{"id":23177,"date":"2024-05-07T03:39:28","date_gmt":"2024-05-07T01:39:28","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/05\/07\/compositi-e-industria-nautica-un-binomio-di-successo\/"},"modified":"2024-05-07T03:39:28","modified_gmt":"2024-05-07T01:39:28","slug":"compositi-e-industria-nautica-un-binomio-di-successo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/05\/07\/compositi-e-industria-nautica-un-binomio-di-successo\/","title":{"rendered":"Compositi e industria nautica: un binomio di successo"},"content":{"rendered":"
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Dal 1970, la costruzione delle imbarcazioni da diporto ha visto il crescente impiego di materiali plastici rinforzati, a scapito di metalli e legno, sempre pi\u00f9 relegati ad una produzione di nicchia (nel caso del legno). L\u2019utilizzo dei compositi polimerici \u00e8 divenuto sempre maggiore, grazie ad una serie di vantaggi tecnico-economici fra cui l\u2019elevata resistenza specifica, ovvero la capacit\u00e0 di presentare buone caratteristiche meccaniche mantenendo un peso del manufatto ridotto.<\/strong><\/p>\n

di Simonetta Pegorari<\/p>\n

I compositi FRP <\/strong>(Fiber-Reinforced Plastic), sono materiali di grande interesse per l\u2019industria nautica e navale, grazie alle doti<\/strong> di leggerezza, resistenza meccanica e resistenza alla corrosione<\/strong>. Tuttavia, presentano alcuni svantaggi <\/strong>legati all\u2019impatto ambientale, in quanto (ancora) non soddisfano i requisiti\u00a0 relativi al riuso e riciclaggio. Inoltre, la maggior parte dei polimeri e dei rinforzi utilizzati nella loro produzione provengono da fonti non rinnovabili o richiedono un dispendio energetico molto significativo. Il FRP \u00e8 costituito da fibre tagliate o tessute e da una matrice di resine termoindurenti, solitamente poliestere, vinilestere, epossidiche.<\/p>\n

Le tecnologie utilizzate<\/strong> dai cantieri nautici per la produzione in FRP si possono suddividere in due macro settori: a stampo aperto e a stampo chiuso. Nel primo troviamo hand lay up mentre infusione, Rtm, Vartm, appartengono alla seconda categoria.<\/p>\n

L\u2019infusione<\/strong> \u00e8 <\/em>un processo di stampaggio per semilavorati in PRFV, mediante il quale l\u2019impregnazione del rinforzo fibroso avviene a stampo chiusoattraverso la differenza di pressione che si viene a creare fra il laminato e il contenitore della resina.<\/p>\n

Le materie prime <\/strong>sono: le matrici, i rinforzi, i materiali d\u2019anima e ovviamente le resine poliestere (orto ftaliche, isoftaliche, vinilestere) e le resine poliestere a basso contenuto o a bassa emissione di stirene. In alternativa al poliestere si utilizzano le resine epossidiche.Sono polimeri termoindurenti.<\/p>\n

Cresce continuamente l\u2019impegno, in tutti i settori della nautica, verso soluzioni sempre pi\u00f9 ecocompatibili <\/strong>nel rispetto dell\u2019ambiente marino. Le aree di ricerca per una barca ecologicamente compatibile sono molte, sia per l\u2019ottimizzazione dei processi tecnologici e dei materiali sia dal punto di vista della propulsione con la messa a punto di sistemi propulsivi elettrici e diesel-elettrici con caratteristiche di silenziosit\u00e0 e di bassa emissione, che permettono di navigare in zone protette o di rispettare la tranquillit\u00e0 in zone di ormeggio, in porto e in rada.<\/p>\n

Tuttavia, l\u2019adozione del FRP nel diporto nautico, ha creato, specialmente in riferimento all\u2019impatto ambientale che le lavorazioni in oggetto determinano, dei notevoli problemi<\/strong>.<\/p>\n

Sono anni che si \u00e8 posto il problema del riciclo della vetroresina<\/strong> e in generale dei materiali compositi, anche se un notevole sforzo \u00e8 stato fatto a livello internazionale per trovare soluzioni economicamente sostenibili, allo stato dell\u2019arte ci sono diverse tecniche di riciclo ma nessuna davvero soddisfacente.<\/p>\n

