Mechanical characterisation of thermally aged polymers by bulge test and relation to diffusion-limited-oxidation effect

Gli impianti nucleari di terza generazione sono stati progettati in modo da funzionare per un periodo di vita intorno ai quarant’anni, nonostante questo è necessario estendere la loro operatività fino a sessant’anni. Un ruolo importante sarà ricoperto dai cavi elettrici operanti nell’impianto, che vengono solitamente indagati attraverso invecchiamenti artificiali del materiale polimerico, che costituisce il principale composto nello strato isolante, arrivando quindi a definire una valutazione operativa di quello che è il loro tempo di fine vita. Quando i campioni polimerici vengono sottoposti a trattamenti di invecchiamento ad alta temperatura in tempi brevi, essi degradano con effetti che sono imputabili alla diffusion limited oxidation (DLO). Questa tesi tratta il problema della misurazione sperimentale di caratteristiche meccaniche con gradiente spaziale di campioni invecchiati artificialmente in presenza di DLO, utilizzando il polietilene reticolato, principale componente nell’isolante dei cavi elettrici per impianti nucleari. il modulo elastico viene misurato adottando due diverse tecniche. Inizialmente è stato usato un approccio più globale mediante il test di rigonfiamento, al fine di valutare le proprietà di massa; in seguito le proprietà dipendenti dalla profondità sono state indagate mediante nanoindentazione, tecnica che permette di valutare l’andamento del modulo elastico lungo il profilo del campione. I risultati sono poi confrontabili con le analisi chimiche, che sono invece in grado di definire la distribuzione dell’intensità di ossidazione con l’uso di Spettrometria di massa di ioni secondari e a tempo di volo. Questo studio fornisce una solida metodologia per la determinazione sperimentale delle proprietà meccaniche locali di materiali polimerici dopo l’invecchiamento accelerato artificialmente (in condizioni di DLO).