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4.1 Il polimero epossidico
Al l a l uc e del l e os s erv az i oni fat t e fi no ra, ci ò che p re gi udi ca l e ca rat t eri s t i che m ec c ani ch e i nt e rl am i n ari dei t es s ut i UD è l a pres enz a di una fase terza, di un “inquinante”, rispetto fibre e matrice. Ideale sarebbe quindi l’utilizzo di un materiale che mantenga la stabilità di m ens i on al e e d ra ppe ggi abi l i t à d el t es s ut o s e cc o, m a c he i n un secondo momento, durante la fase d’impregnazione delle fibre, in qual c he m o do s i di s s ol va n el l a m at ri ce .
R i as s um en do i l m at eri al e ch e an di am o a ce rc ar e dev e pr es e nt ar e l e s e guent i c ar at t e ri s t i che:
Buon e t ena ci t à e fl e s s i bi l i t à; Buon a cap a ci t à ade s i va;
Vi s cos i t à d el fus o s u ffi ci ent em ent e b as s a ; C apa ci t à di di s s ol v e rs i nel l a m at ri c e.
Un m at eri al e at t u al m ent e pr esent e i n c om m er ci o e a vent e t al i propri et à è i l p rod ot t o phen ox y G ri l o n® che, com e s i p uò ved er e dall’immagine 4.1, si dissolve nella matrice, seppur in modo parz i al e. Il pr obl em a ri s co nt r at o i n que s t o m at eri al e è, i n pri m i s , l a s ua com m e rci al i z z az i one sol am ent e sot t o form a di fi br e d a t e s s er e i n t ram a o da cu ci r e, ri pr es ent ando dun qu e gl i s vant a ggi gi à des c ri t t i per i l we avi n g e l o s t i t chi n g. In s ec on do l uo go l e t em pe r at ur e di fus i on e di t al e pol i m ero sono m ol t o pi ù al t e di q uel l e r a ggi un gi bi l i dal l a m ac chi n a di ad es i vaz i on e. Inol t r e, una vol t a f us o, Gri l o n ri s ul t a essere pericoloso a causa dell’evaporazione dei solventi in esso cont e nut i .
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La soluzione da me individuata, soggetto della tesi, è l’utilizzo di un prep ol i m er o epo s s i di co ch e s i a al l o s t at o s ol i do a t e m per at ur a am bi ent e. Tal e m at e ri al e no n evi d enz i a an cor a l e prop ri et à t erm oi nd ur ent i p rop ri e del l e res i n e epos s i di che m a s i com p ort a com e un t erm o pl as t i co a m orfo. La form ul a di s t rut t ur a di t al e pol i m ero è m ost rat a qui di s e gu i t o (fi g. 4.2 ):
F i g . 4 . 2 F o r m u l a d e l p r e p o l i m e r o e p o s s i d i c o
Dal l a nat ur a d el pol i m er o a ppe na des cri t t o, s i po s s ono ra gi on evol m ent e de s um er e i s e gu ent i c o m port am ent i :
Es s end o un pol i m e ro t erm o pl ast i co, t ram i t e ri s cal dam ent o ol t r e l a s ua t em pe rat u ra di fusi on e es s o ri s ul t a es s e r e ap pl i c abi l e al l e fi br e c on l a m a cchi n a di adesi vaz i one .
Es s end o, appunt o, u n pr epol i m ero del l a s t es s a n at ur a d el l a f ut ur a m at ri c e, dovr ebb e l e ga rsi chi m i c am ent e e qui n di di s s ol v er s i i n es s a e qu al or a n on dove s se di s s ol vers i d el t ut t o, es s o pres ent er ebbe pr opr i et à m ec ca ni ch e, co m e t en a c i t à e res i s t enz a, com unqu e m i gl i o ri r i spet t o al l a p ol i am m i de ut i l i z z at a.
C i ò che non è pr ev edi bi l e e che ri chi e de l a prov a pr at i c a è l a valutazione dell’effettiva aderenza di tale polimero alle fibre e della drap pe ggi abi l i t à del t es s ut o UD.
