Nel momento in cui si inizia a parlare di materiali compositi, si genera solitamente nell’ascoltatore una certa soggezione, quasi un timore, specie se questo non è propriamente avvezzo alla conoscenza dei materiali.
In realtà, i materiali compositi accompagnano diverse fasi della nostra vita quotidiana, spesso svolgendo compiti fondamentali per la nostra stessa esistenza. Basti pensare alle ossa, che ci permettono il movimento e sostengono gli organi interni in ogni fase della nostra esistenza e che sono uno straordinario esempio di elementi in materiali compositi; o ancora, perché non citare il legno, base delle nostre tecnologie soprattutto nel passato e oggi riscoperto per più applicazioni, anche nel campo edile; o i coralli, protagonisti di spettacolari fondali marini in diverse location sparse nel mondo.
Si può quindi notare che l’idea di materiale composito proviene già dalla natura, che, come spesso accade, ha inspirato l’uomo nella ricerca di corrispettivi di sintesi per diverse applicazioni industriali e commerciali. Nascono così i materiali compositi di sintesi, caratterizzati, a differenza dei materiali tradizionali, dall’essere basati sulla combinazione di una materiale base (la matrice) e da una seconda fase (il rinforzo), utilizzata per variare le caratteristiche del primo. Matrice e seconda fase, in verità, possono appartenere a qualunque classe di materiali, siano essi ceramici, vetri, metalli, polimeri o altri ancora; è importante specificare anche che matrice e rinforzo possono appartenere (o meno) alla stessa classe di materiali. Come detto, il compito della seconda fase è quello di migliorare le caratteristiche della matrice, specialmente dal punto di vista meccanico, e questo target viene raggiunto imponendo alla stessa delle forme anche piuttosto diverse tra loro, in base alle necessità. Anche le matrici, tuttavia, variano la loro intensità in funzione dell’applicazione cui sono destinate.
I compositi hanno rappresentato quindi un’innovazione importantissima per i progettisti; mentre infatti in passato questo erano chiamati a scegliere il materiale in base alle sue proprietà esistenti, ora può scegliere le proprietà che più gli sono utili e, conseguentemente, pensare ad un materiale composito che possa soddisfare queste caratteristiche.
Ad oggi, nel campo dei compositi il ruolo di leader spetta ai materiali a matrice polimerica con seconda fase vetrosa, ceramica o, a sua volta, polimerica; per osservarne le applicazioni più comuni basta pensare alle vetro-resine, materiali utilizzati per le racchette da tennis o per gli scafi delle barche.
Oltre a queste, troviamo altre combinazioni, come quelle dei compositi a matrice metallica, nei quali la seconda fase è realizzata in materiali ceramici; grazie alle ottime proprietà meccaniche e alla bassa densità, questi materiali trovano grande spazio nel campo aeronautico e aerospaziale, o più generalmente nel campo dei trasporti.
Infine, non si possono trascurare i compositi in cui sia la matrice che la seconda fase sono realizzate in materiale ceramico; questa configurazione permette di raggiungere interessanti proprietà termomeccaniche, che permettono al materiale di resistere a temperature proibitive per acciai e superleghe.
Il presente (ed il futuro) di questi materiali è quindi nei settori in cui sono più utili quelle proprietà, come l’aeronautico, l’aerospaziale ed il nucleare.
Alessandro Mercuri