INSTM - Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali

CONSORZIO INTERUNIVERSITARIO NAZIONALE
PER LA SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI

Centro di Riferimento INSTM:
Tecnologie di Trasformazione di Materiali Polimerici e Compositi


Coordinatore del Centro

Coordinatore: Domenico Acierno
E-mail: acierno@unina.it
Qualifica: Prof. Ordinario
Categoria di afferenza: B1
Sezione: 6. Materiali polimerici funzionali e strutturali
Unità di Ricerca: Napoli
Università o Ente: Università  di Napoli Federico II
Dipartimento: Dip. di Ingegneria dei Materiali e della Produzione
Telefono: 081-7682268
Fax: 081-7682404

 


Altre Unità di Ricerca partecipanti al Centro di Riferimento

Università di Palermo Dip. di Ingegneria Chimica dei Processi e dei Materiali
Università di Salerno Dip. di Ingegneria Chimica ed Alimentare
Università di Napoli Federico II Dip. di Ingegneria Chimica
Università di Lecce Dip. di Ingegneria dell
Università di Catania Dip. di Metodologie Fisiche e Chimiche per Ingegneria
Università di Lecce Dip. di Scienza dei Materiali
Università di Napoli Federico II Dip. di Ingegneria dei Materiali e della Produzione

 


Obiettivi del Centro di Riferimento

Il centro si propone di sviluppare più linee di ricerca afferenti all'area delle tecnologie dei materiali polimerici. L’ambito è relativamente ampio e comprende sia le tecnologie di trasformazione propriamente dette, sia lo sviluppo di nuovi sistemi polimerici mediante tecnologie di trasformazione e compounding innovativo, sia la caratterizzazione a monte dei sistemi macromolecolari impiegati ed a valle dei manufatti ottenuti. Tali linee sono brevemente elencate insieme agli obiettivi di massima proposti, rinviando alla sezione successiva la descrizione dettagliata del piano di ricerca.

TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE DI MATERIALI POLIMERICI

1) Processi di filmatura
Obiettivi della ricerca: analisi dei processi di produzione di film anche per il settore del packaging alimentare. Studio di polimeri con caratteristiche chimiche di base differenti e sperimentazione di tecnologie che consentano il miglioramento delle caratteristiche fisiche dei polimeri già noti senza variarne la struttura chimica. Alle tecnologie di produzione classiche di film polimerici si può aggiungere l’analisi delle tecniche di orientazione.

2) Stampaggio ad iniezione
Obiettivi della ricerca: analisi teorica e sperimentale del processo e studio delle mutue interazioni fra flusso e cristallinità del polimero, che influenzano il processo e la morfologia finale del manufatto.

3) Stampaggio rotazionale
L'attività di ricerca ha come obiettivo sia una parte sperimentale relativa alla messa a punto di tecniche di caratterizzazione delle polveri ed allo studio degli effetti della granulometria delle polveri sulla sinterizzazione, sia una parte modellistica in cui sono stati studiati i fenomeni di scambio termico durante lo stampaggio rotazionale introducendo modelli originali per la fusione di polimeri semicristallini.

4) Stampaggio per trasferimento di Resina (Resin Transfer Moulding)
Obiettivo della ricerca è lo studio dei processi e dei materiali per lo stampaggio per trasferimento di resina (RTM). Nell’ambito dei processi di lavorazione l'obiettivo è rappresentato dallo studio di: a) varianti tecnologiche all’R.T.M. in stampo chiuso mediante l’utilizzo di stampi aperti per la produzione di componenti in composito a basso costo; b) metodologie di simulazione delle fasi di iniezione e reticolazione della resina. Lo studio sui materiali per RTM è invece concentrato su: a) caratterizzazione termomeccanica delle resine per RTM; b) sviluppo di innovative tecniche di tenacizzazione per le resine per RTM per applicazioni strutturali.

5) Processi di produzione di espansi polimerici
Obiettivi della ricerca: analisi dei processi di espansione di materiali per packaging innovativo (ad alte temperature/biodegradabile) e per applicazioni strutturali, di isolamento e protezione da impatti. Studio delle tecnologie di produzione per estrusione, salt-leaching, sinterizzazione, tecniche combinate. Uso di agenti nucleanti e di miscele di agenti espandenti.

6) Produzione di nanocompositi per melt-mixing
Obiettivi della ricerca: analisi dei processi di miscelazione e dell’effetto della nanocarica sulle proprietà finali dei compositi; realizzazione di modelli predittivi e di progettazione robusta delle relazioni processo-materiale.

7) Compounding e compatibilizzazione di sistemi polimerici plurifasici
Lungo questa linea di ricerca sono individuati una serie di sistemi compatibilizzanti per molte coppie di polimeri utilizzando diversi meccanismi di compatibilizzazione ed in particolare l’attenzione è focalizzata sul reactive blending.

