Contesto e obiettivo dello studio
Un team di ricerca internazionale ha realizzato un composito bio-based adatto alla stampa 3D, unendo le proprietà elastiche del termoplastico Poliuretano (TPU) con fibre continue di lino (Flax Continuous Fibers, CFF) e particelle di carbone di bambù (Bamboo Charcoal, BC). L’intento è migliorare le prestazioni meccaniche e la resistenza al fuoco di componenti realizzati tramite Fused Filament Fabrication (FFF), pur mantenendo le stesse caratteristiche di processabilità dei materiali tradizionali.
Materiali e processo di stampa
Per ottenere il nuovo composito, si utilizza un sistema di doppia estrusione. Da un lato scorre il filamento TPU caricato al 3 % in peso con particelle di carbone di bambù, che conferiscono proprietà antifiamma e antibatteriche; dall’altro, attraverso un estrusore dedicato, vengono depositate fibre di lino in continuo. La scelta del lino si basa sulla sua origine rinnovabile, sull’elevato rapporto resistenza/peso e sulla capacità di assorbire vibrazioni.
Analisi microstrutturale e adesione interfacciare
L’osservazione al microscopio elettronico a scansione ha evidenziato una forte coesione tra la matrice elastomerica e le fibre di lino, con porosità ridotte ai minimi termini. Questa ottimizzazione dell’interfaccia permette un trasferimento di sforzo più efficiente, traducendosi in un aumento significativo della rigidità complessiva senza compromettere l’elasticità del pezzo.
Caratteristiche meccaniche e flessibilità di processo
Le prove dinamico-meccaniche hanno mostrato un incremento del modulo di memoria viscoelastico di oltre il 200 %, mentre il Melt Flow Index (MFI) ha subito un calo inferiore al 10 %, confermando la fattibilità del filamento nel processo FFF. I test di trazione hanno rilevato un miglioramento della resistenza a trazione fino a 15 volte rispetto al TPU puro, grazie all’effetto rinforzante combinato di fibre e particelle di BC.
Resistenza al fuoco e comportamento ciclico
L’introduzione del carbone di bambù ha innalzato l’Oxygen Index a oltre il 28 % e permesso di raggiungere la classificazione UL-94 V1, attestando prestazioni ignifughe allo stesso livello di materiali speciali utilizzati nell’automotive. Sottoposti a carichi ripetuti, i campioni hanno mostrato un marcato effetto Mullins, con elevata dissipazione energetica e minima perdita di integrità dopo centinaia di cicli.
Applicazioni e prospettive industriali
Il nuovo composito trova applicazione in settori dove sono richieste leggerezza, smorzamento delle vibrazioni e sicurezza passiva: elementi di carrozzeria per veicoli, componenti di protezione individuale (caschi, ginocchiere), inserti antivibranti per macchinari e accessori sportivi. Grazie alla sostenibilità dei rinforzi naturali, la soluzione risponde alle esigenze di riduzione dell’impatto ambientale e allineamento con le direttive europee sulla bioeconomia.
Collaborazioni e sviluppi futuri
Oltre all’ateneo capofila dello studio, partecipano gruppi di ricerca provenienti da Germania, USA e Cina, con l’obiettivo di estendere l’esperimento a polimeri diversi dal TPU e a fibre di altre piante agricole (canapa, sisal). Contemporaneamente, alcuni spin-off tecnologici stanno valutando l’integrazione di sensori a fibre ottiche all’interno del composito, per monitorare in tempo reale lo stato di salute delle parti stampate.
