Design e ottimizzazione di micro-reticolati protettivi per migliorare la resistenza nel tempo di superfici polimeriche funzionalizzate

The functionalisation of polymer surfaces produced by injection moulding finds application in various industrial sectors. This functionalisation takes place - for the most part - by means of a controlled modification of the surface topography. In the case of components subjected to stresses from the external environment, the durability of the surface structures is very low and thus the functionality compromised. The following work therefore focused on the design and development of micro-grating in order to protect functionalised surfaces using LIPSS from wear and external environmental stresses. The primary objective was to combine the distinctive characteristics of LIPSS nanostructures, obtained by laser irradiation, with the robust properties of the micro-grating in order to arrive at a compromise between increasing durability and decreasing the percentage of LIPSS per unit area. Various protective grating configurations were explored, varying their pitch, height and shape. The various polymeric samples obtained by combining laser ablation processes with micro-injection moulding were subjected to accelerated wear tests. The results show that the effectiveness of micro-grating increases as the pitch decreases. This innovative approach could find significant applications in fields such as biomedicine, optics and the production of high-performance devices, contributing to the development of more durable engineered surfaces.

La funzionalizzazione delle superfici in materiale polimerico prodotte mediante stampaggio ad iniezione, trova applicazione in diversi comparti industriali. Tale funzionalizzazione avviene - per la maggior parte dei casi - andando a modificare in maniera controllata la topografia delle superfici. Nel caso di componenti soggetti a sollecitazioni derivanti dall’ambiente esterno, la durabilità delle strutture superficiali risulta essere molto bassa e dunque la funzionalità compromessa. Il seguente lavoro si è dunque concentrato sul design e sullo sviluppo di micro-reticolati al fine di proteggere dall’usura e da sollecitazioni ambientali esterne le superfici funzionalizzate mediante LIPSS. L'obiettivo primario è stato quello di combinare le caratteristiche distintive delle nanostrutture LIPSS, ottenute tramite irraggiamento laser, con le proprietà robuste del micro-reticolato per giungere a un compromesso tra l’incremento di durabilità e la diminuzione percentuale di LIPSS per unità di area. Sono state esplorate varie configurazioni protettive di reticolo, variandone il passo, l'altezza e la forma. I vari campioni polimerici ottenuti combinando processi di ablazione laser con il micro-stampaggio ad iniezione, sono stati sottoposti a test di usura accelerati. I risultati mostrano che l’efficacia del micro-reticolato cresce al ridursi del passo. Questo approccio innovativo potrebbe trovare applicazioni significative in settori quali la biomedicina, l'ottica e la produzione di dispositivi ad alte prestazioni, contribuendo allo sviluppo di superfici ingegnerizzate più durevoli nel tempo.