8) Riciclo di materie plastiche post-consumo
Obiettivi: studio delle relazioni fra le condizioni di lavorazione e le proprietà finali del materiale e lo studio di tecniche per migliorare le proprietà di questi materiali. Ottimizzazione delle condizioni di lavorazione, del tipo di apparecchiatura ed uso additivi per la ricostruzione della struttura molecolare dei materiali post-consumo

9) Lavorazione di polimeri biodegradabili e compositi verdi
I polimeri biodegradabili, sia di origine naturale che sintetica, presentano spesso finestre di lavorabilità ristrette a causa della bassa stabilità termica e del particolare comportamento reologico. Lo studio della reologia, della stabilità e della lavorabilità di questi polimeri è quindi fondamentale per l’applicabilità industriale di questi nuovi polimeri.

10) Stereolitografia
Sviluppo di nuove sospensioni fotopolimerizzabili in cui una resina è caricata con polveri ceramiche. Con questo nuovo materiale il processo di stereolitografia produrrà un green pre-ceramico che permetterà, dopo una successiva sinterizzazione, la realizzazione di un componente in materiale ceramico senza l'uso di stampi.


11) Relazione Processo-Morfologia-Proprietà


a) Polimeri Termoindurenti

Cinetiche di reticolazione
Obiettivi: sviluppo di modelli cinetici, con verifica sperimentale, per la previsione del grado di reticolazione di matrici epossidiche per compositi fibrorinforzati in funzione dei parametri che intervengono durante il processo industriale; studio della durabilità a tempi lunghi di resine termoindurenti nelle reali condizioni di servizio. Per quest’ultimo aspetto sono presi in considerazione sia gli effetti di condizioni ambientali particolarmente severe sia gli effetti che possono sorgere nel tempo a causa del cosiddetto "rilassamento strutturale". I fenomeni associati a questi due tipi di effetti sono indicati rispettivamente con i nomi di “invecchiamento chimico” e “invecchiamento fisico”.


b) Polimeri Termoplastici

Solidificazione in condizioni di processo dei polimeri cristallizzabili
Obiettivi: analisi della formazione di fasi metastabili. Manifestazione di tale metastabilità è la continua variazione delle proprietà e delle variabili di stato del materiale, ad es. il volume specifico, nel tempo di utilizzo del prodotto finito. La solidificazione in condizioni di processo ad elevate velocità di raffreddamento fornisce la possibilità di seguire tali modificazioni in funzione delle condizioni sperimentate dal materiale nel corso della solidificazione.

Cristallizzazione di polimeri in condizioni di processo (cristallizzazione in flusso)
Obiettivi: studio dell’effetto del flusso sulla cinetica di cristallizzazione monitorando in apparecchiature viscosimetriche la diminuzione del tempo di induzione al crescere della shear rate; analisi di esperimenti modello in flusso elongazionale.

Evoluzione morfologica indotta dal flusso in blend polimerici incompatibili
Oggetto di questa linea di ricerca è lo studio della viscoelasticità di blend polimerici diluiti soggetti a flusso di scorrimento. 1) indagine sperimentale della forma assunta da una goccia isolata in flusso di scorrimento mediante video microscopia ottica ed analisi delle immagini; 2) analisi teorica del corrispondente problema fluidodinamico mediante un approccio di tipo perturbativo nel caso in cui i fluidi componenti del blend siano non newtoniani. La ricerca comprende anche la analisi di transizioni indotte dal flusso di cristalli liquidi polimerici. In una soluzione polimerica isotropa in condizioni quiescenti può essere indotta una transizione alla fase liquido-cristallina mediante applicazione di un flusso di shear. In particolare, le condizioni di transizione dipendono dalla temperatura, dalla concentrazione e dallo sforzo di taglio applicato con il flusso. L’attività sperimentale vedrà l’utilizzo di soluzioni acquose di idrossipropilcellulosa (HPC) caricate con nanosilicati. La transizione di fase verrà studiata sia con metodi reologici standard, sia con metodi reo-ottici.


12) Caratterizzazione

Analisi dinamico meccanica tramite ultrasuoni
Obiettivi: sviluppo di tecniche analitiche di proprietà di materiali polimerici al variare del tempo o della temperatura tramite propagazione di onda ultrasonora. Applicazioni nel campo della reologia e delle analisi dinamico meccaniche.

Mappatura a scala nanometrica delle proprietà di manufatti polimerici
Obiettivi: utilizzo della microscopia a scansione di sonda (AFM) per la valutazione della distribuzione di proprietà connesse con la durezza ed il modulo elastico a scale diverse a seconda del carico e del sensore utilizzati. Il confronto con valori macroscopici di microdurezza permettono quindi di ottenere anche informazioni sulla distribuzione e quindi l'omogeneità delle proprietà meccaniche.

