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PROPRIETÀ VISCOELASTICHE E MORFOLOGIA DI NANOCOMPOSITI A BASE DI RESINE EPOSSIDICHE E NANOTUBI IN CARBONIO A PARETE MULTIPLA PER APPLICAZIONI STRUTTURALI

Nell’ambito delle matrici polimeriche utilizzate per i materiali nanocompositi, oltre a matrici termoplastiche, si sono studiate recentemente anche matrici epossidiche per applicazioni strutturali in campo aeronautico e aerospaziale ([1] Godara A, Mezzo L, Luizi F, Warrier A, Lomov S V, van Vuure A W, Gorbatikh L, Moldenaers P, Verpoest I (2009), ‘ Influence of carbon nanotube reinforcement on the processing and the mechanical behaviour of carbon fiber/epoxy composites’, Carbon, 47, 2914-2923. [2] Song Y S and Youn J R (2005), ‘Influence of dispersion states of carbon nanotubes on physical properties of epoxy nanocomposites’, Carbon, 43, 1378-1385. [3] M. R. Nobile, M. Raimondo, K. Lafdi, A. Fierro, S. Rosolia, and L. Guadagno, “Relationships Between Nanofiller Morphology and Viscoelastic Properties in CNF/Epoxy Resins”, Polymer Composites, 36, 1152 (2015)).Nel presente progetto di ricerca si realizzeranno nanocompositi a base di resine epossidiche e nanotubi in carbonio a parete multipla (MWCNT). La matrice epossidica che verrà utilizzata è la tetraglicidilmetilendianilanilina (TGMDA), estensivamente usata in compositi avanzati per applicazioni aerospaziali per le sue eccellenti proprietà meccaniche e l’alta temperatura di transizione vetrosa. L’elevata viscosità che la caratterizza, tuttavia, non consente una buona dispersione dei nanotubi in carbonio. Allo scopo di abbassare la viscosità della resina, all’iniziale precursore epossidico, TGMDA, verrà aggiunto un monomero epossidico che agisce da diluente reattivo e da flessibilizzante, l’1,4 butandiolglicidiletere (BDE). I nanotubi al carbonio che verranno usati sono nanotubi a parete multipla, MWCNTs 3100 Grade, ottenuti attraverso un processo di deposizione catalitica del vapore di carbonio (CCVD), forniti dalla Nanocyl S.A. Verranno utilizzati anche nanotubi funzionalizzati. I nanocompositi verranno preparati aggiungendo alla matrice epossidica i nanotubi in carbonio a parete multipla con percentuali dello 0.1, 0.15, 0.25, 0.50 e 0.70 % in peso. Le misure reologiche verranno effettuate in corrente di azoto mediante il reometro rotazionale Physica MCR 301 (Anton Paar) con geometria piatto-piatto (diametro = 50 mm, gap = 1 mm) sul precursore TGMDA, sulla miscela TGMDA/BDE, sul sistema che include anche l’agente reticolante, il 4,4’- diamminodifenil sulfone (DDS) e su tutti i nanocompositi allo stato liquido, cioè prima dell’effettuazione del processo di cura dei campioni stessi. Saranno eseguite misure in regime oscillatorio al variare dell’ampiezza della deformazione, alla frequenza di 1 rad/s, per la determinazione del limite di viscoelasticità lineare. Verranno, quindi, effettuate misure al variare della frequenza a diverse temperature nell’ambito della viscoelasticità lineare. Le resine epossidiche, come la gran parte delle resine termoindurenti, sono materiali molto fragili. Al fine di migliorare la tenacità della resina epossidica, in una seconda fase del progetto di ricerca, la matrice epossidica verrà, quindi, modificata con l’inserimento di un agente tenacizzante che si separa durante il processo di cura e che produce una morfologia multifase. In particolare, il precursore epossidico tetrafunzionale verrà modificato mediante l’impiego di una gomma liquida reattiva, il carboxyl-terminated butadiene acrylonitrile, noto anche come CTBN, e fornito dalla Hycar-Reactive Liquid Polymers. Come catalizzatore, per favorire la reazione tra gli anelli epossidici del precursore e i gruppi carbossilici della gomma, verrà impiegata la trifenil fosfina. Verranno quindi incorporati i MWCNT nella matrice epossidica tenacizzata e verrà studiato il comportamento viscoelastico di tali nanocompositi mediante il reometro rotazionale, analogamente a quanto descritto precedentemente. Infine, i nanocompositi saranno sottoposti al processo di cura e le proprietà dinamico meccaniche dei campioni solidi verranno misurate mediante il DMA 2980 (TA instrument) al variare della temperatura tra -60°C e 300°C.