Materie plastiche per l’industria aerospaziale

Il settore aerospaziale e i materiali utilizzati

L’industria aerospaziale è costantemente alla ricerca di nuovi materiali con caratteristiche tecnologiche sempre più performanti.

Il settore utilizza principalmente titanio, alluminio, fibre di carbonio, materiali ceramici e diversi materiali compositi.
L’esigenza primaria del settore aerospaziale è individuare e utilizzare componenti con eccellenti proprietà tra cui resistenza meccanica, resistenza al calore e peso ridotto.

I requisiti imposti dal settore hanno l’intento primario di garantire la sicurezza, contenendo l’impatto ambientale del settore.

L’uso di materie plastiche ad alte prestazioni ha aiutato a cambiare il profilo di molti comparti industriali: l’industria aerospaziale e quella aeronautica sono tra questi. In tanti casi i tecnopolimeri dimostrano di avere proprietà fisiche e chimiche che eguagliano o superano quelle dei metalli, riducendo notevolmente il peso.

I vantaggi dei materiali plastici per il settore aerospaziale

I tecnopolimeri sono materiali definiti ad alte prestazioni, ma esattamente cosa significa?

Resistenza meccanica

Partendo dalle proprietà meccaniche, è imprescindibile per il settore dell’industria aerospaziale scegliere materie prime ad alte prestazioni meccaniche: i materiali devono resistere a sforzi e sollecitazioni senza deformarsi o quantomeno riducendo al minimo la possibilità che questo accada.

I polimeri plastici presentano ottime caratteristiche per quanto riguarda tutti gli aspetti della resistenza meccanica: non si parla unicamente di resistenza alla compressione, alla trazione e alla flessione ma anche di resistenza agli urti e durezza in condizioni di forte vibrazione.

Resistenza al calore

Le temperature sono un altro fattore di importanza rilevante: la resistenza al calore, combinata ad una buona resistenza all’invecchiamento, permette di limitare al minimo gli interventi di manutenzione che altrimenti renderebbero insostenibili i costi. Si pensi non solo ai velivoli ma anche ai satelliti, la cui manutenzione è particolarmente complicata.

I materiali plastici si dimostrano molto performanti in ambienti di alta temperatura, uno dei vantaggi rispetto ad altri materiali consiste nel fatto che i polimeri mantengono invariate le loro caratteristiche tollerando le massime temperature di esercizio in continuo.

Questo è reso possibile dalle cariche di rinforzo che possono essere contenute all’interno dei tecnopolimeri e grazie alle quali le proprietà dei materiali possono essere incrementate ulteriormente e specificamente al fine di migliorare una determinata prestazione.

Resistenza alle radiazioni

Anche per quanto riguarda il comportamento in ambienti in cui è presente un’esposizione a diversi tipi di radiazioni, i materiali plastici sono tra le soluzioni più impiegate dal settore aerospaziale.
Nelle coperture esterne di aerei o veicoli spaziali o ancora in alcuni componenti di satelliti sono impiegati polimeri ad alte prestazioni appunto perché presentano un’ottima capacità di resistenza alle radiazioni.

Resistenza chimica

I materiali plastici per l’industria di settore si caratterizzano per una buona resistenza chimica e alla corrosione, altro fattore importante che può essere modificato per esigenze specifiche con cariche e additivi.

Proprietà elettriche

L’isolamento elettrico è un’altro elemento che risulta fondamentale nei materiali usati per alcuni componenti, i materiali plastici di per sé hanno proprietà intrinseche di isolamento elettrico, per alcuni infatti, la resistenza che oppongono al flusso della corrente elettrica può arrivare ad essere totale.

Una sfida che le materie plastiche riescono a vincere è quella opposta: in campo elettrico un materiale termoplastico può subire delle modifiche per offrire proprietà elettriche diverse.
Nel caso dell’industria aerospaziale, infatti, le richieste per i componenti e i rivestimenti sono di essere conduttivo, antistatico o ancora statico dissipativo.

