Tecnica non distruttiva per la valutazione dei livelli di dispersione dei nanotubi di carbonio nei compositi a matrice polimerica

A wide use of advanced carbon nanotube polymer composites can be boosted by new non-destructive evaluation (NDE) techniques that can test the quality of the products to ensure that their specifications are met. It is well known in literature that the parameter that far more than others can affect the enhancing capabilities of the carbon nanotubes is their dispersion. Here we have presented a novel NDE technique based on infrared thermography able to evaluate the dispersion of the added nanoparticles in polymer nanocomposites. The NDE technique was used to compare pairs of samples whose difference is represented only by the level of dispersion. It was found a significant difference in the thermal response to heat transfer transients. Thus, the thermal response of a nanocomposite allows one to identify consistently good levels of dispersion with respect to lower levels of dispersion. A reference product, which has the expected dispersion level and achieves the desired design performance, can be used to test the thermal behaviour of other products coming out of the production process and those with poor dispersion can be identified. The physical phenomena that can explain the effects of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) dispersion on the thermal response of the nanocomposites to the heat transfer transients were also identified.

È noto in letteratura che il parametro che molto più di altri può influenzare il potenziale incremento delle proprietà dei compositi a matrice polimerica dovuto alla presenza dei CNTs è la dispersione. Tutte le proprietà fisiche dei compositi polimerici a base di CNTs dipendono fortemente dal loro livello di dispersione nella matrice: una distribuzione omogenea ottimizza le prestazioni, mentre la formazione di aggregati e una scarsa dispersione determinano miglioramenti limitati delle proprietà della matrice. In questo lavoro viene presentata una nuova tecnica di valutazione non distruttiva (NDE) basata sulla termografia a infrarossi in grado di valutare il livello di dispersione dei CNTs nei nanocompositi polimerici. La tecnica NDE è stata utilizzata per confrontare coppie di campioni che differiscono solo per il livello di dispersione. I risultati sperimentali, che mostrano differenze significative nella risposta ai transitori termici, provano che la risposta termica di un nanocomposito consente di stimare il livello di dispersione dei CNTs. Un prodotto di riferimento, che possiede il livello di dispersione atteso e raggiunge le prestazioni progettuali desiderate, può essere utilizzato per testare il comportamento termico di altri prodotti che escono dal processo produttivo e quindi di scartare quelli con livelli di dispersione inadeguati. Sono stati identificati tutti i fenomeni fisici che concorrono a spiegare come la dispersione dei CNTs influenza la risposta dei nanocompositi ai transitori termici.