Modellizzazione e fabbricazione di materiali compositi self-sensing tramite integrazione di elementi piezoelettrici in matrici polimeriche

Obiettivo della tesi è stato quello di modellare e fabbricare materiali compositi, unione di una fase piezoelettrica, PVDF-TrFE, e di una fase non piezoelettrica, PDMS. Il modello proposto si basa sulla “Regola delle Miscele”. Questa indica come determinare il coefficiente piezoelettrico, d33, di un composito risultato dell’integrazione, mediante connessione serie o parallelo, di una fase piezoelettrica in una matrice non piezoelettrica. Questa tesi ha avuto il duplice scopo di: validare il modello serie per diverse frazioni volumetriche delle fasi in gioco e caratterizzare, rispetto ai modelli serie e parallelo proposti dalla Regola delle miscele, un composito ottenuto per impregnazione di una membrana nanofibrosa piezoelettrica. A tal fine si sono realizzati due differenti tipi di materiali compositi self-sensing. Il primo tipo, volto a conseguire il primo scopo, è stato sviluppato utilizzando la fase piezoelettrica nella forma di film. Si sono ritagliati sei sample che dopo essere stati polarizzati sono stati integrati in PDMS ricorrendo a maschere per l’integrazione e alla tecnica dello slurry process. Il secondo tipo, volto a conseguire il secondo scopo, è stato sviluppato utilizzando per la fase piezoelettrica una membrana nanofibrosa ottenuta mediante electrospinning. Le cinque parti in cui è stata divisa la membrana sono state prima polarizzate corona e poi integrate in PDMS mediante impregnazione in sacca da vuoto. I dati sperimentali derivanti dalla caratterizzazione elettromeccanica sono stati elaborati mediante un codice MATLAB. I risultati conseguiti per i compositi basati sul film hanno evidenziato una corrispondenza tra i d33 attesi secondo il modello serie e quelli derivanti dall’attività sperimentale. I risultati ottenuti in termini di d33 per i compositi basati sulle nanofibre hanno evidenziato la tendenza di questi ultimi a manifestare un d33 minore rispetto al più basso tra quelli attesi per modello serie e parallelo.