Presentazione di PowerPoint

6° Workshop Internazionale:
L’Integrazione di industria e finanza nelle nanotecnologie per i materiali polimerici
Milano, 21 Aprile 2009
NANOCOMPOSITI A BASE POLIMERICA:
POTENZIALITA’ APPLICATIVE
E OTTIMIZZAZIONE DI PROFILI DI PROPRIETA’
Theonis Riccò
Consorzio INSTM - UdR Brescia
Università degli Studi di Brescia, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
Laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Materiali
Il Consorzio INSTM
una realtà di successo
Il Consorzio INSTM, una nel panorama della
realtà
di successo nel ricerca
italiana e
internazionale
panorama della ricerca italiana e internazionale
Chi siamo?
INSTM è un Consorzio di 44 Università
italiane che riunisce tutti i gruppi in cui si fa ricerca sui materiali avanzati e sulle relative tecnologie. INSTM integra una “massa critica” di competenze in grado di affrontare progetti di ricerca innovativi. Gli obiettivi di INSTM
INSTM promuove e supportala partecipazione
delle università consorziate alle attività
scientifiche e di ricerca nel campo della scienza e
della tecnologia dei materiali.
INSTM supporta azioni di trasferimento tecnologico. INSTM supporta azioni di trasferimento tecnologico
INSTM favorisce l’avvicinamento della
INSTM favorisce l'avvicinamento della società alla scienza e alla tecnologia
dei materiali
società
alla scienza e tecnologia dei materiali e alle sue ricadute. INSTM sviluppa e valorizza il rapporto tra
mondo accademico e industriale
INSTM sviluppa e valorizza il rapporto tra mondo accademico e industriale. La ricerca INSTM: il futuro
5
Sezioni tematiche della rete scientifica di INSTM (dal 2009)
TT
Tecnologie di processo e sistemi di trasporto
Tecnologie e materiali per la salute e l'alimentazione
Tutela del patrimonio culturale
Materiali e sistemi intelligenti per la traduzione,
trasmissione e immagazzinamento delle informazioni
Materiali e sistemi intelligenti per la Tecnologie dei materiali per
il fabbisogno energetico e
traduzione, trasmissione ed dell’ambiente
immagazzinamento informazioni INSTM pensa alla ricerca…
13.5% gestione amministrativa
79.6% ricerca
6.9% FFO
20% gestione amministrativa
TOT entrate 18.275 k€
15.8% gestione amministrativa
78.5% ricerca
7.4% FFO
72.6% ricerca
5.7% FFO
TOT entrate 21.779 k€
TOT entrate 15.334 k€
I contratti industriali INSTM e le nanotecnologie applicate ai polimeri
Rete d’Eccellenza Europea
Coordination Action Project
Marie Curie Action
Collaborative Project
Nanostructured and functional polymer‐based materials and nanocomposites (Nanofun‐
poly) Polymer iniection advanced moulding (PIAM)
Biodegradable polymeric materials for health an environment (BIOMAHE) Technology for therapeutics and diagnosis of different types of cancer (NANOTHER)
Innovative switchable shading appliances based on nano materials
and hybrid electrochromic device configurations (INNOSHADE)
INSTM e le nanotecnologie applicate ai polimeri
Specific Targeted Research Project
Environmentally friendly multifunctional fire retardant polymer hybrids and nanocomposite (NANOFIRE) Nanocomposites with high colouration efficiency for electrochromic smart plastic devices (NANOEFFECTS) Integrated highly sensitive fluorescence‐
based biosensor for diagnosis applications (INDIGO) Intelligent nanocomposite for bone tissue repair and regeneration (NANOBIOCOM) INSTM e le nanotecnologie applicate ai polimeri
PRISMA
Materiali polimerici nanostrutturati con proprietà
elettriche e magnetiche avanzate per memorie
molecolari
Sviluppo ed applicazione di metodi multiscala per la
simulazione di nanoparticelle disperse in polimeri: dagli
elettroni alla reologia
Studio dell'orientamento e dei fenomeni di segregazione
indotti in matrici polimeriche ibride e in miscele polimeriche
elettrofilate
Elastomeri cristallini a base di poliolefine
INSTM e le nanotecnologie applicate ai polimeri
Key Project
Understanding ion pairs effects in olefins polymerization with a multiscale computational approach
Indagine computazionale che utilizza procedure ab‐initio ed atomistiche finalizzata allo studio del rilascio di farmaci incapsulati in membrane polimeriche biocompatibili per applicazioni mediche
Modeling di fasi cristalline e semicristalline di polimeri organici da principi primi
Contatti INSTM
Presidente
Dante Gatteschi
