RICERCA ITALIANA     

Miglioramento delle caratteristiche meccaniche mediante nanomodificazione della matrice in compositi a fibra lunga per applicazioni strutturali (NanoCompStrut )

Università degli Studi di Padova

Abstract

La ricerca ha lo scopo di valutare i miglioramenti delle proprietà meccaniche e strutturali di laminati compositi a fibra lunga ottenibili mediante la dispersione di silicati lamellari (nanoclays) nella matrice polimerica. Le proprietà strutturali dei laminati finali saranno caratterizzate in termini di parametri di interesse progettuale, quali:
- Proprietà interlaminari, resistenza e tenacità a frattura sotto sollecitazioni statiche e cicliche.
- Resistenza a sollecitazioni statiche e di fatica assiali e flessionali.
- Resistenza a carichi di impatto a bassa velocità e comportamento ad alta velocità di deformazione
- Resistenza residua e tolleranza al danneggiamento post-fatica e post-impatto.

Per limitare il campo di scelta a materiali di immediato interesse industriale e nel contempo limitare i costi globali del programma, si prevede di svolgere l’attività di ricerca su laminati a matrice epossidica modificata con nanoclays e rinforzata con fibre lunghe di vetro.

L'attività di ricerca si svilupperà, in estrema sintesi, secondo le seguenti fasi principali:
- Analisi preliminare per l’individuazione delle combinazioni e formulazioni ottimali resina-nanocarica nonchè dell'ottimizzazione dei metodi di dispersione per massimizzare i benefici derivanti dalla nanomodificazione e la successiva realizzazione dei campioni di laminato da sottoporre a sperimentazione.
- Esecuzione di prove sperimentali >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Marino Quaresimin Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo principale del progetto proposto è la valutazione della trasferibilità a compositi laminati trifasici (resina, nanocariche, fibre di rinforzo) dei benefici derivanti dalla nanomodificazione di resine epossidiche mediante dispersione di silicati lamellari.
Come ulteriore obiettivo primario, il progetto si propone di investigare in maniera approfondita e ad ampio spettro, il comportamento di questa nuova classe di materiali con riferimento alle proprietà strutturali di interesse progettuale, in particolare a lungo termine (tenacità a frattura, resistenza statica ed a fatica sia assiale che a flessione, resistenza a carichi di impatto e ad alta velocità di deformazione, resistenza post-impatto, tolleranza al danneggiamento).
Infine, il progetto prevede lo sviluppo di modelli comportamentali basati su un approccio multi-scala in grado di descrivere e prevedere gli effetti della nanomodificazione sulle proprietà finali del materiale composito nanorinforzato.
L’aumento delle conoscenze in merito agli aspetti citati rappresenta sicuramente un primo, indispensabile passo per il trasferimento tecnologico verso applicazioni industriali con specifici requisiti strutturali. La letteratura tecnica a questo proposito è infatti estremamente carente quando non completamente assente.

In estrema sintesi gli obiettivi specifici del programma di ricerca possono essere riassunti come segue:
- estesa attività sperimentale finalizzata alla >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi della ricerca possono essere riassunti come segue:
I. Valutazione della trasferibilità a compositi laminati trifasici (resina, nanocariche, fibre di rinforzo) dei benefici derivanti dalla nanomodificazione di resine epossidiche mediante silicati lamellari e quantificazione degli incrementi prestazionali ottenibili.
II. Ampia e completa banca dati sulle caratteristiche di resistenza meccanica, statica e a lungo termine, di laminati in composito a matrice nanomodificata per un loro possibile utilizzo in applicazioni ingegneristiche strutturali. In particolare saranno disponibili sulle seguenti proprietà: resistenza statica ed a fatica assiale e flessionale, tenacità a frattura, resistenza alla delaminazione, resistenza a carichi impulsivi, assorbimento energetico, resistenza post-impatto, tolleranza al danneggiamento.
III. Individuazione, quantificazione e documentazione dell'influenza dei principali parametri morfologici e di processo (contenuto di nanorinforzo, livello di esfoliazione/dispersione) sulle proprietà strutturali di laminati in composito nanomodificati.
IV. Individuazione e documentazione dei meccanismi di danneggiamento e tenacizzazione in funzione delle diverse modalità di sollecitazione considerate e delle modalità di interazione e adesione resina-fibra-nanocarica.
V. Modelli comportamentali multi-scala di validità generale in grado di descrivere gli effetti della nanomodificazione della matrice sulle >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I nanocompositi a matrice polimerica costituiscono una nuova classe di materiali nei quali la resina viene caricata con particelle disperse (nanocariche) in cui almeno una delle dimensioni è dell’ordine di grandezza del nanometro, al fine di ottenere il miglioramento di diverse proprietà di tipo meccanico, termico, elettrico, di resistenza al fuoco, etc [1,2].
Tra i possibili tipi di nanocompositi, una classe particolarmente promettente per applicazioni industriali, in conseguenza del basso costo e della ampia disponibilità del materiale alla base delle nanocariche utilizzate, è quella rinforzata con nanoclay (silicati lamellari) [3-5]. La nanocarica è in questo caso di tipo bidimensionale, con solo una delle dimensioni (lo spessore) dell’ordine del nanometro, mentre il rapporto tra lunghezza/larghezza e spessore della lamella è tipicamente dell’ordine di 100 od oltre.
La semplice dispersione di particelle microscopiche (tattoidi) di silicato nella matrice, essendo caratterizzata dall’assenza di interazioni con le catene polimeriche della resina, non produce in genere modificazioni sostanziali nelle proprietà di base del materiale [6]; al contrario la promozione di interazioni attive di interfaccia tra silicati di scala nanometrica e catene polimeriche (conseguibile massimizzando la superficie di interfaccia tra nanoparticelle e resina) genera notevoli incrementi di prestazioni in proprietà di tipo termico, meccanico, elettrico e chimico del materiale.
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