Dall’esigenza di un’azienda trentina operante nel settore automotive (UFI Innovation Center di Ala), e dalla collaborazione tra il Consorzio Interuniversitario di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) e il DII, ha preso forma l’idea progettuale di un nuovo filtro multifunzionale per la filtrazione del combustibile per motori diesel. Nell'ambito di tale progetto, il ricercatore Andrea Dorigato sta conducendo da circa un anno attività di ricerca finalizzate all’applicazione di diverse tipologie di cariche carbonacee nanostrutturate da disperdere nel materiale plastico (il polibutilentereftalato - PBT) utilizzato per la realizzazione di alcune parti del filtro.
Al bando di concorso della Fondazione Cassa di Risparmio di Trento e Rovereto lanciato nell’anno accademico 2014/2015 sono stati presentati 14 progetti, dei quali 10 ammessi a finanziamento, per un totale di 21 ricercatori coinvolti, 10 imprese sul territorio e 22 enti di ricerca tra enti capofila e partner. Tra i progetti finanziati, quello relativo allo sviluppo di nuovi filtri nanocompositi multifunzionali per il settore automobilistico vede coinvolto il Dipartimento di Ingegneria Industriale.
L’obiettivo del progetto è di rendere elettricamente conduttivo il PBT utilizzato per la produzione del tessuto-non-tessuto costituente il setto filtrante di alcune tipologie di filtri per il settore automotive. Sarà così possibile riscaldare il filtro mediante passaggio di corrente elettrica a basso potenziale (fino a 24 V) attraverso le fibre polimeriche costituenti il filtro stesso. Nel PBT vengono disperse nanocariche conduttive potenzialmente interessanti per la specifica applicazione, quali carbon-black, nanotubi di carbonio o nanoplatelets di grafene. La ricerca passa attraverso lo studio sistematico dei materiali e delle formulazioni ottimali, dei parametri di processo per la dispersione delle nanocariche e la misura delle proprietà termomeccaniche ed elettriche dei materiali così prodotti. Il risultato di tali attività, attraverso la collaborazione con un partner industriale leader nel settore quale UFI Filters, porrà le basi per lo sviluppo di nuovi prodotti ad elevato valore aggiunto. La speranza, naturalmente, è quella di poter lanciare presto sul mercato una nuova linea di prodotti. Il progetto di ricerca si avvale anche della collaborazione di gruppi di ricerca esterni, come il laboratorio presso cui opera la prof. Maria Conceição Paiva (Università di Minho – Portogallo), soprattutto per le tematiche riguardanti la funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio necessaria per aumentare la loro compatibilità ed adesione con la matrice polimnerica.
I risultati finora raggiunti dimostrano come l’introduzione di nanocariche quali i nanotubi di carbonio ed il carbon black, consenta un notevole incremento della conducibilità elettrica (vedi Figura 1a), e come vi sia un interessante effetto sinergico tra carbon black e nanotubi di carbonio (vedi Figura 1b). Applicando le tensioni generalmente utilizzate per le batterie delle automobili (12 V), è stato possibile ottenere dei notevoli riscaldamenti dei campioni per effetto Joule, con incrementi della temperatura superficiale anche di 50 °C dopo 60 s di applicazione della tensione elettrica (Figura 2). Nella seconda parte della sperimentazione, verrà valutato l’effetto di altre cariche carbonacee (ad esempio milled carbon fibers) e si cercherà di produrre con la collaborazione di UFI alcuni prototipi industriali.
Ricercatore responsabile del progetto: Andrea Dorigato
Referente scientifico del progetto: Alessandro Pegoretti
Figura 1: Resistività elettrica di nanocompositi a base PBT caricati con carbon black (CB) e nanotubi di carbonio (CNT): effetto del contenuto di nanocarica, b) effetto del rapporto CNT/CB per un contenuto totale di nanocarica del 6%.
Figura 2: Termogrammi IR che mostrano l’ evoluzione della temperatura superficiale dei nanocomposti a base di PBT – contenuto in peso totale di nanofiller pari al 6% (voltaggio applicato 12 V).