Caratterizzazione morfologica e dell’interfase di compositi con matrici nano rinforzate prodotti per RTM

    Progetto: Research project

    Dettagli progetto

    Description

    La partecipazione di questa unità si attua su diversi livelli, sia mediante indagini di carattere fondamentale sulla indentazione di materiali cedevoli che attraverso contributi di servizio interagendo con le altre UO per la messa a punto delle tecniche e delle strategie in cui si articola il progetto.Una prima attività di carattere fondamentale, a cui questa UO da tempo contribuisce, prevede lo studio della distribuzione delle proprietà meccaniche su scala nanometrica in prossimità del rinforzo nei materiali compositi prodotti nelle diverse condizioni prospettate dalle variabili operative. Tale distribuzione viene determinata mediante indentazione su scala nanometrica con risoluzioni che dipendono da variabili riconducibili al tipo di sensore, dalla geometria ma anche dalle caratteristiche topografiche della superficie queste ultime determinate mediante misure di rugosità con microscopia a forza atomica, AFM. In questo ambito due linee di ricerca si propongono di aggiornare lo stato dell’arte sulla nanoindentazione di materiali cedevoli.La prima si propone di confrontare i risultati di nanoindentazioni mediante AFM, con sensore intrinsecamente cedevole, rispetto a quelli ottenuti con i tipici indentatori cd DSI (Depth Sensing Instruments) con sensore rigido. I diversi limiti strumentali, il ruolo della geometria e dello stato della superficie sono le variabili su cui si pone la maggiore attenzione. La seconda linea, nuova per la tecnica di indentazione [1], si rivolge allo studio ed alla possibile risoluzione di problemi connessi con i limiti intrinseci degli strumenti DSI nei quali gli algoritmi di conduzione della prova, essendo orientati a materiali rigidi, non sono in grado di determinare con accuratezza le proprietà meccaniche di materiali cedevoli con moduli elastici tipici delle matrici utilizzate nei materiali compositi polimerici.E’ con tali approcci che ci si propone di affrontare lo studio del trasferimento del carico fibra matrice in cui le proprietà dell’interfaccia svolge un ruolo fondamentale nel determinare comportamenti connessi con la “durabilità” del materiale composito [2]. I risultati ottenuti per le proprietà all’interfaccia in funzione delle composizioni e delle condizioni di preparazione saranno utilizzati sia per una correlazione con prove “macroscopiche” di durabilità condotte dalle altre UO, sia per l’ottimizzazione dei molteplici parametri di processo che intervengono nella formulazione del materiale composito prodotto per RTM (Resin Transfer Moulding).Le altre attività svolte da questa UO si collocano in un ambito di servizi offerti alla comprensione dei meccanismi che sovrintendono ai diversi processi in cui si articola da un lato la formulazione della matrice, dall’altro all’ottimizzazione dei parametri operativi per la produzione del composito. In tale ambito si colloca l’attività di caratterizzazione morfologica condotta con tecniche avanzate di microscopia. IL SEM con emissione ad effetto di campo, FEG SEM, sarà ampiamente utilizzato per determinare la morfologia che si realizza allorché si verifica la separazione di fase tra fibre termoplastiche già disciolte nella resina e la reticolazione di quest’ultima, morfologia che è determinante ai fini delle proprietà dell’interfacciaInsieme alle tecniche di microscopia, l’uso alternativo dell’AFM come nanoindenter permetterà di determinare le condizioni ottimali per la dispersione del nanofiller nelle fibre fornendo alle altre UO le informazioni necessarie per identificare le strategie di ottimizzazione del processo di produzione delle fibre termoplastic

    Layman's description

    Con riferimento al diagramma di Gantt del progetto riportato nel modello A ad alle linee di ricerca cui questa UO partecipa, le attività da svolgere hanno carattere di servizio per quanto riguarda la caratterizzazione della morfologia sia delle fibre nano rinforzate che della resina a seguito della separazione di fase all’atto della reticolazione che, infine, del materiale composito. A questa linea si aggiunge uno studio di carattere fondamentale sulla possibilità di determinazione delle proprietà di interfaccia fibra matrice mediante tecniche di nanoindentazione la cui giustificazione è stata già descritta nella sezione 10. Nell’ambito delle tecniche di caratterizzazione della morfologia viene anche portato avanti uno studio sulla determinazione della dispersione del nanofiller mediante una mappatura di carattere statistico delle proprietà meccaniche locali determinate mediante nanoindentazioni condotte con microscopia AFM. La descrizione delle diverse attività è riportata nel seguito in modo analitico:Task 1A ed 1B: selezione del materiale termoplastico e del nanofillerIl contributo di questa UO su questo tema ha luogo nelle fasi di prescreening nella scelta dei materiali allo scopo di determinare la mutua compatibilità a seguito di miscelazione (linee 1C ed 1D del Gantt). Il lavoro condotto è del tutto simile rispetto a quello condotto nella fase di caratterizzazione, linea 1E.Deliverables:•Screening preliminare dei materiali•identificazione dei materiali che permettono di ottenere una buona dispersione•limitazione dei materiali candidati all’ utilizzo come carrier di nano rinforzoTask 1 E Caratterizzazione del Masterbatch e delle FibreVengono prodotti provini per frattura fragile di cui si esamina la morfologia con SEM FEG ed AFML’esame all’AFM viene condotto con tecniche di non contatto in regime attrattivo allo scopo di evidenziare non solo la diversa topografia ottenuta dal segnale di posizione perpendicolare alla superficie ma anche esaminando lo sfasamento tra il segnale di eccitazione della cantilever e quello ottenuto ai fotodiodi. Questa informazione permette di rivelare la differenza di energia assorbita dal substrato nel corso della scansione e fornisce spesso dettagli maggiori rispetto al segnale di posizione verticale. La risposta complessiva sarà anche determinata con misure dinamico meccaniche macroscopiche condotte con DMTA L’ottimizzazione delle condizioni sarà condotta sulla base delle recenti osservazioni riportate in [19].Deliverables:•identificazione delle condizioni di esame della morfologia con tecnica di non contatto•dipendenza delle proprietà dinamico meccaniche macroscopiche dalla composizione del masterbatch e delle fibre•identificazione delle condizioni di miscelazione e di stiro che ottimizzano la dispersione del nanofillerTask 1 F Ottimizzazione delle Fibre attraverso lo studio della dispersione del nanofillerIn questo caso l’AFM viene utilizzato come nanoindenter, registrando il carico applicato alla punta, attraverso la deflessione della cantilever, mentre la penetrazione è fornita dal moto relativo tra campione e punta. Questa viene quindi utilizzata in modalità non convenzionali come un indentatore invece di scansionare la superficie del campione. In tali condizioni si registra una curva di forza, ovvero un diagramma di carico applicato contro penetrazione, che può essere analizzato successivamente tramite modelli di contatto meccanico [18]. A questo scopo è necessario effettuare un’accurata calibrazione di tutti quei parametri necessari alla traduzione della deflessione della cantilever in una eff

    Key findings

    Nanotecnologie, materiale e produzione
    StatoAttivo
    Data di inizio/fine effettiva1/1/09 → …