Preparazione e caratterizzazione di nanocompositi strutturali costituiti da poliammide e carbonio nanostrutturato

L’obiettivo della presente tesi di dottorato è stato la preparazione e la caratterizzazione di nanocompositi a matrice polimerica contenenti forme allotropiche del carbonio nanostrutturato; tali materiali, grazie alle particolari caratteristiche meccaniche e di rinforzo, trovano applicazione nella fabbricazione di speciali dispositivi individuali come guanti, elmetti, corpetti, etc... Sono state preparate fibre di poliammide (PA) contenenti carbon black (CB), nanoplacchette di grafite (GNP) e nanotubi di carbonio (CNT); per questi ultimi sono stati valutati, inoltre, gli effetti delle loro dimensioni e della funzionalizzazione della loro superficie sulle proprietà di rinforzo dei nanocompositi. Il CB ed i CNT utilizzati sono stati di origine commerciale, mentre le GNP sono state ottenute a partire da grafite intercalata attraverso due tecniche di preparazione differenti. I materiali ottenuti sono stati caratterizzati mediante indagini morfologiche (Microscopia Elettronica a Scansione e a Trasmissione), strutturali (Risonanza Magnetica Nucleare), e meccaniche (modulo elastico, resistenza a rottura e allungamento a rottura) allo scopo di interconnettere le proprietà su scala micro e su scala macro. Per lo studio di alcune caratteristiche microscopico-strutturali, inoltre, sonostate sviluppate delle metodiche di indagine basate sull’utilizzo di tecniche innovative come l’EELS (Energy Electron Loss Spectroscopy) e la SAED (Selected Area Electron Diffraction). Sebbene in tutti i materiali studiati siano state riscontrate interazioni filler-matrice che ne hanno migliorato le caratteristiche, è stato dimostrato come la filatura delle fibre giochi un particolare ruolo sulle proprietà morfologiche, strutturali e meccaniche dei nanocompositi. La tesi si suddivide in quattro capitoli il cui contenuto può essere così riassunto: 1. Nel primo capitolo è riportata un’introduzione sui nanocompositi polimerici, con particolare riferimento a quelli contenenti il carbonio nanostrutturato. Per tutti vengono forniti alcuni esempi di preparazione e le applicazioni più significative. 2. Nel secondo capitolo sono fornite le caratteristiche commerciali dei materiali utilizzati ed i dettagli sulle metodologie di preparazione sia delle GNP che dei nanocompositi. Sono riportati, inoltre, i parametri sperimentali delle tecniche di caratterizzazione utilizzate in questa tesi. 3. Nel terzo capitolo sono presentati i risultati ottenuti per ciascun sistema, la correlazione tra le proprietà e le conclusioni intra-sistema. Sono anche riportare le conclusioni inter-sistema che evidenziano i punti di somiglianza e le differenze tra i tre sistemi studiati. 4. Infine, nel quarto capitolo, sono riportate le conclusioni generali riferite ai tre sistemi studiati e correlate agli obiettivi iniziali.