Sviluppo e caratterizzazione di filtri nanocompositi multifunzionali per il settore automobilistico

Dall’esigenza di UFI Innovation Center, un’azienda trentina operante nel settore automotive, e dalla collaborazione tra INSTM e il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII) dell’Università di Trento ha preso forma un progetto che ha come obiettivo la preparazione e la caratterizzazione di una nuova generazione di filtri polimerici multifunzionali da utilizzare per la filtrazione del combustibile nei motori diesel. La ricerca, condotta da Alessandro Pegoretti (referente scientifico del progetto) e da Andrea Dorigato (ricercatore responsabile), ha ottenuto un finanziamento dalla Fondazione Cassa di Risparmio di Trento e Rovereto.

L’idea progettuale

Attualmente, il funzionamento dei motori diesel è vincolato a un sistema di riscaldamento del gasolio già a partire da temperature esterne di -5°C. Questo è realizzato mediante una candela ceramica esterna al filtro. Il progetto si prefigge di poter eliminare tale componente realizzando un setto filtrante che possa essere riscaldato mediante passaggio di corrente elettrica a basso potenziale attraverso le fibre polimeriche che costituiscono il filtro stesso. L’attenzione è caduta su una delle matrici polimeriche attualmente utilizzate da UFI Filters per la produzione dei setti filtranti, ossia il polibutilen-tereftalato (PBT). Il PBT è un polimero con una bassa resistività elettrica (uguale o inferiore a 1000 ohm*cm), riscaldabile per effetto Joule in maniera rapida (entro 10 secondi) con un innalzamento della temperatura di almeno 20-30°C applicando una bassa tensione (12/24V). Inoltre possiede adeguate caratteristiche reologiche, che lo rendono adatto ad essere filato in un tessuto-non-tessuto con cui si costruirà il setto filtrante. Infine il polimero può essere “arricchito” con nanocariche carboniose conduttive quali carbon-black (CB), nanotubi di carbonio (CNT), nanoparticelle di grafite (GNP) e grafene (G). Tali materiali materiali di partenza selezionati saranno miscelati attraverso un mescolatore interno o un estrusore bivite prima di essere utilizzati per la produzione di tessuti non tessuti (non woven fabrics).

I risultati

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 è il punto centrale della ricerca. Il risultato di tali attività sarà la base per lo sviluppo di una nuova linea di prodotti da lanciare presto sul mercato. 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

È stato dimostrato un interessante effetto sinergico tra carbon black e nanotubi di carbonio

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 secondi di applicazione della tensione elettrica. 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.

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