 


Offerta del Centro all'industria

Il Centro svolgerà la propria attività in aree tematiche che sviluppano le competenze scientifiche delle risorse del centro stesso. L’offerta di servizi che il centro potrà erogare scaturisce da una integrazione di alcuni fattori esogeni ed endogeni che sono alla base della qualità e della potenzialità del centro stesso. In particolare l’offerta verrà sviluppata tenendo in considerazione le esigenze del mercato, le competenze scientifiche e le risorse strumentali disponibili.
Il contatto con le imprese potrà essere attivato sia con singole PMI che con aggregati d’impresa come Distretti Industriali e Consorzi. Lo schema usato parte dall’individuazione (da parte di gruppi misti) delle esigenze prioritarie dell’azienda. Segue la selezione (nell’ambito del Centro) di appropriati Tavoli Tecnici e quindi un contributo di tipo consulenziale a breve termine (come presentazione delle capacità del Centro e per stabilirne la credibilità). A questo fa seguito una fase progettuale, tipicamente articolata in uno studio di fattibilità e nella stesura di un progetto di ricerca o collaborazione vero e proprio.

Offerta servizi
Laboratori ed Attrezzature
Il Centro potrà sviluppare una politica di acquisizione di attrezzature di grande rilievo atte a potenziarne le capacita’ operative (ovvero quelle delle unità operative) in relazione alle finalita’ del Centro. Le apparecchiature per la massima parte andrebbero a completare ed integrare Laboratori operativi complessi in grado di effettuare sintesi e caratterizzazione di materiali innovativi, prototipizzazioni, dispositivi, misure e testing avanzati. Nella fase attuale tali Laboratori sono resi disponibili dalle unità partecipanti, in percentuali di tempo variabili, per l’esecuzione delle attivita’ previste dal progetto triennale. In prospettiva tali Laboratori costituiranno la base di riferimento operativa per le attivita’ del Centro che ne avra’ la possibilita’ di parziale utilizzo tramite specifici accordi convenzionali.
Il flusso operativo di erogazione dei servizi è riportato di seguito articolato per aree tematiche cui corrispondono le tipologie di attrezzature:

MATERIALI POLIMERICI E COMPOSITI
Innovazione di processo/ prodotto
Performance avanzata
Relazioni Struttura/Proprietà
Riduzione costi Processi di trasformazione
Modifiche chimico-fisiche

Tipologia di prove ed analisi:
Analisi termica, Caratterizzazione strutturale,
Determinazione strutturale Reologia
Processing su piccola e media scala
Proprietà meccaniche

BIOMATERIALI
Innovazione di processo/ prodotto
Interazione materiale/ tessuti biologici

Tipologia di prove ed analisi:
Prototipazione custom-made
Struttura e bioattività Environmental SEM

INGEGNERIA INDUSTRIALE

Modellistica, testing, controllo
Materiali per i settori meccanico, aerospazio, navale e automotive
Aero, termo e fluidodinamica

Tipologia di prove ed analisi:
Diagnostica integrata acustico-elettromafgbetica
Integrazione e ottimizzazione di funzionalità
Velocimetria Laser, ottica e a filo caldo
Testing e controllo
Termografia

ELETTRONICA
Sensori innovativi
Processi di sintesi e funzionalizzazione di materiali
Apparati di deposizione
Dispositivi
Progettazione

Tipologia di prove ed analisi:
Apparati di nanolavorazione
Testing avanzato
Caratterizzazione elettronica
Testing no-contact
Set up di misure

 


Dotazione strumentale

Descrizione strumentazione
Resin Transfer Moulding
Analizzatore termomeccanico
Dielettrometro
Pendolo impatto strumentato
Reometro a piatti paralleli con sonde per analisi con ultrasuoni
Stereolitografo
Apparecchiatura per analisi termica e differenziale (DSC e DTA)
Diffrattometro a raggi X
dilatometro volumetrico per alte pressioni
estrusore bivite
Film blowing
Generatore di azoto ad alta rpessione
Macchina dinamico-meccanica per prove meccaniche INSTRON
Microscopio elettronico a scansione con microanalisi (SEM/EDS)
Microscopio Zeiss per apparecchiature Scracth test
porosimetro al mercurio
Reometro a capillare
Reometro a capillare con sistema di stiro per Melt Strength
Reometro a controllo di sforzo
Reometro rotazionale per bassi shear rate
Spettrofotometro IR a trasformata di Fourier
calandra
Calorimetro differenziale a dinamica elevata
Estrusore bivite corotante
estrusore da laboratorio Brabender
Microindentatore
Microscopio a Forza Atomica AFM
Microscopio ottico ed acquisizione
miniestrusore bivite
Miscelatore Brabender
Nanoindenter statico e dinamico
reometro rotazionale
sistema di filmatura
Spettrometro dinamico meccanico per solidi
Spettrometro IR
viscosimetro a capillare
WAXD polver Trasmissione/riflessione
estrusore
Impianto di co-estrusione cast
Impianto produzione film multistrato
Impianto produzione film soffiato
Microestrusore
Pressa per stampaggio ad iniezione