E\u2019 importante sottolineare che la frontiera della sostenibilit\u00e0 ecologica non \u00e8 pi\u00f9 vista solo dal punto di vista dell\u2019impiego di materie prime che siano degradabili o facilmente smaltibili a fine vita, ma anche implementando sistemi efficienti ed a basso impatto energetico. Occorre ricordare che la riciclabilit\u00e0<\/strong> \u00e8 un concetto importante dell\u2019eco-compatibilit\u00e0 e che permette di utilizzare materiali di per s\u00e9 non eco, ma facilmente separabili tra loro<\/p>\n

A questo scopo, a livello internazionale sono state una serie di disposizioni legislative sempre pi\u00f9 stringenti, volte a regolamentare e controllare le attivit\u00e0 industriali coinvolte nel processo di immissione in ambiente di composti aeriformi nocivi.<\/p>\n

Materiali sostenibili<\/h2>\n

Nel mondo della nautica e della costruzione navale si stanno esplorando materiali e processi pi\u00f9 sostenibili e soluzioni di fine vita<\/strong> (EOL) per le imbarcazioni.<\/p>\n

Un esempio \u00e8 il maggiore utilizzo di materiali a base biologica, come la resina epossidica per infusione a base biologica <\/strong>GreenPoxy\u00ae 33 di Sicomin scelta da SPLEENE Kiteboarding per le nuove tavole Eco Line RIP 39. Dopo 2 anni di ricerca, sono stati rivisti tutti gli aspetti della costruzione della tavola: fibra di lino multiassiale per il rinforzo, un\u2019anima in legno fresato a CNC e le sezioni in bamb\u00f9, sono stati stampati in pressa a caldo e grazie alla resina bio GreenPoxy 33 \u00e8 stato prodotto il kiteboard pi\u00f9 sostenibile al mondo.<\/p>\n

Sostituito alle resine tradizionali, GreenPoxy 33 consente ai produttori di adottare rapidamente processi pi\u00f9 ecologici, consentendo prestazioni ecocompatibili senza compromessi sulla qualit\u00e0.<\/p>\n

Un\u2019altra innovazione relativa ai materiali incentrata sulla sostenibilit\u00e0 sono i materiali compositi self-healing (auto-riparanti)<\/strong>. Le strutture composite costruite utilizzando i preimpregnati HealTech\"\u2122\" di CompPair Technologies (Renens, Svizzera) hanno la capacit\u00e0 di auto ripararsi, ovvero le parti in composito che hanno subito danni alla matrice possono essere riparate in sede in un paio di minuti grazie alla tecnologia di CompPair che si basa su materiali preimpregnati \u201cintelligenti\u201d progettati con una resina brevettata che consente, riscaldando a 100-150\u00b0C l\u2019area danneggiata, la riparazione di crepe e delaminazione di una parte in composito in pochi minuti.<\/p>\n

Oltre a materiali di produzione pi\u00f9 sostenibili, si sta lavorando anche per fornire soluzioni di riciclaggio per i componenti marini al termine del loro ciclo di vita e per rendere questi componenti pi\u00f9 riciclabili. Il riciclaggio dei compositi \u00e8 un\u2019operazione complessa, che generalmente comporta la rottura meccanica di un\u2019intera parte (tramite fresatura, triturazione o altro processo) per il riutilizzo, o qualche tipo di metodo chimico o termico per separare la resina originale e i materiali in fibra da riciclare. Per facilitare e supportare il riciclaggio, si stanno anche iniziando a sviluppare e adottare nuove resine che possano essere pi\u00f9 facilmente separate dalle fibre alla fine della vita di una parte. Molto utilizzata \u00e8 la resina termoplastica liquida Elium di Arkema (Francia).<\/p>\n

E\u2019 importante sottolineare che la frontiera della sostenibilit\u00e0 ecologica non \u00e8 pi\u00f9 vista solo dal punto di vista dell\u2019impiego di materie prime che siano degradabili o facilmente smaltibili a fine vita, ma anche implementando sistemi efficienti ed a basso impatto energetico. Occorre ricordare che la riciclabilit\u00e0 \u00e8 un concetto importante dell\u2019eco-compatibilit\u00e0 e che permette di utilizzare materiali di per s\u00e9 non eco, ma facilmente separabili tra loro. A questo scopo, a livello internazionale sono state una serie di disposizioni legislative sempre pi\u00f9 stringenti, volte a regolamentare e controllare le attivit\u00e0 industriali coinvolte nel processo di immissione in ambiente di composti aeriformi nocivi.<\/p>\n

