BRACE è un progetto di ricerca supportato dalla Provincia Autonoma di Trento attraverso un intervento per il sostegno dell'economia e della nuova imprenditorialità (legge provinciale n. 6/1999).

Il progetto di durata biennale, proposto e coordinato congiuntamente da UFI Innovation Center srl ed Aquafil spa, ha visto impegnato il DII in una interessante attività di ricerca nell'ambito delle nanotecnologie.

Scopo del progetto è il miglioramento di un prodotto industriale, il filtro di profondità, ampliamente utilizzato per la filtrazione di liquidi in vari ambiti industriali, quali ad esempio la filtrazione di carburanti e oli per motori a combustione interna (benzina e diesel o bio-diesel). L'attuale tecnologia costruttiva di tali manufatti prevede che un tessuto non tessuto (TNT) in fibra polimerica sia deposto su una candela di supporto, allo scopo di garantire la resistenza a compressione e per consentire un’agevole manipolazione del semilavorato. La candela di supporto non ha funzione di filtrazione e rappresenta, oltre che un costo, anche un elemento che allunga la catena produttiva. La sua eliminazione, possibile aumentando la rigidità e la tenacità del TNT, consentirebbe una serie di vantaggi, tra cui un miglior sfruttamento del volume a disposizione e quindi una maggiore superficie attiva nella filtrazione, e l’ottenimento di un manufatto monocomponente, con vantaggi anche nel riciclo delle materie prime.

Alla luce di tali considerazioni, l'attività di ricerca è stata finalizzata allo sviluppo di una fibra polimerica in grado di migliorare il manufatto attualmente composto di una parte di PA6 (setto filtrante) ed un’altra di un polimero simile ma termicamente più stabile (PA66) caricato con fibra vetro (candela di supporto).

Il vincolo industriale di non modificare la tecnologia di processo utilizzata per la produzione del tessuto-non-tessuto ha spinto la ricerca verso l'utilizzo di nano-particelle che, opportunamente disperse nella PA6, potessero incrementare le proprietà meccaniche dei setti filtranti, preservando le caratteristiche reologiche della matrice polimerica. La scelta è caduta sulle nano-particelle di argilla organicamente modificata (organo-clays) che sono state disperse nella matrice polimerica mediante due tecnologie: a) inserendole direttamente nel reattore di polimerizzazione della poliammide (in-situ polymerization) oppure b) per dispersione meccanica nel polimero fuso mediante opportuni estrusori bivite (melt-compounding). Nel corso della sperimentazione sono stati investigati gli effetti di vari contenuti di nanocarica fino ad una valore massimo del 5% in peso.

Nelle seguenti immagini, ottenute rispettivamente al microscopio ottico (a) ed al microscopio elettronico (b e c) si può osservare la struttura di un modello di setto filtrante, la microstruttura del tessuto-non-tessuto e la sezione di una singola fibra di PA6 contenente l'1% in peso di nanocarica dispersa in fase di polimerizzazione. Nell’immagine (c) ad elevati ingrandimenti si può osservare l’ottima dispersione delle nano-particelle inorganiche nella matrice polimerica. Tali particelle finemente disperse inducono un notevole aumento delle proprietà meccaniche dei setti filtranti.

   a)  b)  c)

  d) 

Le proprietà meccaniche a compressione dei filtri sono state valutate mediante prove eseguite sui setti filtranti secondo le modalità illustrate nella seguente figura (d). Tali prove hanno consentito di valutare ad esempio la rigidezza dei setti filtranti riportata in figura (e) che mostra i valori di rigidezza in funzione del contenuto di nanocarica dispersa in fase di polimerizzazione (.) o direttamente nel polimero fuso (.). Le nanocariche hanno consentito di raggiungere un notevole incremento della rigidezza (fino ad un fattore 100) che ha consentito l’eliminazione del supporto candela dal manufatto e quindi il pieno raggiungimento degli obiettivi del progetto.

Responsabile: prof. Alessandro Pegoretti