Materiali leggeri magneto-sensibili basati su strutture polimeriche espanse e particelle con distribuzione spaziale controllata mediante campo magnetico

I materiali magneto-reologici e magneto-elastici rappresentano una specifica classe di materiali intelligenti che rispondono ad un campo magnetico esterno manifestando un rapido e reversibile cambiamento delle loro proprietà  visco-elastiche. Le proprietà  pi๠significative di questi materiali sono l'effetto magnetostrittivo e la variazione della rigidezza in seguito all'applicazione di un campo magnetico. In passato sono stati proposti diversi materiali magneto-reologici solidi, ma la loro elevata densità  richiedeva magnetici molto alti per distribuire le particelle in maniera ottimale e sfruttare la loro risposta magneto-elastica, riducendo in questo modo i loro potenziali campi di applicazione. La necessità  di ridurre sia il peso delle strutture sia l'intensità  dei campi utilizzati hanno creato una spinta verso lo sviluppo di materiali a bassa densità : i materiali porosi rappresentano una possibile soluzione a tali esigenze. I materiali espansi sono caratterizzati da una riduzione delle prestazioni meccaniche rispetto ai corrispettivi materiali compatti in proporzione all'aumento della porosità . Un modo per migliorarne le proprietà  meccaniche ਠdi rinforzali con fibre corte o additivi particellari. Inoltre, a differenza dei fluidi magneto-reologici, i solidi magneto-elastici possono essere facilmente modellati e caratterizzati da una fissata distribuzione spaziale delle particelle definita durante la formatura, ottimizzando la risposta in una direzione preferenziale. Partendo da queste considerazioni, sono stati sviluppati materiali magneto-elastici a bassa densità , costituiti da una matrice polimerica espansa al cui interno sono state disperse particelle magnetiche. Al fine di conferire e gestire le proprietà  meccaniche e magneto-elastiche dei materiali, ਠstato applicato un campo magnetico durante il processo di espansione in modo da controllare la distribuzione delle particelle in strutture a catena, allineate lungo le linee del campo magnetico. Tale configurazione ਠstata consolidata dopo la reticolazione del polimero. I campioni con particelle in strutture a catena hanno mostrato migliorate prestazioni meccaniche in termini sia di modulo di Young a compressione (lungo la direzione di allineamento) sia di modulo di taglio (nella direzione ortogonale a quella di allineamento) rispetto agli espansi puri e agli espansi con una distribuzione casuale delle particelle. Per tutti i sistemi ਠstato studiato il comportamento magneto-meccanico, manifestando una risposta magneto-elastica in termini di variazioni di forza anche utilizzando campi magnetici di intensità  moderata.