Caratterizzazione ed ottimizzazione di elastomeri termoplastici a base di polipropilene e gomma Epdm
Autore
Jerico Biagiotti - Università degli Studi di Perugia - [1998-99]
Documenti
Abstract
Lo scopo principale del presente lavoro era quello di stabilire un punto di partenza nello studio degli elastomeri termoplastici basati su miscele di polipropilene e gomma terpolimero etilene-propilene-diene. A questo proposito, sono state inizialmente ricercate le migliori condizioni di lavorazione delle miscele (temperatura, tempo, velocità di miscelazione, etc.), facendo uso di un background di tipo reologico.
Necessario ad una comprensione dello sviluppo morfologico-strutturale dei materiali in analisi, le precedenti indagini sono state seguite dallo studio dei fenomeni di cristallizzazione per mezzo delle analisi calorimetrica, mediante calorimetria a scansione differenziale (DSC), e morfologica, con l'aiuto della microscopia ottica. In questo modo, si aspirava alla conoscenza degli effetti dell’incorporazione dell’elastomero sulla cinetica di cristallizzazione del polipropilene isotattico, in condizioni isoterme e dinamiche.
Una volta ottimizzato il processo di miscelazione, è stato studiato l’effetto della composizione della miscela sulle sue proprietà. Si è effettuato lo studio morfologico delle miscele tramite la microscopia a scansione elettronica (SEM) per superfici con rottura di tipo fragile, con la pretesa di relazionare la morfologia delle miscele con le loro proprietà. Tramite l’analisi dinamico-meccanica, ad esempio, possono essere ricavate moltissime informazioni sulle miscele come ad esempio:
Temperatura di transizione vetrosa, Tg. Questa, unita alla temperatura di fusione, Tm, predeterminata nello studio calorimetrico, condizionerà il range di temperature di utilizzo del componente finale.
Compatibilità dei polimeri costituenti la miscela.
Morfologia delle fasi.
Informazioni sull’interazione tra le differenti fasi.
Per completare l’esaustiva caratterizzazione fisico-meccanica dei TEOs analizzati, sono state, in aggiunta, esaminate le loro proprietà in trazione, flessione ed impatto. Come già detto in precedenza, una delle principali giustificazioni dell’applicazione degli elastomeri termoplastici poliolefinici può essere trovata nella maggiore flessibilità e nel migliore comportamento alle basse temperature di questo tipo di sistemi. Come potremo vedere nel Capitolo 7 sulle proprietà meccaniche, l’EPDM agisce come modificatore di impatto per il PP, migliorando in maniera notevole la flessibilità e le sue proprietà alle basse temperature.
Lo studio della degradazione termica per mezzo di un’analisi termogravimetrica (TGA), ha preso in esame l’effetto della composizione della miscela sulla sua stabilità termica. Tramite test isotermi e dinamici, in atmosfera di puro azoto, è stato effettuato un approfondimento sulla cinetica di degradazione dei TEOs. Mediante una tecnica estrapolativa, è stato possibile predire i tempi di degradazione dei nostri materiali, a temperature inferiori a quelle di fusione degli stessi. Questi valori sarebbero stati di impossibile valutazione, da un punto di vista pratico, a causa dei lunghissimi tempi di prova necessari.
E’ interessante verificare l’effetto della fibra sulle diverse proprietà dei TEOs fino ad ora esaminati, sia da un punto di vista innovativo che commerciale. Innovativo, perchè esistono in letteratura pochi lavori su questa tipologia di materiali compositi, che presentino cioè elastomeri termoplastici in funzione di matrice. Commerciale, per la palese attenzione delle industrie automobilistiche nei riguardi di questi materiali. Sono, quindi, stati preparati ed analizzati compositi ternari basati sui TEOs precedentemente studiati come matrice e differenti tipi di fibre: due organiche (fibre di Kevlar e di polietilene tereftalato riciclato (recycled PET)), una inorganica (fibra di vetro) ed una vegetale (fibra di Sisal).
Per aprire, in ultimo, una finestra sul più riscontrabile futuro di questi materiali, si è effettuato uno studio su uno dei processi più importanti per questo tipo di sistemi: la vulcanizzazione dinamica. Questo termine, è comunemente usato per descrivere il processo di reticolazione della fase elastomerica durante la sua miscelazione con il materiale termoplastico, ed i materiali così realizzati prendono il nome di elastomeri termoplastici vulcanizzati (TPVs). Mediante questo processo, l’elastomero forma piccole particelle reticolate sotto forma di goccioline disperse nella matrice termoplastica. Numerosi sono stati i lavori pubblicati su questo tipo di processo. Tuttavia, esistono ancora alcuni aspetti ancora poco chiari come, ad esempio, il procedimento di preparazione delle miscele o la morfologia finale delle stesse. Nel presente lavoro, sono stati esaminati diversi metodi di preparazione per gli elastomeri termoplastici vulcanizzati, valutando, tramite lo studio delle diverse proprietà, quale tra questi risulti il più conveniente.
