Tecnologie dei nanocompositi a matrice polimerica

Nanocomposites are a relatively new class of materials with unique properties typically not shared by conventional microcomposites. The dispersion of nanometric organic or ingorganic particles in polymer matrix, may cause an increase in performances of composite materials and give new functional properties. The interest in polymer nanocomposites depends on the potential applications of these materials. Dealing with flexible or rigid films, packaging is a potential application because of the material transparency and the oxygen-barrier properties. In the present work, dynamic mechanical properties of polyester–montmorillonite nanocomposite thick films, prepared by the in situ intercalative polymerization method, were evaluated in a tensile mode. A fast fabrication procedure was chosen according to industrial applications and tensile DMA results permitted to study the interaction between nanofiller and matrix. Surface coatings are used in different engineering applications, from scratch-resisting coatings to thermal barriers. Nanocomposites have the potential for being high-performance coatings. As surface damage and interfacial failure may affect the final coating performances, the reliable characterisation of the coated film strength is critical. Recent scientific contributions mainly deal with the nanoindentation of nanocomposite coatings or bulk materials. In this work the use of instrumented macro-indentation is suggested for mechanical characterization of polyester–montmorillonite nanocomposite coatings deposited on aluminium and high-density polyethylene substrates by the spin coating method. Macro-indentation is less sensitive to material non-homogeneities and provides reliable information about the coating strength. Moreover, the sample preparation is less critical than for nanoindentation. In the appendix a particular instance of the use of macroindentation test is reported, instrumented macroindentation test was used to measure the effect of the local filler content in polymer functional graded materials . After the study of nanocomposite coatings and films, the study of bulk nunocomposites was performed to investigate the material beahviour. In fact, bulk samples exhibit different properties than coatings, moreover the study of bulk materials is easier and allow to deepen several scientific aspects. The combination of functional nanoparticles and foaming technology has generated a new class of lightweight, high strength, and multifunctional materials: the nanocomposite foams. Nowadays, the challenge is to find new fast and cheap production processes that are able to provide complex nanocomposite structures on a large scale. A new foaming technology called ‘solid-state foaming’ has recently been developed to foam thermosetting materials without using any external agent. This new technology is very easy and special equipments are not necessary. In the present work, this method was used for fabricating nanocomposite foams. Nowadays, the development of advanced materials for tribological purposes is becoming a pressing demand of manufacturing industries. Polymer-based composites have the capability of operating for a long time without lubrication in conditions of cryogenic and elevated temperatures. Components, such as gears and cams are typically produced by injection molding of thermoplastic matrix composites. In fact, the ease and economics of manufacturing complex parts by injection molding are well recognized, but the effect of the injection molding process on the bulk properties of nanocomposites is still under investigation. In this study, the author evaluated the tribological and mechanical behavior of neat and nanofilled functional polymers (PA6, PA66 and POM) produced by injectiono moulding.

I nanocompositi sono una nuova classe di materiali che mostrano proprietà uniche tipicamente non condivise dai materiali convenzionali. La dispersione di particelle nanometriche, organiche o inorganiche, all’interno di una matrice polimerica può determinare l’incremento delle proprietà del composito e nel contempo può donare nuove proprietà funzionali. Il grosso interesse rivolto verso i nanocompositi dipende dalle potenzialità che tali materiali mostrano e dalle possibili applicazioni che essi possono trovare. Film rigidi o flessibili in nanocomposito, troverebbero applicazione nel packaging, vista la tendenza a conservare la trasparenza della matrice e le proprietà di impermeabilità all’ossigeno che l’utilizzo di nanocariche può determinare. Nel presente lavoro è stata messa a punto una rapida procedura di fabbricazione di film spessi in nanocomposito poliestere-montmorillonite per consentirne un’applicazione industriale. Le proprietà dinamo-meccaniche dei film sono state valutate tramite test al DMA, svolti nella particolare configurazione di trazione. I risultati ottenuti da tale prova hanno consentito di studiare la complessità dell’interazione tra nanocariche e matrice. I coatings sono spesso utili per diverse applicazioni ingegneristiche, da coating resistenti al graffio a coating che fungono da barriera termica. Poiché danni superficiali o all’interfaccia con il subtrato, possono influenzare le prestazioni finali, è importante adottare una buona tecnica di caratterizzazione per i coating. Le più recenti pubblicazioni scientifiche, a tal proposito, parlano di nanoindentazione di coating o bulk in nanocomposito. In questo lavoro viene utilizzata la tecnica di macro-indentazione strumentata per la caratterizzazione meccanica di coating, in nanocomposito poliestere-montmorillonite, depositati per spin coating su substrati in alluminio e polietilene ad alta densità. La macro-indentazione è meno sensibile alle intrinseche inomogeneità dei nanocompositi è da utili informazioni circa la resistenza dei coating. In più, in questo caso, la preparazione del campione può essere meno accurata rispetto al caso della nanoindentazione. Nell’appendice, è riportato un esempio di applicazione di macroindentazione per la caratterizzazione meccanica di materiale polimerico. In particolare il test consentiva di valutare l’effetto del contenuto locale di rinforzo in materiali polimerici caricati a gradiente. Dopo lo studio di film e coating in nanocomposito, è stato studiato il comportamento di nanocompositi nella forma di bulk. Provini bulk possono mostrare diverse proprietà rispetto ad i coating, in più, lo studio del comportamento del materiale di campioni bulk risulta più semplice e consente di approfondire alcuni aspetti. La combinazione di nanoparticelle e di una nuova tecnologia di schiumatura ha generato una nuova classe di materiali leggeri, ad alta resistenza e multifunzionali: le schiume in nanocomposito. Attualmente, risulta di grossa utilità trovare nuove, veloci ed economiche tecnologie che consentano di realizzare nanocompositi su larga scala. E’ stata sviluppata una nuova tecnologia di schiumatura per materiali termoindurenti che non richiede l’utilizzo di agenti esterni e che è stata chiamata di schiumatura allo stato solido. L’utilizzo di questa nuova tecnologia è stata utilizzata per la realizzazione di schiume nanocaricate. Lo sviluppo di materiali polimerici per applicazioni strutturali o tribolgiche, sta divenendo una domanda sempre più pressante. I compositi a matrice polimerica hanno le potenzialità per essere utilizzati per questo tipo di applicazioni; componenti in polimero, come camme, alberi e ruote dentate, sono tipicamente realizzati mediante la tecnologia dello stampaggio ad iniezione. Ciò è dovuto alla semplicità ed al basso costo di tale tecnologia che consente la realizzazione di componenti anche a geometria complessa. Tuttavia l’effetto del processo di stampaggio ad iniezione sulle proprietà di bulk di nanocompositi polimerici è ancora oggetto di studio. Nel presente lavoro, sono state studiate le proprietà tribologiche e meccaniche di di nanocompositi a matrice polimerica (PA6, PA66 and POM) , prodotti per stampaggio ad iniezione.