Energia pulita<\/h2>\n

Per raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni in tutto il mondo, i governi e le industrie sono alla ricerca di soluzioni pi\u00f9 rinnovabili e pulite. Nel settore nautico, le barche elettriche sono gi\u00e0 popolari come alternativa ai combustibili tradizionali, ma stanno emergendo anche celle a combustibile a idrogeno e altre soluzioni energetiche pi\u00f9 pulite.<\/p>\n

Riciclare i compositi per nautica<\/h2>\n

Sono anni che si \u00e8 posto il problema molto complesso del riciclaggio della vetroresina e in generale dei materiali compositi e anche se un notevole sforzo \u00e8 gi\u00e0 stato fatto a livello internazionale per trovare soluzioni economicamente sostenibili, allo stato dell\u2019arte ci sono diverse tecniche di riciclo ma nessuna davvero soddisfacente.<\/p>\n

Specificatamente, nel settore navale, per motivi di costo, le operazioni di smantellamento delle navi a fine vita sono eseguite in modi molto discutibili e non regolati, in paesi dove il costo della mano d\u2019opera \u00e8 bassissimo e i controlli quasi inesistenti. a basso o bassissimo costo.<\/p>\n

Resta ancora molto da fare e da validare in tema di impianti di trattamento per il recupero\/riciclo di GFRP al fine di ottenere processi tecnologicamente fattibili ed economicamente profittevoli a livello industriale. Inoltre, l\u2019attuazione di un qualsiasi processo di recupero\/riciclo del GFRP non pu\u00f2 prescindere dall\u2019effettuazione, a monte, di attivit\u00e0 di demolizione, smantellamento e disassemblaggio dei prodotti a fine vita contenenti FRP.<\/p>\n

Queste fasi non sono meno delicate, n\u00e9 meno incisive economicamente, sulla fattibilit\u00e0 dell\u2019intero processo circolare, di quanto non lo siano le precedentemente descritte fasi di trattamento volte al recupero\/riciclo delle FRP In particolare, i compositi FRP sono prevalentemente utilizzati in manufatti complessi e di grandi dimensioni, basti pensare al suo impiego nel settore nautico, per la realizzazione di imbarcazioni e yacht. L\u2019economicit\u00e0 del riciclo passa dunque anche attraverso un ripensamento del processo di design, finalizzato al design di nuovi prodotti, che tengano conto del loro disassemblaggio a fine vita, ed una riorganizzazione delle operazioni di demolizione, che sfruttino la robotizzazione per ridurre gli interventi di personale non qualificato in lavorazioni, quali il taglio dello scafo, sia impegnative in termini di risorse umane, che rischiose per gli addetti sotto il profilo della sicurezza.<\/p>\n

L\u2019industria nautica, con particolare riferimento al diporto, per molti anni ha utilizzato in maniera diciamo \u201cnaif\u201d questa categoria di materiali, senza rincorrere troppo la ricerca di un laminato ottimizzato e \u2013 soprattutto \u2013 realizzato con tecnologie di produzione che non fossero esclusivamente la laminazione manuale o lo spray-up, \u00e8 anche vero che \u00e8 proprio in questo settore che nell\u2019ultimo ventennio si \u00e8 registrato uno dei maggiori passi avanti verso un miglioramento tecnico e produttivo del manufatto.<\/p>\n

Si pensi che sino alla met\u00e0 degli anni \u201990, il processo dell\u2019infusione sotto vuoto era ancora lontanissimo dal rappresentare quello che oggi \u00e8 per un buon numero di cantieri nautici.<\/p>\n

Di fatto, oggigiorno anche i cantieri che non realizzano carene hi-tech, sono informati sulle pi\u00f9 moderne tecniche di stampaggio. Moltissimi, infatti, sono i vantaggi che derivano da tali processi. Per citarne solo uno, si pensi all\u2019abbattimento drastico delle porosit\u00e0 e delle inclusioni gassose presenti in laminati ottenuti per hand-lay up o per spray up con il conseguente aumento del coefficiente di impregnazione e relative resistenze specifiche. Grazie alle tecnologie sottovuoto, si \u00e8 potuta finalmente superare una delle grandi limitazioni legate alla produzione previa stampo aperto dei materiali compositi. Laminazione manuale e spray-up, infatti, provocano nell\u2019ambiente la liberazione di notevoli quantit\u00e0 di elementi volatili organici nocivi. Con l\u2019ausilio di RTM ed infusione, si \u00e8 potuto abbattere del 90% questa problematica. La ricerca continua a studiare possibili composti di origine completamente naturale, ma che siano comunque conformi alle caratteristiche meccaniche richieste.<\/p>\n

