In [33] è riportato uno studio dell’Etilene Vinil Acetato, descritto come un bipolimero inorganico ottenuto dai monomeri di etilene e di acetato di vinile, tramite un processo detto copolimerizzazione, eseguito ad elevata pressione per permettere la rottura dei doppi legami presenti nei due monomeri. Il materiale presenta catene poco ramificate non reticolari: dato che le ramificazioni non sono collegate tra loro può essere considerato omogeneo.
3.5.1 Le proprietà termo-fisiche
La più importante caratteristica dell’EVA è che le sue proprietà termo-fisiche cambiano al variare del tenore di Vinil Acetato (VA) presente (si veda Tabella 3.3 e i grafici dal 3.14 al 3.12). Ciò permette a questo materiale di svolgere un numero straordinario di compiti e lo rende utilizzabile in altrettanti settori, come descritto in [31]: materiale isolante o adesivo, è presente in dispositivi biomedici, tubi, tappi e tappetini per far ginnastica. Tale vastità
non permette una classificazione completa del materiale che può, ad esempio, essere definito sia termoplastico che termoindurente. In [16] viene classificato come materiale cristallino, che però presenta una temperatura di fusione variabile tra i 65◦C e i 110◦C, sempre a causa del tenore di VA presente.
C H " H C H H # n C H " H C O H # m C O @ @ CH3
Etilene Acetato di vinile
Gruppo vinilico
Figura 3.8: Formula chimica dell’etilene vinil acetato
Tabella 3.3: Comportamento delle proprietà dell’EVA in funzione del tenore di VA
Aumento del tenore di VA
Aumentano Diminuiscono
Resistenza al freddo Rigidità Resistenza all’urto Durezza
Flessibilità Punto di fusione Resistenza alla tenso-corrosione Carico di snervamento
Trasparenza Punto di rammollimento Densità
Adesività
Potere di assorbimento di cariche Saldabilità
Reticolabilità delle radiazioni Resistenza alla flessione alternata
Grazie al lavoro svolto in [32], è possibile calcolare il rapporto n/m di Figura 3.8:
n/m = 1 − ωV A ωV A M MV A M ME N.B. 1 − ωV A= ωE (3.4) M MV A' 86 g mol M ME ' 28 g mol n/m = 3.0711 − ωV A ωV A (3.5) Questo valore permette di pesare le caratteristiche fisico-chimiche dei due monomeri presen- ti, ottenendo dati importanti per la caratterizzazione del materiale. La massa molecolare
Figura 3.9: Andamento della densità dell’EVA al variare del suo tenore di VA [33]
Figura 3.10: Andamento della temperatura di decomposizione dell’EVA al variare del suo tenore di VA [33]
Figura 3.11: Andamento della temperatura di fusione dell’EVA al variare del suo tenore di VA [33]
del polimero è calcolata utilizzando la formula del peso molecolare medio numerale:
M Mmn = PN T M i=1 NiM Mi PN T M i=1 Ni (3.6)
Figura 3.12: Andamento della permeabilità dell’EVA rispetto a diverse sostanze gassose al variare del suo tenore di VA [33]
Un altro parametro importante è il grado di fluidità o MFR (Melt Flow Rate) che influenza massa molecolare, tenacità, viscosità,... con dipendenza inversamente proporzio- nale. Per classificare tale proprietà si usa il Melt Flow Index (MFI), ottenuto caricando il polimero preso in esame, ad una determinata temperatura, in un cilindro pressato da un pistone e si misura la massa di sostanza che fluisce attraverso un condotto capillare. In questo caso specifico il MFI è pari a 30 g/10min (@190◦C/2.7kg) e ciò implica una elevata fluidità del materiale. In fase di produzione del pannello viene sfruttata questa caratteri- stica: dopo aver racchiuso le celle tra fogli di EVA, questi vengono riscaldati in modo da rendere il materiale più malleabile, così da riempire tutte le cavità presenti ed ottenere una struttura a sandwich tra il supporto ed il vetro del modulo. Questa tecnica permette di evitare il contatto tra l’umidità dell’aria e le celle; esse sono apparecchi elettrici a tutti gli effetti e come tali si deteriorano prima se a contatto con molecole d’acqua.
Figura 3.13: Conduttività in funzione della temperatura per l’EVA con 9%VA e 28%VA e per il poliuretano a bassa ed elevata densità [33]
Tabella 3.4: Valori di alcune proprietà di interesse dell’EVA presente nel pannello fotovoltaico [34] MM g/mol 56 ρ (g/cm3) 0.96 Cp (J/kgK) 1400 k (W/mK) 0.27 Trasmittanza totale 13.9% Trasmittanza diffusa 9.6% Temperatura di fusione (◦C) 65
L’EVA del pannello solare presenta un tenore di VA compreso tra il 28% e il 33%, ciò indica un comportamento intermedio tra quello della gomma e del polietilene a bassa densità (LDPE: Light Density PolyEthylene). Il rapporto n/m = 7.17 con riferimento alla formula 3.4, assumendo un tenore di VA pari al 30%. Statisticamente ogni sette monomeri di etilene ne è presente uno vinilico, ciò è concorde con la definizione di termoplastico. Per una panoramica delle proprietà più importanti si guardi la Tabella 3.4.
3.5.2 Misurazione delle proprietà ottiche
La misura dell’emissività spettrale emisferica a temperatura ambiente dell’EVA è stata effettuata nel laboratorio ThermALab del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. In particolare, si è operato nel campo di lunghezze d’onda tra 2 µm e 20 µm, con risoluzione spettrale di 4 nm, mediante lo spettrometro FT-IR Perkin Elmer Frontier, equipaggiato con la sfera integratrice in oro da 3” PIKE IntegratIR. Nel range tra 0.35 µm e 2.5 µm, con passo di 10 nm, si è utilizzato lo spettrofotometro Perkin Elmer Lambda 950 dotato di sfera integratrice in Spectralon da 150 mm. Considerata la legge di Kirkhoff per un materiale opaco con superficie diffusa, vale la relazione
h(λ) = 1 − ρh(λ) (3.7)
dove h(λ) è l’emissività spettrale emisferica e ρh(λ) la riflettanza spettrale emisferica,
che è la grandezza misurata dalle strumentazioni utilizzate. In figura (x) sono riportati i grafici delle misure dell’EVA vergine e quella di una parte con presenza di char, che nell’intervallo di lunghezze d’onda dello spettrometro FT-IR presenta un andamento non dissimile alla prima. L’analisi UV-Vis-NIR è stata effettuata solo sul campione di EVA vergine, come estensione della prima analisi. In figura (x) si riporta invece l’emissività spettrale emisferica.
Il valore di emissività utilizzato nelle simulazioni è calcolato con la formula:
tot= R∞ 0 h(λ)λ −5[eC2λT − 1]−1dλ R∞ 0 λ−5[e C2 λT − 1]−1dλ (3.8)
Dove C2 = 1.439 · 104µmK, λ la lunghezza d’onda in µm e T la temperatura del corpo espressa in K. Le temperature medie della parte interessata sono tali per cui si può ritenere con buona approssimazione che tutta la radiazione sia emessa nel campo di lunghezze d’onda su cui si è eseguita la misura. In base a quanto detto, il valore di emissività totale utilizzato nelle simulazioni è pari a tot = 0.86 .
Figura 3.14: Andamento della riflettanza emisferica spettrale ricavata dalle prove sperimentali
Figura 3.15: Andamento dell’emissività emisferica spettrale ricavata dalle prove sperimentali