Dipartimento di Chimica, Università di Firenze
Via della Lastruccia, 3 50019 Sesto Fiorentino
Tel. +39 055 4573285 E‐mail: [email protected]
Direttore
Teodoro Valente
Dipartimento ICMMPM, Università di Roma La
Sapienza Via Eudossiana,18 00184 Roma
Tel: +39 06 6892568 E‐mail: [email protected]
Relazioni Esterne
Claudio Gilardelli
Consorzio INSTM, Via Giusti, 9 50121 Firenze
Tel. +39 055 2338723 E‐mail: [email protected]
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
INSTM - UdR Brescia
LABORATORIO
DI
SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Responsabile: Prof. T. Riccò
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale (DIMI)
Università di Brescia, Via Branze 38; 25123 BS
tel. 030 3715785, fax 030 3715783, [email protected]
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e industriale
Laboratorio di
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Partnerships and Memberships
Consorzio INSTM - UdR BS
ECNP - European Centre for Nanostructured Polymers (INSTM)
NIPLAB - Centro di riferimento INSTM
Laboratorio di Nanocompositi e Ibridi Polimerici
ESIS - European Society for Structural Integrity
Technical Committee 4: Polymers, Composites and Adhesives
CSMT (Brescia) - Centro Servizi Multisettoriale Tecnologico (Centro di Competenza Materie Plastiche)
UNIBS - Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale
LABORATORIO
di
SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Professori/Ricercatori:
Prof. Theonis Riccò
Prof. Fabio Bignotti
Prof. Maurizio Penco
Prof. Luciana Sartore
Dr. Ing. Francesco Baldi
Dr. Ing. Stefano Pandini
Dr. Ing. Giorgio Ramorino
Tecnici di laboratorio:
Sig.ra Gloria Peroni
Sig.ra Isabella Spagnoli
Dottorandi/Assegnisti:
Dr. Ing. Silvia Agnelli
Dr. Ing. Cristian Andreana
Dr. Ing. Marzia Barbaglio
Dr. Ing. Riccardo De Santis
Dr. Ing. Anika Franceschini
Dr. Ing. Luca Milani
Dr. Ing. Andrea Sassi
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E INDUSTRIALE
LABORATORIO DI SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
AREE DI RICERCA
SVILUPPO DI NUOVI MATERIALI POLIMERICI
MECCANICA DEI POLIMERI, COMPOSITI e NANOCOMPOSITI
REOLOGIA DEI POLIMERI E DI SISTEMI A BASE POLIMERICA
TECNOLOGIA DEI POLIMERI E PROGETTAZIONE CON LE
MATERIE PLASTICHE
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia
dei Materiali
1. SVILUPPO
di
NUOVI MATERIALI
POLIMERICI
FILONI DI RICERCA
i.
ii.
iii.
iv.
v.
nanocompositi, microcompositi
materiali modello
materiali per applicazioni sensoristiche
biomateriali, bioplastiche
miscele polimeriche
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia
dei Materiali
2. MECCANICA dei POLIMERI,
COMPOSITI e NANOCOMPOSITI
FILONI DI RICERCA
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
comportamento viscoelastico
comportamento dinamico e termico
processi di snervamento e frattura
meccanica della frattura
sviluppo di nuove metodologie di prova
meccanismi deformazionali
DIMI- Laboratorio di Scienza e Tecnologia
dei Materiali
3. REOLOGIA DEI
MATERIALI POLMERICI
FILONI DI RICERCA
1. reologia di sistemi nanocompositi
2. correlazioni proprietà-struttura
3. sviluppo di metodologie per la determinazione della viscosità
elongazionale
4. studio di fenomeni di instabilità del fuso (melt fracture)
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia
dei Materiali
4. TECNOLOGIA DEI POLIMERI
E
PROGETTAZIONE CON LE
MATERIE PLASTICHE
FILONI DI RICERCA
i. svilupo di criteri di progettazione
ii. riprogettazione di componenti
iii. messa a punto / ottimizzazione delle condizioni di
trasformazione
Università degli Studi di Brescia
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Materiali
I materiali polimerici nelle applicazioni:
caratteristiche e vantaggi
Materiali
Leggerezza
Processabilità (basse temperature di trasformazione)
Resistenza a corrosione
Ottimizzazione profili di proprietà (additivazione)
Manufatti
Progettazione funzionale
Potenzialità stilistiche
Manutenzione ridotta
Costi
Università degli Studi di Brescia
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Materiali
SVILUPPO DI NUOVI MATERIALI
PER MISCELAZIONE ALLO STATO FUSO (COMPOUNDING)
Additivi:
Agenti di rinforzo meccanico (fibre, cariche minerali, nanocariche, ecc.)
Agenti tenacizzanti (particelle di gomma, ecc)
Sostanze antifiamma (alogenati, nanocariche , ecc.)
