Materiali nanocompositi resina epossidica e grafite: influenza dell'aspect ratio sulla conducibilità

L'elaborato è uno studio su materiali nanocompositi utilizzati nei componenti elettrici in cui è necessario avere un campo elettrico gradato, come i terminali dei cavi e i giunti elettrici. I materiali in questione sono formati da una matrice in resina epossidica (polimero termoindurente), addittivata con un filler in grafite nanometrica a ridotto aspect ratio. L'obbiettivo è quello di indagare in che modo l'aspect ratio sia responsabile del cambiamento delle proprietà elettriche e isolanti del materiale, in particolar modo se ne studiano gli effetti sulla conducibilità. Per avere un confronto immediato, i risultati sono stati incrociati con quelli di un lavoro precedente, nel quale l'additivo utilizzato era grafene lamellare, in tre differenti dimensioni, con aspect ratio diversi, tutti notevolmente più alti della grafite. Il nanocomposito resina grafite è stato sintetizzato in laboratorio tramite un processo di polimerizzazione in situ. Sono stati effettuati due tipi di prove elettriche: in DC in alta tensione (3000 V) e in AC a una tensione di 3 V (spettroscopia dielettrica). Una volta ottenuti i risultati, è stato fatto un confronto con un modello fisico-matematico, implementato tramite Matlab. Il codice di calcolo permette di ottenere il rapporto tra la conducibilità della matrice di resina epossidica, e quella del materiale composito, dando come input i valori di densità della matrice e del filler, oltre alla geometria e alle dimensioni delle nanoparticelle. La comparazione dei dati sperimentali con i valori calcolati dal modello ha rilevato un trend coerente con le aspettative: con l'aumentare dell'aspect ratio infatti, aumenta la conducibilità misurata. Sono state tuttavia evidenziate anche alcune criticità, che il modello non aveva preso in considerazione, quali la soglia di percolazione e gli effetti dell'umidità.