Necessario ad una comprensione dello sviluppo morfologico-strutturale dei materiali in analisi, le precedenti indagini sono state seguite dallo studio dei fenomeni di cristallizzazione per mezzo delle analisi calorimetrica, mediante calorimetria a scansione differenziale (DSC), e morfologica, con l'aiuto della microscopia ottica. In questo modo, si aspirava alla conoscenza degli effetti dell’incorporazione dell’elastomero sulla cinetica di cristallizzazione del polipropilene isotattico, in condizioni isoterme e dinamiche.
Una volta ottimizzato il processo di miscelazione, è stato studiato l’effetto della composizione della miscela sulle sue proprietà. Si è effettuato lo studio morfologico delle miscele tramite la microscopia a scansione elettronica (SEM) per superfici con rottura di tipo fragile, con la pretesa di relazionare la morfologia delle miscele con le loro proprietà. Tramite l’analisi dinamico-meccanica, ad esempio, possono essere ricavate moltissime informazioni sulle miscele come ad esempio:
Temperatura di transizione vetrosa, Tg. Questa, unita alla temperatura di fusione, Tm, predeterminata nello studio calorimetrico, condizionerà il range di temperature di utilizzo del componente finale.
Compatibilità dei polimeri costituenti la miscela.
Morfologia delle fasi.
Informazioni sull’interazione tra le differenti fasi.
Per completare l’esaustiva caratterizzazione fisico-meccanica dei TEOs analizzati, sono state, in aggiunta, esaminate le loro proprietà in trazione, flessione ed impatto. Come già detto in precedenza, una delle principali giustificazioni dell’applicazione degli elastomeri termoplastici poliolefinici può essere trovata nella maggiore flessibilità e nel migliore comportamento alle basse temperature di questo tipo di sistemi. Come potremo vedere nel Capitolo 7 sulle proprietà meccaniche, l’EPDM agisce come modificatore di impatto per il PP, migliorando in maniera notevole la flessibilità e le sue proprietà alle basse temperature.
Lo studio della degradazione termica per mezzo di un’analisi termogravimetrica (TGA), ha preso in esame l’effetto della composizione della miscela sulla sua stabilità termica. Tramite test isotermi e dinamici, in atmosfera di puro azoto, è stato effettuato un approfondimento sulla cinetica di degradazione dei TEOs. Mediante una tecnica estrapolativa, è stato possibile predire i tempi di degradazione dei nostri materiali, a temperature inferiori a quelle di fusione degli stessi. Questi valori sarebbero stati di impossibile valutazione, da un punto di vista pratico, a causa dei lunghissimi tempi di prova necessari.
E’ interessante verificare l’effetto della fibra sulle diverse proprietà dei TEOs fino ad ora esaminati, sia da un punto di vista innovativo che commerciale. Innovativo, perchè esistono in letteratura pochi lavori su questa tipologia di materiali compositi, che presentino cioè elastomeri termoplastici in funzione di matrice. Commerciale, per la palese attenzione delle industrie automobilistiche nei riguardi di questi materiali. Sono, quindi, stati preparati ed analizzati compositi ternari basati sui TEOs precedentemente studiati come matrice e differenti tipi di fibre: due organiche (fibre di Kevlar e di polietilene tereftalato riciclato (recycled PET)), una inorganica (fibra di vetro) ed una vegetale (fibra di Sisal).
Per aprire, in ultimo, una finestra sul più riscontrabile futuro di questi materiali, si è effettuato uno studio su uno dei processi più importanti per questo tipo di sistemi: la vulcanizzazione dinamica. Questo termine, è comunemente usato per descrivere il processo di reticolazione della fase elastomerica durante la sua miscelazione con il materiale termoplastico, ed i materiali così realizzati prendono il nome di elastomeri termoplastici vulcanizzati (TPVs). Mediante questo processo, l’elastomero forma piccole particelle reticolate sotto forma di goccioline disperse nella matrice termoplastica. Numerosi sono stati i lavori pubblicati su questo tipo di processo. Tuttavia, esistono ancora alcuni aspetti ancora poco chiari come, ad esempio, il procedimento di preparazione delle miscele o la morfologia finale delle stesse. Nel presente lavoro, sono stati esaminati diversi metodi di preparazione per gli elastomeri termoplastici vulcanizzati, valutando, tramite lo studio delle diverse proprietà, quale tra questi risulti il più conveniente.
Questa tesi è correlata alla categoria
segnala questa pagina ::.