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PRODUZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI FIBRE NANOCOMPOSITE POLIMERICHE PER IL RINFORZO DI CONGLOMERATI CEMENTIZI

Nella ricerca proposta saranno investigate le proprietà di malte rinforzate con fibre polimeriche nanocomposite. Lo studio sarà articolato nelle seguenti fasi:produzione e caratterizzazione di un sistema nanocomposito a matrice polimericaproduzione e caratterizzazione di fibre nanocompositeproduzione e caratterizzazione di campioni di malte fibrorinforzate.Il sistema nanocomposito polimerico sarà prodotto incorporando in una matrice polimerica, mediante “melt compounding” in estrusore bivite, una montmorillonite organicamente modificata (organoclay). La matrice sarà rappresentata da una poliolefina (polipropilene o polietilene). Le percentuali in peso di organoclay saranno stabilite a valle della valutazione del processo di compounding e potranno oscillare tra il 5 ed il 10%. La scelta della matrice poliolefinica è basata essenzialmente sul fatto che tali polimeri sono ampiamente utilizzati nel campo del rinforzo di materiali cementizi. Analogamente la carica nanometrica (ovvero la parte organica della montmorillonite modificata) sarà individuata tra quelle maggiormente compatibili con i polimeri poliolefinici. Durante tale fase sarà necessario ottimizzare il processo di compounding per ottenere la completa esfoliazione del silicato lamellare. A tale scopo l’uso di una macchina bivite è di fondamentale importanza in quanto assicura gli sforzi di taglio necessari per disperdere la carica nel polimero fuso e per ottenere la morfologia esfoliata da cui dipendono i noti effetti positivi sulle proprietà del composito. A tal proposito, la caratterizzazione reologica delle miscele prodotte consentirà di stabilire l’effettiva realizzazione della struttura esfoliata.Successivamente, nella seconda fase dello studio, il sistema nanocomposito (prodotto sotto forma di granuli) sarà utilizzato per la realizzazione di fibre. In particolare si procederà alla estrusione di un monofilamento mediante un impianto monovite da laboratorio. Anche per questa attività si procederà alla analisi del processo e delle migliori condizioni di lavorazione per ottenere un processo stabile al fine di realizzare fibre con diametro regolare e dell’ordine del centinaio di micron. Le fibre prodotte (sia da polimero puro che in nanocomposito) saranno successivamente sottoposte a caratterizzazione per determinarne le proprietà fisiche e morfologiche.Le fibre prodotte saranno quindi incorporate in una matrice costituita da una malta cementizia per produrre campioni contenenti sia le fibre nanocomposite che quelle in polimero puro. Tali campioni conterranno quantitativi di fibre tipicamente utilizzati per il rinforzo delle malte e che oscillano tra lo 0.1 e lo 0.5 % in volume. La malta sarà confezionata in accordo con le prescrizioni della UNI EN 196-1. Nella caratterizzazione dei campioni fibrorinforzati sarà considerata con particolare attenzione l’aspetto relativo alla interazione matrice-fibra. A tal fine saranno condotte, oltre alle normali analisi sperimentali volte a definire le prestazioni meccaniche dei campioni, anche prove di pull-out. In particolare, le proprietà meccaniche saranno valutate attraverso prove di flessione e compressione a 28 giorni, in accordo con la norma UNI EN 196-1. Il legame fibra/matrice sarà investigato mediante test di pull-out diretto di una singola fibra dalla matrice. Per valutare l’effetto delle fibre sulla durabilità dei campioni sanno valutate le proprietà di trasporto e la resistenza alla carbonatazione.