molti vantaggi, ma anche i materiali più sognanti hanno i loro svantaggi.
Gli scienziati hanno cercato a lungo di risolvere il problema della propensione della fibra di carbonio a bruciare ad alte temperature e ora un team internazionale di ricercatori ha trovato una soluzione economica e scalabile a questo problema sotto forma di un rivestimento protettivo che si forma all'interno del sale fuso.
Per certi aspetti, la fibra di carbonio è già altamente resistente al calore e in grado di rimanere stabile nell'aria a temperature fino a 800°C. Questo la rende molto adatta a tutti i tipi di applicazioni, dai telai di biciclette alle auto, alle apparecchiature mediche e persino alle chitarre.
Tuttavia, possono sorgere problemi se esposti a temperature estreme, ad esempio nell'industria aerospaziale. In tali condizioni, reagisce con l'ossigeno e brucia, per cui la sua struttura e, a sua volta, le sue qualità desiderabili vengono rapidamente distrutte.
Gli scienziati hanno lavorato in passato per sviluppare forme di fibra di carbonio più resistenti alla fiamma, ma ciò ha richiesto l'uso di apparecchiature costose, processi complessi a più fasi e reazioni chimiche imprevedibili. Gli autori di questo nuovo studio hanno escogitato una soluzione semplice ed economica che inizia con il sale fuso.
Questo processo avviene a 982°C, e dopo che i cristalli di sale sono stati liquefatti, all'impasto vengono aggiunte polveri di titanio e cromo prima dell'aggiunta di fibre di carbonio come tocco finale. Ciò provoca una reazione chimica che si traduce in un rivestimento protettivo con tre strati separati a causa del diverso comportamento e reazioni dei materiali nella miscela di sali fusi.
"Abbiamo trovato una ricetta che può formare tre strati in uno stato", affermano i ricercatori.
Le prestazioni sono state valutate in esperimenti in cui le fibre di carbonio rivestite sono state sottoposte a condizioni estreme, comprese temperature di circa 1200 ° C e un bruciatore di ossigeno-acetilene, mentre le fibre di carbonio hanno mantenuto con successo la loro struttura.
È stato trovato che un rivestimento costituito da carburo di cromo e carburo di titanio fornisce una protezione maggiore rispetto a un singolo rivestimento.
"Stiamo cercando di aggiungere strati superficiali che possano separare le fibre di carbonio dall'ossigeno in modo che anche ad alte temperature non brucino", affermano gli scienziati. "Le fibre di carbonio possono essere utilizzate in molti modi - nei tessuti e in parti di edifici, aerei, apparecchiature elettroniche - ma se sono infiammabili, questo crea nuovi rischi e limita fortemente queste applicazioni".
Gli scienziati descrivono il loro nuovo processo come veloce e pulito, che lo rende adatto all'uso industriale. Nel perseguimento di questo obiettivo, intendono scoprire come le fibre di carbonio rivestite ignifughe vengono confrontate con le fibre convenzionali e per quanto tempo mantengono la loro struttura e proprietà in condizioni estreme.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.
2021-07-27 05:23:28
Autore: Vitalii Babkin