Biocompositi e il loro utilizzo nella costruzione nautica<\/h2>\n

Con l\u2019aumentare dei problemi legati all\u2019inquinamento e la ricerca di nuove fonti di energia rinnovabile, \u00e8 sempre maggiore l\u2019interesse nei prodotti naturali che non danneggiano l\u2019ambiente. Nel campo specifico dei compositi, la ricerca si sta concentrando soprattutto sui biocompositi che utilizzano fibre e resine di origine naturale.<\/p>\n

Sono chiamati biocompositi quei tipi di FRP materiali fibrorinforzati, che derivano completamente o parzialmente dalle piante. l\u2019interesse per questi prodotti \u00e8 sempre cresciuto e in qualche casi si \u00e8 arrivati all\u2019utilizzo industriale di biocompositi. Le fibre naturali corte e la polvere di legno sono usate come filler nella costruzione nautica (coperte in materiale termoplastico). Le fibre vegetali lunghe che si ottengono da lino, canapa, bamb\u00f9, iuta, sono utilizzate come rinforzo strutturale per sostituire la fibra di vetro.<\/p>\n

Per produrre bio-fibre \u00e8 necessaria una agricoltura \u201cdi ricerca\u201d che vede l\u2019applicazione di tecniche particolari di coltivazione che includono speciali tipi di fertilizzanti e di antiparassitari e naturalmente una tecnologia di preparazione particolarmente avanzata. Infatti, dopo la raccolta, la pectina che tiene insieme le fibre deve essere eliminata e successivamente le fibre selezionate per lo specifico utilizzo. Solo le fibre lunghe possono essere impiegate nella produzione di tessuti tecnici, le loro propriet\u00e0 sono ottimizzate da successivi trattamenti come bollitura, candeggiatura e altri trattamenti.<\/p>\n

Queste fibre, sono innocue per l\u2019uomo se inalate, non sono abrasive e naturalmente sono biodegradabili. C\u2019\u00e8 purtroppo un aspetto negativo: le fibre sono idrofile quindi devono essere correttamente protette altrimenti assorbono l\u2019umidit\u00e0 con le conseguenze negative facilmente immaginabili.<\/p>\n

E le resine?<\/h2>\n

E\u2019 evidente che, perch\u00e9 un composito sia veramente biodegradabile, \u00e8 necessario che anche la resina e non solo il materiale di rinforzo lo sia. Sono in produzione resine furaniche che derivano dalla biomassa di scarto prodotta dagli zuccherifici. La resina cos\u00ec prodotta, rinforzata con fibre naturali permette di ottenere un composito totalmente derivato dalla natura. Queste resine termoindurenti possono essere rinforzate anche con i rinforzi tradizionali come vetro o carbonio e usate per tutte le tecniche costruttive. Si stanno attualmente utilizzando i compositi totalmente biodegradabili nella produzione di parti non strutturali sia per l\u2019industria automobilistica sia per l\u2019industria nautica. Fra i loro vantaggi ricordiamo l\u2019assenza di VOC (prodotti volatili organici), ridotto uso di petrolio e naturalmente la totale rinnovabilit\u00e0 delle sorgenti.\u00a0Le propriet\u00e0 fisiche di questi compositi sono praticamente le stesse di quelli tradizionali compresa una notevole resistenza alla corrosione.<\/p>\n

Possibilit\u00e0 di impiego<\/h2>\n

Le propriet\u00e0 meccaniche dei biocompositi sono paragonabili a quelle dei compositi rinforzati con fibra di vetro. I problemi maggiore da risolvere sono l\u2019idrofilia di questi materiali, che ne limita molto l\u2019utilizzo, e la quantit\u00e0 di fibre prodotta. Per contro,\u00a0 le attuali direttive europee sullo smaltimento dei materiali inquinanti rendono questo settore molto interessante e sicuramente meritevole di ulteriori ricerche.<\/p>\n