Coadiuvanti di processo,
Agenti stabilizzanti (antiossidanti, anti-UV)
Agenti ad effetto barriera
Agenti antistatici
Flessibilità e ottimizzazione delle proprietà
PROPRIETA’ TAYLORED
POLIMERI NANOSTRUTTURATI / NANOCOMPOSITI POLIMERICI
Università degli Studi di Brescia
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Materiali
INSTM - UdR Brescia
Sistemi nanocompositi poliammide-6 / fillosilicato
COMPORTAMENTO A FATICA
Collaborazioni: Radici Novacips SpA (BG), Rifra srl (BS)
Finanziamenti: Fondo Regionale Metadistretti
Composizione del materiale
Matrice: Poliammide-6
Nanocarica: 5 % silicato lamellare (organicamente modificato)
Prove cicliche su provini pre-intagliati (prove di mecanica della frattura)
Monitoraggio della propagazione della frattura
S. Pandini, F. Baldi, F. Bignotti, T. Ricco,
Proc. 5th Int. Conf. on Fracture of Polymers, Composites and Adhesives, 7-11 September2008, Les Diablerets Switzerland
+
20nm
20nm
ΔK I,appl = Y ⋅ Δσappl ⋅ a
0.5
-0.5
PA6
Log da/dN (mm/cycle)
0.0
ΔKI,appl = 5.0 MPa·m-1/2
-1.0
-1.5
: PA6
: PA6+DELLITE
: PA6+NANOMER
-2.0
5mm
-2.5
0.7
0.8
PA6 + CARICA
INTERCALATA
Log Δ KI,appl (MPa m
0.9
1.0
-1/2
)
5mm
PA6 + CARICA
ESFOLIATA
0.6
5mm
Università degli Studi di Brescia
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Materiali
INSTM - UdR Brescia
Sistemi nanocompositi poliammide-6 / fillosilicato
COMPORTAMENTO REOLOGICO
Collaborazioni: Radici Novacips SpA (BG), Rifra Srl (BS)
Finanziamenti: Fondo Regionale Metadistretti
Composizione del materiale
Matrice: Poliammide-6
Nanocarica: 5 % silicato lamellare (organicamente modificato)
Prove reologiche con reometro capillare
F. Baldi, A. Franceschini, F. Bignotti, G. Tieghi, T. Ricco; Rheologica Acta (2009) 48, 73-88
PA6 non caricata (alto M n )
Viscosità di taglio
(stato stazionario)
5 wt.% org.-MM
10 wt.% org.-MM
3.25
Log(ηsh) [Pa·s]
3
2.75
2.5
2.25
2
T=250°C
1.75
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
· [1/s]
Log(γ)
3.25
3.5
3.75
4
PA6 non caricata (alto M n )
Viscosità elongazionale
5 wt.% org.-MM
10 wt.% org.-MM
Log(ηel) [Pa·s]
5.25
4.75
4.25
3.75
3.25
εaccum. = 5.4
n
data fitted according to ηel = k ⋅ ε&
0.5
1
1.5
T=250°C
2
· [1/s]
Log(ε)
2.5
3
Università degli Studi di Brescia
DIMI - Laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Materialii
INSTM - UdR Brescia
Nanocompositi a base elastomerica
Collaborazioni: Pirelli Pneumatici, Università di Halle (G), Università di Kaiserslautern (G)
Finanziamenti: Convenzione Pirelli-INSTM, Fondazione Cariplo
Studio del comportamento dinamico
Studio della resistenza a frattura
Materiali studiati
Sistemi gomma naturale / argilla (silicati lamellari)
Sistemi gomma HNBR / silice nanometrica
Sistemi gomma HNBR / nanotubi di carbonio
G. Ramorino, F. Bignotti, L. Conzatti, T. Ricco; Polymer Engineering and Science, 47 (2007)1650-1657
G. Ramorino, F, Bignotti, S. Pandini, T. Ricco; Composites Science and Technology (in press)
SVILUPPO DI SISTEMI ELASTOMERICI PER IMPIEGHI
NEL SETTORE PNEUMATICI
1. Caratterizzazione delle proprietà meccanico-dinamiche
BATTISTRADA
IL TRIANGOLO “MAGICO”
MESCOLA
INNOVAZIONI
SISTEMI ELASTOMERICI NANOSTRUTTURATI
clay content
clay content
NR + MMT
NR + MMT
CARATTERIZZAZIONE DI SISTEMI ELASTOMERICI
PER IMPIEGHI NEL SETTORE PNEUMATICI
2. Messa a punto di metodologie sperimentali per la
determinazione della resistenza a frattura
RESISTENZA ALLA FRATTURA
RESISTENZA ALL’INNESCO
24
HNBR
HNBR + silica
HNBR + MWCNT
HNBR
HNBR + 10 phr silica
0.8
J [kJ/m2]
2
JIC [kJ/m ]
1.2
RESISTENZA ALLA PROPAGAZIONE STABILE
HNBR + 30 phr silica
18
HNBR + 10 phr MWCNT
HNBR + 30 phr MWCNT
12
0.4
6
0
0
10
20
Filler content (phr)
30
0
0
3
6
CTOD [mm]
9
12
grazie per l’attenzione