Università degli Studi di Padova Dipartimento di Innovazione Meccanica e Gestionale Tesi di laurea specialistica in ingegneria meccanica ANALISI DELLA MICROSTRUTTURA DI MATERIALI COMPOSITI A MATRICE POLIMERICA MEDIANTE MICROSCOPIA A SCANSIONE DI SONDA Relatore: Prof. Enrico Savio Correlatori: Dr. Francesco Marinello Dr.ssa Roberta Sulcis Laureando: Manuel Balcon Anno Accademico 2008/2009

INTRODUZIONE Medicine and healt Automotive Packaging and housewares Information and technology

INTRODUZIONE La microstruttura del polimero influisce sulla performance del materiale, in fase d’uso.

INTRODUZIONE La microstruttura del polimero influisce sulla performance del materiale, in fase d’uso. Caratterizzare la microstruttura consente dunque di: Legare le proprietà del materiale alla microstruttura Modificare le proprietà/funzionalità agendo sulla microstruttura e dunque sul processo di produzione

INTRODUZIONE La microstruttura del polimero influisce sulla performance del materiale, in fase d’uso. Strumenti per la caratterizzazione quantitativa di microstruttura e superfici polimeriche micro e nanometriche. Tecniche e procedure di preparazione ed analisi per la caratterizzazione morfologica.

MICROSCOPIA A SCANSIONE DI SONDA VARIAZIONE DI FASE

MICROSCOPIA A SCANSIONE DI SONDA La microscopia a scansione di sonda consente di raccogliere molteplici informazioni sul materiale: Topografia (AFM) Materiale (FASE) Proprietà meccaniche (AFAM) Proprietà ottiche (SNOM)

ANALISI SPERIMENTALI 1) PREPARAZIONE DEI BLENDS E DEI CAMPIONI 2) ANALISI PRELIMINARE DEI CAMPIONI ALL’AFM 3) ANALISI SISTEMATICHE E CARATTERIZZAZIONE

PREPARAZIONE MISCELE MISCELAZIONE MECCANICA DEL FUSO PP-SBS 8% e 30% wt PP-SBR 8% wt PS-SBS 8% wt PS-SBR 8% wt PC-ABS 30% wt MISCELAZIONE IN SOLUZIONE PP-SBS 8% e 30% wt PS-SBS 8% wt PMMA-SBS 8% e 30% wt

PREPARAZIONE CAMPIONI METODI MATERIALI Lucidatura con carte e panni PP-SBS Fusione e modellamento Film in pressa fra silicio o vetro PP-SBR PC-ABS Taglio in azoto liquido PMMA-SBS Film sottile per dip/spin coating PS-SBS Criomicrotomia Etching chimico

ANALISI PRELIMINARI SPIN COATING DIP COATING

ANALISI PRELIMINARI SPIN/DIP COATING PP-SBS Esito negativo: Film non omogeneo Rugosità elevata Cristallizzazione SPIN/DIP COATING PP-SBS

ANALISI PRELIMINARI SPIN/DIP COATING PMMA-SBS Esito positivo: Buona omogeneità Bassa rugosità Buon contrasto di fase SPIN/DIP COATING PMMA-SBS

ANALISI PRELIMINARI CRIOMICROTOMIA Campione Superficie tagliata Lama di diamante Ambiente -120°C

ANALISI PRELIMINARI PP-SBS CRIOMICROTOMIA PC-ABS Esito positivo: Bassa rugosità Microstruttura bulk Presenza di tutte le fasi PP-SBS PC-ABS CRIOMICROTOMIA

ANALISI SISTEMATICHE Campioni PMMA-SBS 8% - 20% - 30% - 50% preparati per spin coating Campioni PP-SBS 8% - 30% e PC-ABS 30% preparati al criomicrotomo.

ANALISI SISTEMATICHE Risultati su film sottile PMMA-SBS PMMA-SBS 8%

ANALISI SISTEMATICHE Risultati su campioni PP-SBS, PC-ABS PP-SBS 8%

RISULTATI + Metodo di preparazione semplice + Ottimo contrasto topografico e di fase - Non adatto a tutti i blends - La microstruttura del film corrisponde a quella in bulk? SPIN/DIP COATING + Microstruttura in bulk + Applicabile a tutti i blends polimerici - Procedimento lento e dispendioso - Finitura superficiale non è sempre ottimale CRIOMICROTOMIA

CONCLUSIONI Si è verificato come la Microscopia a Forza Atomica (AFM) sia una buona tecnica di caratterizzazione per materiali compositi e blend polimerici Si sono testati due tipi di miscelazione e diversi tipi di preparativa dei campioni. In particolare due metodi sono risultati adatti per la caratterizzazione della microstruttura: criomicrotomia e spin/dip coating Sono state eseguite analisi sistematiche su alcune miscele, e in particolare PMMA-SBS, PP-SBS e PC-ABS

Grazie per l’attenzione

PROSPETTIVE FUTURE Studio su PP-SBS e PP-SBR con polimeri impatto con prove meccaniche per collegare la microstruttura alle proprietà Confronto fra microstruttura di un film e bulk Studio appronfondito di altre modalità AFM e di altre tecniche (SNOM, AFAM)

ANALISI SISTEMATICHE Risultati su film sottile PMMA-SBS

MICROSCOPIA A SCANSIONE DI SONDA R=10 nm 10 -15 micron

PREPARAZIONE CAMPIONI METODI Spin e Dip Coating Lucidatura Modellazione su silicio o vetro

PREPARAZIONE CAMPIONI Taglio in azoto liquido

PREPARAZIONE CAMPIONI Criomicrotomia Lama di diamante Campione Superficie tagliata Ambiente -120°C

ANALISI PRELIMINARI LUCIDATURA Esito negativo dovuto a: Rugosità superficiale Deformazione plastica Presenza di inclusioni Domini strappati dalla matrice Buon esito Risoluzione maggiore del microscopio ottico Presenza di una sola fase Non si può discriminare fra i vuoti ETCHING

ANALISI PRELIMINARI MODELLAMENTO SU SILICIO O VETRO Esito negativo dovuto a: Fenomeni superficiali di raffreddamento Esito negativo dovuto a: Elevata rugosità Domini strappati dalla matrice Non si può discriminare fra i vuoti presenti TAGLIO IN AZOTO LIQUIDO