I materiali polimerici sono sempre più utilizzati in settori che richiedono materiali ad alte prestazioni con diverse proprietà avanzate, come l'edilizia e i trasporti. Ciò è dovuto ai notevoli vantaggi offerti dai materiali polimerici, che ne hanno determinato l'introduzione in numerose applicazioni e la sostituzione di altre famiglie di materiali. Tra le altre caratteristiche, presentano le seguenti peculiarità: • Buone prestazioni: Materiale intrinsecamente resistente alla corrosione e altamente durevole, oltre che molto leggero e con un elevato rapporto resistenza/peso.
• Libertà di progettazione: consente forme complesse e una varietà di processi di produzione.
• Consente elevati volumi di produzione a basso costo.
Un altro settore in cui i materiali polimerici hanno un grande potenziale è quello delle telecomunicazioni, dove c'è bisogno di materiali con diverse modalità di interazione con le radiazioni elettromagnetiche, che vanno da materiali che non interagiscono affatto a quelli che agiscono da barriera.
In generale, i materiali polimerici tendono ad essere relativamente trasparenti alle radiazioni elettromagnetiche. Questo rappresenta un interessante punto di partenza per significativi progressi nell'ottenimento di materiali che non interagiscono con le radiazioni elettromagnetiche e che possono quindi fungere da materiali per i radome. Inoltre, con i materiali polimerici si può ottenere anche l'effetto opposto. I progressi nelle tecniche di sintesi, funzionalizzazione e drogaggio hanno permesso di sfruttare i vantaggi di questi materiali, fornendo al contempo la capacità di schermare le onde elettromagnetiche, fungendo quindi da materiali schermanti.
Cos'è la costante dielettrica e cos'è un materiale per radome?
La costante dielettrica è una grandezza fisica che quantifica la capacità di un materiale di immagazzinare carica elettrica. Pertanto, una costante dielettrica inferiore significa minore capacità di immagazzinamento di carica e minore schermatura elettromagnetica.
Il requisito principale affinché un materiale sia considerato adatto per un radome è che, pur essendo preferibilmente opaco alla luce visibile, sia trasparente alle onde elettromagnetiche. Per questo motivo, i radome sono realizzati con materiali dielettrici a bassissima perdita. In effetti, un materiale ideale per la funzionalità di un radome avrebbe una costante dielettrica pari a 1, praticamente equivalente a quella dell'aria. I materiali con costanti dielettriche più vicine a 1 sono generalmente i migliori per la progettazione di radome.
Che cos'è la schermatura elettromagnetica e che tipo di materiale schermante è?
La schermatura elettromagnetica (schermatura EMI) è la capacità di bloccare o minimizzare i campi elettromagnetici utilizzando barriere realizzate con materiale conduttivo o magnetico all'interno di uno spazio specifico. La schermatura può ridurre gli effetti indesiderati delle interferenze elettromagnetiche, come l'accoppiamento delle onde radio, i campi elettromagnetici e i campi elettrostatici. Le caratteristiche di uno schermo dipendono da diversi fattori, tra cui il materiale utilizzato, la geometria dello spazio, la frequenza del campo elettromagnetico e la presenza di aperture.
Un materiale schermante è un materiale che riduce la trasmissione delle onde elettromagnetiche agendo da barriera, impedendo a gran parte delle onde elettromagnetiche che lo colpiscono di attraversarlo. In primo luogo, l'onda viene parzialmente riflessa dalla superficie, e successivamente parte delle onde trasmesse (non riflesse) viene attenuata attraversando il materiale. Si distinguono quindi due effetti di perdita elettromagnetica: la riflessione e l'assorbimento. Pertanto, l'efficacia di schermatura di un materiale è pari alla somma di entrambi gli effetti e quantifica il campo elettromagnetico che viene impedito di attraversarlo.
Applicazioni di radome e materiali di schermatura.