Proprietà di degassaggio

Gli ambienti in vuoto ultra alto sono una condizione frequente in alcuni settori industriali, primo fra tutti quello aerospaziale. I materiali plastici che vi vengono impiegati hanno la caratteristica di avere un basso degasaggio in vuoto e bassa contaminazione di impurità ioniche.
Dai materiali si esige infatti la massima purezza in maniera tale da avere maggiore stabilità quando si opera in alto vuoto.

Risparmio di peso

I requisiti del comparto aerospaziale, infine, richiedono probabilmente la sfida più grande per i materiali: possedere le caratteristiche sin qui descritte senza però avere una grossa incidenza sul peso. Per dirla in altre parole, in questo settore il peso è determinante.

Da questo punto di vista i materiali termoplastici vantano un risparmio di peso che può arrivare fino al 60% rispetto all’alluminio, per esempio, che assieme al titanio è un grande protagonista di questa realtà industriale.
Questo dato va considerato in virtù del fatto che ad un peso minore non corrisponde però una prestazione ridotta per quanto riguarda la resistenza meccanica. Ciò significa che la considerevole diminuzione del carico non inficia le capacità di resistere alle sollecitazioni.
Sempre rispetto all’alluminio e al titanio, le materie plastiche si dimostrano essere soluzioni decisamente più economiche oltre che adattabili e versatili.

In definitiva i materiali plastici soddisfano i requisiti dell’industria aerospaziale appieno e, dal momento che richiedono tempi di lavorazione considerevolmente ridotti se messi a confronto con quelli dei metalli, si prestano ad essere impiegati nei componenti richiesti dal settore con una frequenza sempre più alta.

Soluzioni diverse per arrivare in alto

Le soluzioni che offrono le materie plastiche all’industria del comparto aerospaziale sono diverse e potenzialmente sempre più numerose.

Sia che si parli di componenti finiti o semi-finiti o di semilavorati plastici, la domanda dal settore è alta e le termoplastiche ad alta prestazione sono tra i materiali più richiesti.
La possibilità di aggiungere ad un compound termoplastico additivi stabilizzanti o cariche specifiche è responsabile del successo di questi materiali, che possono quindi essere ottenuti dalla “ricetta” preparata sulla base dei requisiti.

Questi materiali plastici ad alte prestazioni sono utilizzati in diverse parti dei velivoli di recente e recentissima costruzione. Non parliamo solo delle applicazioni plastiche degli interni, la cui prerogativa è anche quella di corrispondere ad un certo senso estetico oltre che di essere idonea a quanto previsto in termini di resistenza all’infiammabilità, alla produzione di fumo e alla tossicità, ma anche di parti, componenti e rivestimenti di specifiche sezioni degli apparecchi di volo o satellitari.

Dagli elementi presenti nei sistemi dei carrelli di atterraggio degli aerei, ai rivestimenti delle cabine, alla componentistica dei satelliti con piattaforme, cavi e quanto necessario per esempio nei pannelli solari.

L’industria aerospaziale e l’ambiente

Le necessità del settore aerospaziale sono prima di tutto di natura tecnica legata alle prestazioni, come si è detto. Ma è opportuno ricordare che un altro fattore che gioca a favore dei materiali plastici in sostituzione ad altri è dettato dall’esigenza di sostenibilità.

L’impatto sull’ambiente di questo tipo di industria è alto, nel contesto dei velivoli il fattore carburante ha una grande responsabilità sull’impronta che lascia nell’ecosistema.

Per questa ragione, il peso diventa una delle proprietà di maggiore importanza per ridurre il carico di emissioni: in poche parole apparecchi più leggeri richiedono meno propellente e conseguentemente inquinano meno.
Le materie plastiche altamente performanti quindi trovano sempre maggior spazio nel settore dal momento che riducono sensibilmente, come visto, il peso rispetto ai metalli ma non compromettono nessuna delle loro proprietà, a partire da quelle di resistenza meccanica.