I ricercatori della Case Western Reserve University (CWRU), in Ohio, hanno collaborato con il US Army Research Lab per produrre un nuovo polimero leggero e ad alte prestazioni che potrebbe avere potenziali applicazioni in sistemi di protezione e armi, come caschi e altri resistenti agli urti attrezzature.
Il nuovo accordo quinquennale concede a Case Western, così come a molti altri subappaltatori, 5,4 milioni di dollari, con un potenziale fino a 11 milioni di dollari, per sviluppare e produrre un materiale polimerico nei prossimi anni. Il finanziamento del Laboratorio di ricerca dell’esercito (ARL) del Comando delle capacità di combattimento dell’esercito americano andrà alle apparecchiature dell’università, compreso un microscopio elettronico, e all’assunzione di ulteriori studenti laureati e studiosi post-dottorato nel laboratorio. La partnership include anche un subappalto per guidare lo scale-up della produzione del nuovo materiale con PolymerPlus , una società spin-off di CWRU fondata nel 2010 per soddisfare un’esigenza insoddisfatta nella valutazione e nella maturazione di nuove tecnologie microstrato e nanostrato per applicazioni commerciali.
“Quello che stiamo cercando di fare è utilizzare il nostro processo per combinare materie plastiche a basso e medio costo – cose come brocche del latte e sacchi della spazzatura a un costo di circa $ 3 la libbra – per creare un materiale forte e flessibile uguale a cose come Super Kevlar, che sono circa $ 100 la libbra “, ha detto il presidente di PolymerPlus Mike Ponting, che è anche un alunno della Case Western Reserve. “L’esercito ha visto alcuni dei campioni e della tecnologia iniziali, ma ora vogliono vedere fino a che punto possiamo spingerci”.
La nuova tecnologia di produzione, sperimentata su piccola scala nei laboratori del CWRU, trasforma essenzialmente più materiali polimerici in fogli che possono avere centinaia o addirittura migliaia di singoli strati, producendo nuovi materiali che sono forti, leggeri e durevoli.
Secondo Gary Wnek, presidente del dipartimento di scienza e ingegneria macromolecolare presso la Case School of Engineering e ricercatore capo del progetto, il team di CWRU sperimenterà nuove combinazioni di plastiche ultrasottili e le invierà a PolymerPlus per l’elaborazione su larga scala .
“È una grande partnership perché non vuoi investire troppe risorse nello sviluppo di nuovi materiali finché non puoi provarli prima su scala ridotta”, ha rivelato Wnek. “Sappiamo che le aspettative sono alte, che l’esercito vuole che facciamo non solo una buona ricerca, dimostrata dalla pubblicazione di documenti, ma anche ricerca traslazionale che può essere utilizzata”.
Case Western Reserve ospita il primo dipartimento polimerico autonomo della nazionee il primo a offrire un corso di laurea in scienze dei polimeri accreditato da ABET, un’organizzazione no profit che valuta i programmi universitari e universitari in scienze applicate e naturali, informatica, ingegneria e tecnologia ingegneristica. Presso il Dipartimento di scienza e ingegneria macromolecolare dell’università, i ricercatori stanno promuovendo nuove generazioni di polimeri per nuovi dispositivi elettronici, batterie, bioprotesi, dispositivi per la somministrazione di farmaci e imballaggi sostenibili. Dagli aerogel che possono assorbire le fuoriuscite di petrolio agli adesivi che resistono a temperature estreme, anche utilizzando nanoparticelle per proteggere le colture, studenti universitari e laureati stanno facendo avanzare la scienza e la tecnologia attraverso lo sviluppo di nuovi materiali e sistemi di materiali.
PolymerPlus, che è stato recentemente acquisito in un accordo multimilionario da Peak Nanosystems con sede in Texas, sarà il principale partner industriale per il progetto. L’azienda utilizzerà la coestrusione multistrato, una tecnologia di elaborazione dei polimeri in grado di produrre film in fibra ad alta resistenza con un massimo di migliaia di strati, con spessori degli strati in micro e nanoscala, da includere come laminati in applicazioni militari resistenti agli urti come caschi e antiproiettile. giacche, progettate per fornire protezione da armi ad alto potenziale esplosivo.
Il team collaborerà con il personale dell’ARL ad Aberdeen Proving Ground, nel Maryland, per progettare materiali e approcci di produzione avanzati per compositi ad alte prestazioni. CWRU e PolymerPlus possono produrre continuamente combinazioni complesse di materiali in strutture uniche che sono difficili da generare anche con sofisticate tecniche di laboratorio, ha spiegato Joseph Lenhart, capo della filiale dei polimeri di ARL. Descrivendo ulteriormente che vede enormi opportunità per migliorare le prestazioni dei sistemi di protezione e delle armi, con applicazioni a lungo termine che sono oggi inimmaginabili.
“Non posso sottolineare abbastanza quanto sia cruciale per l’esercito impegnarsi con il mondo accademico in tutto il paese e con l’industria per spingere rapidamente nuovi concetti nella realtà dei materiali avanzati e della produzione”, ha affermato Mark Tschopp, Direttore regionale centrale dell’ARL. “La cosa grandiosa di questo sforzo è che ci sono scienziati del personale di ARL di stanza qui nel Midwest per migliorare la collaborazione e la comunicazione con i nostri partner, contribuendo a portare l’esperienza in materia e le strutture uniche di tutte le parti per sostenere questa applicazione critica. Insieme, stiamo affrontando metodicamente problemi impegnativi volti a produrre risultati di impatto per l’esercito “.
Un’infografica che spiega il processo di produzione del polimero e i vari usi del materiale finale. (Immagine per gentile concessione di Polymer Plus)
Il nuovo progetto innovativo ha avuto anche il sostegno del Congresso, poiché due membri della sottocommissione per gli stanziamenti della Camera per la difesa, membri del Congresso dell’Ohio Marcy Kaptur e Tim Ryan , hanno indicato che l’ingegnosità degli scienziati della Case Western Reserve è un esempio per le generazioni future per capire come la scienza può migliorare le armi e i sistemi di armatura statunitensi per mantenere al sicuro i membri del servizio. Kaptur ha anche sottolineato che l’Ohio ha una “eredità produttiva leggendaria”, in particolare per quanto riguarda la ricerca e lo sviluppo di prodotti che supportano la difesa nazionale del paese.
I polimeri sono la base dei materiali sintetici, tra cui plastica, fibre, gomma, pellicole, vernici, membrane e adesivi, ed è uno dei materiali più utilizzati nella produzione additiva. Nel settore della difesa , progettare materiali più leggeri, più resistenti e più veloci può portare a nuovi sistemi di protezione, equipaggiamento e persino armi. Ad esempio, l’equipaggiamento di protezione personale primario utilizzato dal personale dell’esercito e del corpo dei marine ha una media di circa 27 libbre e si aggiunge al peso di altri articoli e attrezzature uniformi indossati o trasportati. Questo è un motivo sufficiente per cercare modi per ridurre il peso degli oggetti indossati in combattimento. Sviluppo di materiali specializzati che può ridurre il carico di lavoro del personale militare e proteggerlo sta rapidamente diventando uno sviluppo molto ricercato.
