Ali di aeroplano, pale di turbine eoliche, e altre parti di grandi dimensioni vengono generalmente create utilizzando la polimerizzazione in massa negli impianti di produzione di compositi. Vengono riscaldati e stagionati in enormi autoclavi e stampi riscaldati grandi quanto il pezzo finito. La polimerizzazione frontale è un nuovo metodo fuori dall'autoclave per la produzione di compositi che non richiede grandi investimenti in strutture. I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno condotto uno studio mettendo un processo contro l'altro per scoprire i pro ei contro di ciascuno.

"La polimerizzazione frontale non utilizza affatto un'autoclave, quindi non richiede quell'enorme investimento iniziale, " ha affermato il professor Philippe Geubelle di Bliss nel dipartimento di ingegneria aerospaziale presso l'Università di I. "È una reazione chimica sostenuta dal rilascio di calore mentre il fronte si propaga. Può risparmiare molta energia e genera molta meno anidride carbonica, quindi questo è un vantaggio ambientale."

Geubelle ha affermato di aver iniziato a confrontare i due metodi osservando le equazioni termochimiche per modellare i due processi di polimerizzazione. In quel modo, potrebbero confrontare i metodi per una varietà di materiali compositi, e in particolare, il tempo impiegato da ciascun metodo per produrre la stessa parte.

"Il contributo chiave dal punto di vista teorico è che abbiamo riscritto le equazioni reazione-diffusione per estrarre i due parametri adimensionali più importanti, " ha detto Geubelle. "Utilizzare solo questi due parametri ci ha permesso di guardare una vasta gamma di parametri chimici, come l'energia di attivazione e il calore di reazione, e all'impatto della temperatura iniziale della resina."

Geubelle ha affermato che questo metodo ha aiutato a confrontare i processi di produzione dei compositi basati sulla polimerizzazione in massa e frontale in termini di tempo necessario per produrre una parte. Lo studio ha scoperto che c'erano casi in cui l'uno o l'altro era più veloce.

"Immagina di voler realizzare qualcosa lungo un metro. La polimerizzazione frontale sarà in grado di completare il compito prima che inizi la polimerizzazione in massa, " disse Geubelle. " D'altra parte, se vuoi fare qualcosa di 10 metri di lunghezza, quindi la polimerizzazione in massa può effettivamente avvenire prima che il fronte raggiunga l'altra estremità della parte. È la competizione tra questi due processi che abbiamo analizzato in questo studio".

Ha continuato dicendo che ci sono diversi modi per accelerare il processo di polimerizzazione frontale:avviare il fronte da entrambe le estremità in modo che vada due volte più veloce, oppure riscaldarlo dal basso utilizzando un pannello riscaldato sottostante. "Quel processo è così veloce, lo chiamiamo polimerizzazione flash, "Geubelle ha detto, "ma consuma più energia che per un singolo fronte".

La produzione di parti in composito utilizzando la polimerizzazione frontale invece della polimerizzazione in massa presenta molti vantaggi.

"Con la polimerizzazione frontale, non hai bisogno del grande investimento di capitale dell'autoclave, rendendolo un'opzione molto attraente, " Ha detto Geubelle. "Anche il tempo necessario per polimerizzare una parte in composito è molto più breve e l'impatto ambientale è sostanzialmente ridotto".

Lo studio, "Polimerizzazione frontale e in massa di compositi a matrice polimerica rinforzati con fibre, " è stato scritto da S. Vyas, X. Zhang, E. Goli, e P.H. Geubelle. È pubblicato in Scienza e tecnologia dei compositi .