4.2 Epikote 1007 1003 e 1001
La s c el t a del p rodot t o è an dat a al l e r esi ne del l a f am i gl i a Ep i kot e prodot t e d a M om ent i ve, l ead er eu rop ea e m ondi al e nel l a p rod uz i one di resi n e epossi di ch e. I t i pi 10 07 1 003 e 10 01 sono st at i s el ez i o nat i com e
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i più idonei all’applicazione c he si sta studiando e si differenziano tra l oro p er p rop ri et à fi s i che e m ec ca ni ch e:
Proprietà Unità di misura Epikote
1007 1003 1001
Densità a 25°C kg/l 1,20 1,19 1,19
Tg °C 67 44 26
Melting Range °C 103-105 72-84 50-62
Hydroxyl Group Content mmol/kg 3420 2900 2400
Peso Molecolare 2870 1300 880
T a b . 4 . 3 C o n f r o n t o d i p r o p r i e t à f i s i c h e d i E p i k o t e 1 0 0 7 1 0 0 3 e 1 0 0 1 .
Dal l a l et t ur a del l a t abel l a ri port at a nel l e T DS del l e r es i ne Epi kot e, s i pos s o no t rar re l e s e gu ent i i n di caz i oni :
Dal val o re d ei pes i m ol ecol ari si può des um e re un a m a ggi o re fl es s i bi l i t à e t en aci t à dal t i p o 1007 ri s pet t o ai 1003 e 1 001. In f at t i , at t r av ers o i l peso m ol e col ar e s i pos s ono pr ev ede re qual i s ar anno l e pr opri et à m ec cani ch e del pol i m ero: l a l un gh ez z a del l a m ol ecol a di p end e da l n um ero di vol t e ch e l ’uni t à ri p et i t i v a v i ene rei t e r at a l un go l a cat en a, qui ndi m a ggi or e s a rà i l pes o m ol ecol ar e, pi ù s ar à l un go i l pol i m er o. La l un ghez z a di una m ol ecol a pol i m e ri c a i nfl ui s ce i nol t re s ul com port am ent o del pol i m ero s ot t o s f or z o, i n part i col ar e un m at eri al e c os t i t ui t o da una m ol e col a con una c at en a pi ù l unga ri s ul t a es s e r e pi ù defo rm a bi l e. D al l a l unghez z a del l a cat ena di p end e, i nf at t i , l a prob abi l i t à ch e l a m ol ecol a fo rm i d e gl i ent an gl em ent s , ci o è de gl i a ggr ovi gl i am ent i , da cui , s ot t o s f orz o, e s s a s i di s t ri c a, defo rm a ndos i : m i no re è l a f aci l i t à con cui l a c at ena s ci o gl i e gl i ent an gl em ent s , m i n ore è l a d ef orm abi l i t à di un pol i m er o. Di cons e gue nz a, m a ggi ore è i l P M , m a ggi ore ri s ul t a l a l un gh ez z a, qui ndi l a pro babi l i t à ch e s i form i no e nt an gl em ent s e i nfi ne l a defo rm a bi l i t à.
Dai v al ori fo rni t i da l l e t ab el l e si può ra gi on evol m ent e a ff er m ar e che i l pr epol i m e ro e possi di co Epi kot e 1 007 ha m a ggi o ri cap aci t à ades i v e de gl i al t ri due pro dot t i : l a ca paci t à di un m at e ri al e di ades i v a rsi a un al t ro di pend e d al num er o di gru ppi oss i d ri l i ci -OH
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che l a s ua s t rut t ur a m ol ec ol a re c ont i ene. La qu ant i t à d i t al e gruppo all’interno di una molecola viene misurato dall’Hydroxil Group C ont ent che appunt o è m ol t o m a ggi or e i n E1 007 c he i n 1003 e 1001.
S i può preved er e, i nol t r e, c he i due pol i m eri E10 01 e 1003 s ar anno m ol t o m eno vi s cosi di 1 0 07, p o i ché l a l un gh ez z a di una m ol ecol a det erm i n a anch e l a s ua vi sc os i t à: m a ggi or e è i l s u o P M , m a ggi or e s a rà l a s ua vi s cos i t à. Dal grafi co s ot t os t ant e s i può osservare l’andamento della vi scosità del fuso in funzione della temperatura di quest’ultimo, immaginando che tale andamento sia s e gui t o an che da gl i al t ri d ue pol i m e ri , s ol o co n v al ori di vi s cos i t à deci s am e nt e pi ù ba s s i .
