D'Auria, Marco (2015) Materiali leggeri magneto-sensibili basati su strutture polimeriche espanse e particelle con distribuzione spaziale controllata mediante campo magnetico. [Tesi di dottorato]

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Abstract

I materiali magneto-reologici e magneto-elastici rappresentano una specifica classe di materiali intelligenti che rispondono ad un campo magnetico esterno manifestando un rapido e reversibile cambiamento delle loro proprietà visco-elastiche. Le proprietà più significative di questi materiali sono l'effetto magnetostrittivo e la variazione della rigidezza in seguito all'applicazione di un campo magnetico. In passato sono stati proposti diversi materiali magneto-reologici solidi, ma la loro elevata densità richiedeva magnetici molto alti per distribuire le particelle in maniera ottimale e sfruttare la loro risposta magneto-elastica, riducendo in questo modo i loro potenziali campi di applicazione. La necessità di ridurre sia il peso delle strutture sia l'intensità dei campi utilizzati hanno creato una spinta verso lo sviluppo di materiali a bassa densità: i materiali porosi rappresentano una possibile soluzione a tali esigenze. I materiali espansi sono caratterizzati da una riduzione delle prestazioni meccaniche rispetto ai corrispettivi materiali compatti in proporzione all'aumento della porosità. Un modo per migliorarne le proprietà meccaniche è di rinforzali con fibre corte o additivi particellari. Inoltre, a differenza dei fluidi magneto-reologici, i solidi magneto-elastici possono essere facilmente modellati e caratterizzati da una fissata distribuzione spaziale delle particelle definita durante la formatura, ottimizzando la risposta in una direzione preferenziale. Partendo da queste considerazioni, sono stati sviluppati materiali magneto-elastici a bassa densità, costituiti da una matrice polimerica espansa al cui interno sono state disperse particelle magnetiche. Al fine di conferire e gestire le proprietà meccaniche e magneto-elastiche dei materiali, è stato applicato un campo magnetico durante il processo di espansione in modo da controllare la distribuzione delle particelle in strutture a catena, allineate lungo le linee del campo magnetico. Tale configurazione è stata consolidata dopo la reticolazione del polimero. I campioni con particelle in strutture a catena hanno mostrato migliorate prestazioni meccaniche in termini sia di modulo di Young a compressione (lungo la direzione di allineamento) sia di modulo di taglio (nella direzione ortogonale a quella di allineamento) rispetto agli espansi puri e agli espansi con una distribuzione casuale delle particelle. Per tutti i sistemi è stato studiato il comportamento magneto-meccanico, manifestando una risposta magneto-elastica in termini di variazioni di forza anche utilizzando campi magnetici di intensità moderata.

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