Nanocompositi polipropilene/grafene: comportamento di ritardo alla fiamma, caratteristiche meccaniche e microstrutturali

L’innovazione di un prodotto dipende dal suo costituente base, ossia dal materiale. Questa tesi ha come obiettivo principale quello di ridurre il numero di componenti tramite l’utilizzo di smart materials. Il lavoro è volto a sperimentare l’utilizzo di polipropilene (PP) caricato con grafene (GNP) a costituire un componente in grado di condurre corrente elettrica intrinsecamente grazie a dei circuiti disegnati con il laser. La tesi ha anche il compito di investigare le proprietà meccaniche e il comportamento alla fiamma del componente così creato. Le formulazioni, create miscelando il PP (già caricato con il vetro) con il GNP, sono state caratterizzate tramite tecniche DSC, TGA, analisi morfologiche al SEM, al microscopio ottico e misure densimetriche. Il GNP è stato aggiunto nelle composizioni del 1,5%, 2,5%, 5,0% e 7,0% in peso ad un PP contenente il 20% in peso di sfere vetro cave e il 10% di fibre di vetro. Il tutto è stato comparato anche con un PP non caricato. L’aggiunta di grafene non ha influenzato in modo significativo le proprietà termiche del composito. La presenza delle sfere di vetro cave va a ridurre la densità del composito del 10%. Tuttavia, l’aggiunta del GNP va ad aumentare nuovamente la densità del materiale. La caratterizzazione delle proprietà elettriche ha portato ad una maggiore conducibilità per la formulazione contenente il 2,5% GNP, con un limite pratico di conducibilità ottenuto intorno ad una lunghezza della traccia di 4 cm. Caratterizzando le proprietà meccaniche, si è ottenuto un buon incremento del modulo nella formulazione con il vetro rispetto al PP puro; tuttavia, la presenza del grafene va nuovamente a diminuire anche se moderatamente sia il modulo che il carico a rottura del composito. Infine, il comportamento alla fiamma del composito è migliorato nella maggior parte dei principali parametri già nella formulazione con la sola additivazione del vetro. In particolare, si ha un aumento del pkHRR del 9%, dell’28% per il FPI e del 23% per il FIGRA in più si ha una diminuzione dei fumi (TSR). Mentre la formulazione maggiormente additivata (7%), come da aspettative rivelatasi la migliore, ritarda il TTI di 10 secondi e migliora i due indici principali (FPI e FIGRA). Il FPI migliora del 40% rispetto al PP più vetro e del 200% rispetto al PP puro. Il FIGRA migliora di un 23% rispetto al PP più vetro e di un 64% rispetto al PP vergine.