Controllo di qualità su nanocompositi polimerici

I PNC vengono prodotti miscelando i polimeri fusi con additivi a nanoparticelle all’interno di un estrusore. L’utilizzo di nanoparticelle funzionali all’interno dei polimeri costituisce una delle applicazioni più promettenti di questa nuova classe di materiali. Alle basse quantità, le nanoparticelle offrono un miglioramento nei PNC a livello di conducibilità elettrica, resistenza al fuoco, proprietà ottiche e meccaniche.

Gli scienziati finanziati dall’UE hanno ora sviluppato una nuova tecnologia che permette un controllo preciso delle proprietà relative ai PNC, durante la produzione. Sviluppata all’interno del progetto NANOONSPECT (Reliable integrated on-line characterisation tool for thermoplastic compound), la tecnologia onBOX consente il monitoraggio ad alta risoluzione di formazione di reti di particelle, relativa dispersione e dimensione.

Alcuni sensori online di nuova concezione sono integrati in questo dispositivo che analizza le proprietà di fusione durante la produzione dei PNC. La tecnologia onBOX incorpora un viscosimetro a capillare, nonché sensori di conducibilità termica ed elettrica, temperatura, densità e pressione. Gli spettrometri nel vicino infrarosso e Raman forniscono informazioni sul processo di dispersione e i sensori a microonde monitorano il comportamento di agglomerazione.

Per garantire un’adeguata dispersione delle nanoparticelle, è necessario monitorare molte variabili di elaborazione. Al fine di risolvere tale problema multivariato, i partner del progetto hanno sviluppato un sofisticato sistema di controllo basato su una rete neurale artificiale (ANN). Una ANN imita la funzione del cervello umano per cui le connessioni tra i neuroni determinano la risposta più appropriata agli stimoli sensoriali.

Da un lato, una ANN calcola le proprietà offline del materiale dalle proprietà misurate online. Dall’altro, un sistema esperto suggerisce parametri di processo atti a ottenere le proprietà desiderate monitorate online. Inoltre una nuova tecnologia di miscelazione (Nexxus Channel) è stata adattato alla linea di lavorazione, consentendo un’ottima dispersione delle nanoparticelle dai liquami, nella matrice polimerica.

Lavorando in sinergia, le tecnologie di nuova concezione garantiscono qualità del prodotto elevata e consistente attraverso un controllo adattativo. Questo nuovo sistema di controllo è stato testato su scala industriale da due piccole imprese nell’ambito del consorzio, in rappresentanza della grande base di potenziali clienti a livello di piccola impresa. Il sistema è stato costantemente in grado di generare la risposta più appropriata, utilizzando i segnali provenienti dal processo di miscelazione.

Un controllo preciso dei parametri del processo di estrusione dei PNC e, dunque, delle caratteristiche del prodotto finale, non era possibile in passato. Il progetto NANOONSPECT ha aperto la porta a prodotti PNC su misura e di alta qualità. Inoltre, il ridotto impatto ambientale comporterà dei vantaggi per i produttori in termini di minor consumo di energia e materie prime.