Relatore: Prof. Enrico Savio Correlatori: Dr. Francesco Marinello

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

2. INTRODUZIONE Medicine and healt Automotive Packaging and housewares Information and technology

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

4. 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

5. 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.

6. MICROSCOPIA A SCANSIONE DI SONDA VARIAZIONE DI FASE

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

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

9. 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 PP-SBS 8% e 30% wt PS-SBS 8% wt PMMA-SBS 8% e 30% wt MISCELAZIONE IN SOLUZIONE

10. 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

11. ANALISI PRELIMINARI SPIN COATING DIP COATING

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

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

14. ANALISI PRELIMINARI CRIOMICROTOMIA Campione Superficie tagliata Lamadidiamante Ambiente -120°C

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

16. 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.

17. ANALISI SISTEMATICHE Risultati su film sottile PMMA-SBS PMMA-SBS 8% PMMA-SBS 30%

18. ANALISI SISTEMATICHE Risultati su campioni PP-SBS, PC-ABS PP-SBS 8% PP-SBS 30% PC-ABS 30%

19. 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

20. 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

21. Grazie per l’attenzione

22. 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)

23. ANALISI SISTEMATICHE Risultati su film sottile PMMA-SBS

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

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

26. PREPARAZIONE CAMPIONI Taglio in azoto liquido

27. PREPARAZIONE CAMPIONI Campione Superficie tagliata Lamadidiamante Ambiente -120°C Criomicrotomia

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

29. 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