Experimental characterization of mechanical properties of thermal insulation materials in cryogenic and vacuum conditions

La transizione energetica verso l'idrogeno richiede sistemi di stoccaggio criogenico capaci di contenere idrogeno liquido (LH₂) a –253 °C con perdite minime. Nei serbatoi criogenici e nei pannelli isolanti sotto vuoto (VIP), lo spazio isolante è riempito con materiali in polvere — microsfere di vetro, perlite filtrata, crioperlite e silice fumed — il cui comportamento meccanico in condizioni operative è poco caratterizzato, rappresentando un gap critico per la progettazione di serbatoi di grande scala. Questo lavoro caratterizza sperimentalmente il comportamento a compressione dei quattro materiali in condizioni atmosferiche, sotto vuoto e criogeniche, tramite compressione uniassiale con cicli di carico-scarico fino a circa 0,45 MPa. I dati sono analizzati con le equazioni di Heckel e Kawakita, estese a materiali altamente porosi (porosità >90%, densità 0,05–0,16 g/cm³) oltre i loro range tradizionali. L'equazione di Kawakita risulta più adatta, con R² >0,94 nella maggior parte dei casi. Heckel mostra applicabilità limitata e viene mantenuta come strumento comparativo. La silice fumed è la più comprimibile in tutte le condizioni, con deformazioni fino all'82% in criogenico e pressioni di snervamento di circa 0,09–0,15 MPa. Perlite filtrata e crioperlite mostrano resistenza intermedia (Py ≈ 0,32–0,48 MPa); la crioperlite presenta in criogenico un comportamento anomalo interpretabile come collasso catastrofico della struttura porosa seguito da ricompattazione. Le microsfere di vetro mostrano il comportamento più rigido, con deformazioni ridotte e assenza di consolidamento permanente. La silice fumed risulta il materiale a maggior rischio nei VIP, dove la comprimibilità del core è critica per mantenere vuoto interno e stabilità dimensionale. Lo studio fornisce una base quantitativa per la progettazione di serbatoi LH₂ e la selezione di materiali isolanti per applicazioni criogeniche avanzate. Sonnet 4.6