Attualmente le fibre di carbonio sono prodotte con materiali precursori fibrosi polimerici e il 95% delle fibre di carbonio presenti sul mercato mondiale si basa sul poliacrilonitrile (PAN) a base di petrolio.
Presso l’Istituto IAP di Potsdam si sono prodotti i precursori a partire da alcune materie prime rinnovabili. Mediante un nuovo forno che raggiunge temperature fino a 2900 ° C, è possibile produrre fibre di carbonio a base biologica, le cui proprietà corrispondono, in parte, a quelle delle tradizionali fibre di carbonio a base di PAN.
Fibre di carbonio a base biologica
La produzione di fibre di carbonio da precursori a base di materie prime rinnovabili come cellulosa, lignina o emicellulosa è stata finora possibile in linea di principio, ma alle normali temperature di pirolisi, fino a 1600 °C, le proprietà meccaniche, come rigidità e resistenza meccanica, sono limitate.
Quindi per produrre fibre di carbonio a base biologica, per applicazioni ad alte prestazioni, era necessario superare lo scarso rendimento del materiale. A seconda della materia prima biologica utilizzata, solo il 10-30% del peso del precursore si trasforma in fibra di carbonio. Il resto viene perso nella conversione sotto forma di sottoprodotti gassosi. La qualità fisica della fibra è determinata anche dal basso orientamento delle strutture di carbonio che si trovano lungo l’asse della fibra stessa.
Nell’Istituto IAP, i ricercatori hanno affrontato questi svantaggi cercando, con successo, di trovare soluzioni pratiche e accessibili economicamente con alcuni partner dell’industria.
La sfida più grande era quella di aumentare le proprietà meccaniche, in particolare la resistenza e la rigidità delle fibre di carbonio a base biologica.
Per questo hanno costruito un forno speciale ad altissima temperatura, in cui le fibre di carbonio a base biologica sono trattate termicamente per alcuni secondi a temperature comprese tra 2700 e 2900 °C. In questo intervallo di temperatura, le strutture di carbonio nella fibra possono essere disposte allungate in modo tale che siano orientate nella direzione dell’asse della fibra. Ciò rende le fibre molto più rigide. I ricercatori hanno ottenuto così le cosiddette High-Modulus-Fasern.
