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NANOPREG

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APPLICAZIONI SPECIALI

NANOPREG

	Uno dei problemi più spinosi nella produzione di compound o masterbatch concentrati di nano o micro particelle è la dispersione “perfetta” delle particelle elementari.

	Il nocciolo del problema sta nella capacità di realizzare quella che in gergo idrodinamico potremmo chiamare l’interfaccia massima del sistema liquido-solido e cioè quella condizione in cui tutte le particelle elementari sono rivestite da liquido.

	Il problema è tutt’altro che triviale per i seguenti motivi:
	Spesso la dimensione della macromolecola è superiore, quando scorre, alla dimensione del passaggio interparticellare. Il tempo a disposizione per intercalare il melt nelle nano o micro gallerie, durante un processo di compounding, è molto piccolo Le polveri sono oggetti difficili da manipolare e spesso environment unfriendly.

	Sta di fatto che i nano compositi e a volte anche i micro compositi sono più delle affermazioni che delle realizzazioni.

	Poiché gli agglomerati tendono in generale ad avere forme sferiche, cioè con aspect ratio tendente a 1, l’incapacità di realizzare una dispersione ideale porta normalmente con sé una penalizzazione di concentrazione in peso richiesta, che spesso è di un ordine di grandezza o più. Infatti il coefficiente di impaccamento volumetrico percentuale RCP (Random Close Packing ) va da valori frazionali (esempio 0,1%) fino al 74% circa che è il valore RCP per le sfere regolari uguali. Poiché la maggior parte delle particelle nanometriche ha un aspect ratio >>1, ne viene che questo vantaggio apparente è spesso di fatto perduto a causa di una insufficiente dispersione nella matrice liquida.

	Lo scaricamento sul compound di elevatissimi stress spesso non risolve il problema in quanto la macromolecola nella maggior parte dei casi non ne vuole sapere di intercalarsi nonostante l’adozione dei migliori insegnamenti della chimica d’interfaccia.

	Nexxus Channel ha avviato da tempo lo sviluppo di un nuovo procedimento di produzione di compound o masterbatch a base di nano particelle, superando gli in convenienti dello stato dell’arte. Questo nuovo procedimento denominato NANOPREG è essenzialmente basato sul fatto che le nano particelle vengono predisperse in acqua e quindi mescolate col melt da cui il solvente viene rimosso con un degasaggio molto efficiente, che ha luogo nel modulo di Nexxus DEGASSING.

	Il processo NANOPREG è ancora in fase di perfezionamento.

CNT Nanocyl ingrandite al SEM completamente rivestite dal surfattante e dall’acqua, a valle del processo di dispersione Nanopreg. Diametro CNT = 9,5 nm Lunghezza media CNT 700 nm

CNT Nanocyl ingrandite al SEM, prima del trattamento Nanopreg.

Diametro CNT = 9,5 nm
Lunghezza media CNT 1500 nm

FIBERPREG

I compositi termoplastici rinforzati con fibre minerali (GF), sintetiche(CF) o naturali (juta, kenaf etc.) rivestono un’importanza sempre maggiore nella progettazione e realizzazione di componenti strutturali.

		In generale le fibre possono essere incorporate in una resina termoplastica allo stato di fibre tagliate o continue. Entrambe le soluzioni hanno vantaggi e svantaggi, anche se esistono nicchie applicative in cui le une o le altre hanno privilegi di accesso. Ad esempio nello stampaggio a iniezione o nella termoformatura a sensibile imbutitura l’utilizzo di fibre tagliate è una necessità.

La dispersione di filamenti in liquidi altamente viscosi, come sono normalmente i liquidi polimerici, incontra numerose difficoltà. Il goal è di rivestire col polimero tutti i filamenti, uno per uno, altrimenti l’effetto rinforzante va perduto. Si pensi ad esempio ad un ciuffo di 4200 filamenti di vetro di 17 micron di diametro (2400 TEX). Si pensi al fatto che il tempo di permanenza di questo ciuffo in un processore non può essere illimitato, ad esempio non superiore a 10 s, pena la degradazione del polimero o l’eccessiva rottura dei filamenti.

		Oggi lo stato dell'arte non è compatibile né con un tempo di permanenza molto ridotto, né con la capacità di disperdere i filamenti senza romperli. E’ del tutto normale che filamenti lunghi 4.5 mm all’ingresso diventino più corti di 1 mm nel composito in uscita. Questo fatto può ridurre le proprietà meccaniche del composito fino e oltre il 50%.

Per ovviare alle limitazioni note dell’arte spesso si utilizzano i c.d. granuli pultrusi, prodotti mediante l’impregnazione continua di roving e la loro riduzione a forma cilindrica e successivo taglio. Questo processo ovviamente è molto costoso e spesso non fornisce risultati adeguati.

		Grazie all’azione gentile, anche se energica, della camera di mescolazione il Nexxus Mixing provvede a disperdere uniformemente le fibre tagliate nella matrice polimerica liquida, senza praticamente accorciarle, cioè di fatto rispettando la lunghezza originale.

Per migliorare ulteriormente le proprietà del composito e disperdere le fibre con sforzi di taglio inferiori a quello normalmente scaricati, Nexxus ha sviluppato un nuovo metodo di preparazione delle fibre chiamato FIBERPREG.

L’applicazione è ancora in fase di sviluppo.

PLYSTOCK

La tecnologia convenzionale di estrusione di profili a grande spessore incontra due limiti principale:

L’ingresso del profilo semifuso del calibratore è problematico a causa della flessione sotto il proprio peso (sagging).
La velocità di linea è bassa a causa della bassa conducibilità termica dei polimeri ( 0.2 W/m°C) che non consente uno smaltimento rapido del calore nella vasca di raffreddamento. Quando il rapporto tra l’area sezionale e il perimetro del profilo supera un certo valore (ad esempio 0.005), la tecnologia di estrusione convenzionale diventa antieconomica. Una linea recentemente testata in un paese Nord Europeo con un profilo 260x250 mm di HDPE rinforzato fibre vetro non è riuscita a superare la velocità di 13 mm al minuto corrispondente a circa 60 kg/h, che ha determinato l’abbandono del progetto a causa di eccessivi costi diretti.

Plystock® aggira il problema spezzando la produzione in due tempi:

• produzione di nastri rinforzati fibre a basso spessore a mezzo calandra a tre rulli.

• accoppiamento a caldo di più nastri per creare un unico profilo solido, multistrato.

La velocità di linea che si intende raggiungere è dell’ordine di 5-10 m/minuto corrispondenti a produzioni che oscillano tra 500 e 10000 Kg/h, in funzione della sezione specifica.

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