Materiali elastomerici termoplastici multifunzionali per la realizzazione di sensori, cablaggi e circuiti elettrici integrati a bordo veicolo.

Il presente lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione tra il Politecnico di Torino e il Lab Smart Materials del Dipartimento Polymers del Centro Ricerche Fiat (CRF). L’idea alla base è stata quella di sviluppare un sensore di pressione integrato direttamente nel materiale che potesse trovare impiego nella realizzazione di un sensore piezoresistivo e di circuiti integrati in componenti a bordo veicolo. L’idea principale è quella di ridurre il numero di materiali impiegati nella costruzione dell’autoveicolo, avvicinandosi al concetto di “monomateriale” tramite l’utilizzo di “smart materials”, ovvero materiali considerati “intelligenti”, capaci di svolgere più funzioni in modo tale da aumentare le performance del veicolo riducendone il peso e i consumi ma anche con l’obiettivo di ridurre i costi e l’impatto ambientale attribuito alla produzione. In questo studio ci si è concentrati su un composito a matrice elastomerica costituita da poly(stirene-b-etilene co butilene-b-stirene) (SEBS) contenente nanotubi di carbonio (CNTs). Di tale nanocomposito sono stati studiati campioni caratterizzati da un diverso contenuto di nanotubi, dal 3% al 7% in peso. Al fine di valutare il comportamento piezoresistivo dei vari nanocompositi si sono effettuate inizialmente prove piezoresistive a flessione. Da queste prove si sono definiti i materiali che hanno rivelato una maggiore variazione di resistenza elettrica (nanocompositi contenenti rispettivamente il 5% e il 6% di CNT) e su tali materiali, successivamente, sono state effettuate ulteriori prove piezoresistive a condizioni variabili e infine prove cicliche. Le prove effettuate hanno rivelato un comportamento dei nanocompositi contenenti il 5% e il 6% di CNTs non adatto alla realizzazione di un sensore piezoresistivo. Pertanto, si è deciso di funzionalizzare il composito mediante trattamento laser. Dal momento che è noto che questo tipo di trattamento abbatte la resistenza elettrica superficiale aumentando, di conseguenza, la conducibilità elettrica dei nanocompositi polimero/CNT si è deciso di effettuare il trattamento sui nanocompositi SEBS/CNTs contenenti il 3% e il 4% in peso di nanotubi. Prima della funzionalizzazione è stata condotta una campagna sperimentale volta alla definizione dei parametri laser ottimali per la funzionalizzazione del materiale. Una volta trovati i trattamenti ottimali (diversi a seconda del contenuto di CNT del nanocomposito) e funzionalizzato il materiale, si sono nuovamente effettuate delle prove cicliche al fine di valutare l'efficacia del trattamento e al fine di valutare il comportamento piezoresistivo dei materiali trattati. In aggiunta, sono state condotte analisi microscopiche al fine di valutare la distribuzione dei nanotubi e la struttura delle tracce laser dei campioni funzionalizzati e analisi di profilometria al fine di valutare la morfologia delle piste conduttive.