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Nel l a s cel t a del gi u s t o pol i m er o da i m p i e ga re, bi s o gne rà t r ovar e un com pr om es s o ce r cand o di ot t en er e un a buon a fl es s i bi l i t à e t en aci t à m ant en endo t ut t avi a una vi scosi t à suf fi c i ent em ent e b as s a. In t al s ens o, l’utilizzo del polimero epossidico E1007 sarebbe ottimale per le sue propri et à m ec cani ch e, m a t roppo vi s cos o anch e a t em p er at u re at t o rno ai 200°C , ol t r e al l e qual i , t ut t a vi a, è s co ns i gl i abi l e s pi n ge rs i per ché s i è not at o ch e a t al i t em p er at ur e i l pol i m ero s i d et e ri or a f aci l m ent e. D’altro canto il comportamento viscoso di Epikote 1001 alle alte temperature sarebbe ottimale per l’applicazione con la macchina di ades i v az i one , m a l a f ra gi l i t à fa di q ues t o pol i m e ro un m at e ri al e i nadat t o al m ant eni m ent o d el l a dr appe g gi abi l i t à del t es s ut o.
Una buon a s ol uz i o ne al p robl em a del l ’e cc es s i v a vi s co s i t à d el fus o è l a c re az i one di un bl end con Epi kot e 1 003. La s cel t a del l e quant i t à rel at i v e dei due pol i m eri , i n m o do da ot t ene re u n ap propri at o compromesso tra bassa viscosità, così da permettere l’impiego del pol i m ero nel l a m ac chi na , e bu o na fl es s i bi l i t à, a ffi n ché l a drap pe ggi abi l i t à non ve n ga co m prom es s a, vi en e l as ci at a all’esperienza. In tal senso, bisognerà porre attenzione alla necessità che l e t em p er at ur e am bi ent al i di st oc ca ggi o d el t es s ut o, s p eci al m ent e quel l e es t i v e, s i ano i nfe ri ori al l a Tg d el b l e nd pol i m eri co , af fi n ché l’adesivo non rammollisca e non comprometta l’utilizzo dell’UD s t es s o.
Il bl en d ot t e nut o m i scel ando 70% di E 1007 e 30% di E1 0 03 è ri s ul t at o, d al l e p ro ve ef fet t uat e (co ns i s t ent i s em pl i ce s p ruz z at ura attraverso l’apparecchiatura), avere una viscosità adatta per
l’applicazione e una temperatura di transizione vetrosa
s uffi ci ent em e nt e al t a.
Tuttavia l’apparecchiatura di prova non permette di utilizzare pol i m eri con t al e vi s cos i t à , poi c hé l e p r es s i oni di s pi nt a n or m al m ent e i n gi oco ne l l a m ac chi na (ol t re l e 1 0 at m ) n on s on o s up port at e d al cont e ni t or e i n al l u m i ni o, i l cui l i m i t e m ass i m o è ci r ca 3 at m . P er ovvi ar e a t al e p robl em a s i è s cel t o di ut i l i z z are Epi kot e 10 0 1: i l bas so i nt erv al l o di t em p er at ur a di fusi on e e l a bassi ssi m a vi s cosi t à gi à a 175 °C fanno di E1001 il polimero ideale per l’impiego con
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l’apparecchiatura di prova. Bisogna però anche considerare che le sue propri et à m e cc ani ch e pot reb be ro com pr om et t e re l a d ra ppe ggi abi l i t à del t es s ut o, poi ch é e s s o è un pol i m e ro m ol t o ri gi do e f r a gi l e. Ad o gni m odo, pe r l e fi nal i t à di ques t a t es i , i t es t ne ces s a ri pos s o no es s er e es e gui t i an ch e con ques t o pol i m e ro: i n f at t i , ci ò c he ci s i as pet t a è un as s or bi m ent o d el pol i m ero epo ss i di co d a part e del l a m at ri c e, qui ndi E1001 può d es cri v er e anch e i l c om p ort am ent o de gl i al t ri pr odot t i pres ent at i .
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