Tendenze: CFRP, barche foiling, stampa 3D<\/h2>\n

Nel complesso, l\u2019uso di polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) continua ad aumentare nel settore nautico, spinto dalle richieste dei proprietari di imbarcazioni e degli operatori per velocit\u00e0 e prestazioni pi\u00f9 elevate, cercando al tempo stesso di ridurre il consumo di carburante e l\u2019impatto ambientale. Sulla scia delle barche di Coppa America, l\u2019uso dei foil si sta diffondendo sempre pi\u00f9 nel settore diporto, a motore e a vela. I foil sollevano lo scafo fuori dall\u2019acqua facendolo \u201cvolare\u201d. Simili ai profili alari di un aereo i foil generano portanza in modo che quando la barca guadagna velocit\u00e0 (nella maggior parte delle applicazioni, 15-18 nodi) il suo scafo si solleva dall\u2019acqua. Le lamine vengono generalmente retratte a velocit\u00e0 inferiori e sono azionate dall\u2019elettronica.<\/p>\n

Anche la produzione additiva (AM) sia per gli utensili che per i componenti effettivi delle imbarcazioni di uso finale \u00e8 un\u2019area che ha visto molto sviluppo negli ultimi anni. Nel settembre 2021, Caracol (Lomazzo, Italia), specialista della produzione additiva (AM) su larga scala, ha presentato Beluga, un prototipo di barca a vela stampato in 3D prodotto in un unico pezzo utilizzando polipropilene riciclato (PP) e il 30% di fibra di vetro corta. Beluga \u00e8 il prodotto di un progetto di ricerca congiunto tra Caracol e NextChem (Roma, Italia), una societ\u00e0 di energia verde che produce materiali plastici riciclati MyReplast.<\/p>\n

Compositi e costruzione navale<\/h2>\n

L\u2019adozione dei compositi nelle grandi navi \u00e8 stata pi\u00f9 lenta, ma \u00e8 altrettanto degna di nota. Dal 2020, un consorzio europeo, FIBRESHIP, per le applicazioni leggere in mare, ha fatto grandi passi avanti in questo settore con una serie di progetti dimostrativi come ponti in composito, timoni, scafi, cabine modulari e sovrastrutture, riparazioni di toppe su giunti saldati in acciaio e composito-acciaio. Tre tipi di navi (container, RoPax e FRV) sono state progettate con successo in FRP con significative riduzioni di peso. Inoltre, sono stati sviluppati nuovi criteri strutturali e di prestazione antincendio, nonch\u00e9 note guida sul progetto per le navi costruite con materiali FRP.<\/p>\n

L\u2019obiettivo principale del progetto FIBRESHIP \u00e8 creare un nuovo mercato europeo per costruire navi complete di grande lunghezza in FRP che ne consentano l\u2019applicazione su vasta scala. Per raggiungere questo obiettivo, il progetto svilupper\u00e0, identificher\u00e0 e qualificher\u00e0 i materiali FRP per diverse applicazioni, in particolare per la resistenza strutturale a lungo termine e la resistenza al fuoco. Oltre a ci\u00f2, la sua massiccia applicazione richiede anche l\u2019elaborazione di procedure di progettazione innovative e linee guida supportate da nuovi strumenti di analisi software validati. Metodologie di produzione efficienti standardizzate verranno implementate e dimostrate.<\/p>\n

La valutazione delle prestazioni del ciclo di vita delle soluzioni FIBRESHIP insieme allo sviluppo di metodologie di ispezione non distruttiva per i pannelli FRP<\/p>\n

L\u2019uso di materiali FRP nelle navi di grande lunghezza implicher\u00e0 una significativa riduzione del peso (circa il 30%) e un impatto rilevante sul risparmio di carburante, sulla stabilit\u00e0 della nave, sull\u2019impatto ambientale (riduzione delle emissioni di gas serra e del rumore sottomarino) e sull\u2019aumento della capacit\u00e0 di carico. D\u2019altro canto, i materiali FRP sono immuni alla corrosione e hanno prestazioni migliori sotto carichi di fatica, il che significa migliori prestazioni di durata e costi di manutenzione ridotti.<\/p>\n

L\u2019impatto a medio termine \u00e8 stimato in circa il 5% del mercato totale della costruzione navale in Europa (fatturato di circa 2,0 miliardi di euro) e si prevede un impatto a lungo termine fino a 54.000 nuovi posti di lavoro diretti. Inoltre, si stima che le compagnie di navigazione europee potrebbero detrarre fino a 1 miliardo di euro all\u2019anno con l\u2019adozione della proposta tecnologia di costruzione navale FRP.<\/p>\n<\/div>\n

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Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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