La funzione sia del radome che dei materiali di schermatura è quella di proteggere le apparecchiature che racchiudono. Tuttavia, sebbene lo scopo sia lo stesso, i radome proteggono le apparecchiature da fattori fisici riducendo al minimo le interferenze con le interconnessioni elettromagnetiche, mentre la schermatura protegge le apparecchiature dalle interferenze elettromagnetiche generate da altre apparecchiature. L'
applicazione principale dei radome è la protezione delle antenne. L'uso di questi materiali contribuisce a ridurre il carico del vento sull'antenna e sulla sua struttura, previene l'accumulo di ghiaccio e mitiga altri effetti ambientali negativi. Esistono due tipi principali di protezione tramite radome. Un tipo è la copertura laterale, disponibile in diverse configurazioni (sferica, conica o piatta) e posizionata sulla struttura dell'antenna adiacente all'area o alle aree da proteggere, fornendo una schermatura laterale. L'altro tipo è il radome esterno, che non fa parte della struttura dell'antenna ma è una struttura separata che racchiude e ospita completamente l'antenna. Esistono casi di radome esterni in cui la struttura stessa dell'oggetto svolge anche questa funzione, come ad esempio la fusoliera di un aeromobile. I radome esterni sono i più comuni.
Inoltre, i materiali schermanti hanno una vasta gamma di applicazioni, fungendo da schermatura elettromagnetica. Vengono utilizzati, tra l'altro, nella strumentazione medica (macchine per risonanza magnetica), nelle sale o negli armadi per l'archiviazione di dati informatici, nei componenti elettronici o nei sensori sensibili al rumore elettromagnetico, nella protezione di trasformatori o alimentatori e nell'isolamento delle batterie dei veicoli elettrici. Quando è necessario isolare una sorgente di emissione o immunizzare uno spazio o un'apparecchiatura specifica, la soluzione più comune è installare pannelli o rivestimenti schermanti. In questo modo, è possibile coprire le pareti, il soffitto e il pavimento dello spazio in cui si trova l'apparecchiatura. Al contrario, per gli oggetti più piccoli, l'opzione migliore è quella di rivestire l'apparecchiatura/il componente con un involucro esterno.
Il ruolo dei materiali polimerici nell'evoluzione dei radome e delle schermature.
Grazie alla loro versatilità, alle diverse caratteristiche prestazionali, alla leggerezza e al basso costo, i materiali polimerici offrono un'alternativa altamente competitiva per un'ampia gamma di soluzioni di radome e schermatura, dove ogni specifica applicazione può trovare la sua soluzione ottimale.
Inoltre, gli sviluppi in questo campo stanno consentendo significativi progressi tecnologici. Da un lato, si stanno sviluppando materiali per radome basati su compositi a fibre continue, che consentono l'integrazione di antenne di diverso tipo. Ciò apre la strada allo sviluppo di nuovi prodotti, come arredi urbani o domestici, adattati alle attuali sfide dell'IoT (Internet of Things) e delle smart city. Dall'altro lato, si stanno sviluppando materiali di schermatura basati su polimeri termoplastici, polimeri termoindurenti e compositi a fibre continue. Questi materiali riducono il peso rispetto alle soluzioni basate su componenti metallici e raggiungono un'elevata efficacia nella schermatura elettromagnetica. Questi materiali hanno un potenziale particolare nelle applicazioni legate alla mobilità sostenibile.
Presso AIMPLAS, l'Istituto Tecnologico delle Materie Plastiche, sono in corso diversi progetti di ricerca e sviluppo relativi a questo tema. Uno di questi progetti è FLEXOTRONICA, finanziato dall'Istituto Valenciano per la Competitività Aziendale (IVACE), che ha sviluppato, tra le altre cose, diverse tipologie di materiali polimerici per la blindatura. Un altro progetto, anch'esso finanziato da IVACE, è EPLAST, che si è concentrato sullo sviluppo sia di blindature che di radome.
Autore: Blai López Rius, ricercatore in Costruzioni ed Energie Rinnovabili
