Caratterizzazione avanzata di sistemi epossidici e laminati in fibra di carbonio

Attualmente, l’impiego dei materiali compositi nei diversi settori ingegneristici registra una costante crescita. Il connubio ottimale tra resistenza meccanica, rigidezza e leggerezza, conferisce a questi materiali proprietà strutturali spesso superiori a quelle dei materiali metallici tradizionali. Il presente elaborato pone l’attenzione sui materiali polimerici fibrorinforzati (FRP) e in particolar modo quelli che adoperano le resine epossidiche come matrice e le fibre di carbonio come materiale di rinforzo. Tali materiali hanno ridefinito i paradigmi progettuali nei settori ingegneristici ad alte prestazioni, quali l’aerospaziale e l’automotive. Le eccellenti proprietà specifiche e il loro consolidato successo ne hanno determinato la progressiva preferenza rispetto ai metalli convenzionali. Questo scenario si sta estendendo anche nell’ingegneria civile, dove i compositi, tra le varie applicazioni, vengono adottati sia per interventi di rinforzo strutturale e risanamento di strutture interne e/o esterne esistenti, sia per la manifattura di componenti di nuova concezione. Il motivo principale è legato all’elevata resistenza alla fatica e alla corrosione, buoni rapporti costi-prestazioni, estrema leggerezza e importante versatilità applicativa. La resina epossidica, infatti, grazie alle sue proprietà chimiche, fisiche e meccaniche viene utilizzata come legante su diversi substrati, ad esempio il calcestruzzo. Questa applicazione in particolare ha suscitato l’interesse di molti scienziati, spingendoli ad esaminare i fattori critici che potessero incrinare la durabilità dell’adesione. Di fatto, quando adoperati in ambito edile, tali materiali si trovano ad essere esposti ad ambienti critici, potenzialmente aggressivi, che provocano una riduzione delle prestazioni, influenzando la loro durata nel lungo termine. I principali fattori degradativi possono essere causati dall’azione combinata di temperatura, umidità, radiazioni UV, che possono provocare fenomeni di degrado fisico idrotermico, ma anche cambiamenti permanenti visivi, come la decolorazione. Il presente lavoro di tesi sperimentale si colloca in questo contesto, con lo scopo di valutare l’impatto dei parametri igrotermici, nello specifico temperatura e umidità, sul processo di reticolazione e sulle proprietà chimico-fisiche e meccaniche di sistemi epossidici puri e laminati in fibra di carbonio. Per quanto riguarda le resine pure, inoltre, sono state realizzate modulando la quantità di materiale secondo rapporti definiti, per comprendere anche l’impatto delle caratteristiche geometriche sulla reticolazione, oltre l’influenza degli agenti esterni. Questo ha permesso di valutare il cosiddetto effetto massa e la conseguente variazione degli spessori. La fase pratica ha visto la produzione di resine epossidiche pure e laminati in fibra di carbonio realizzati con la medesima resina. Tutti i provini di resina e laminati sono stati sottoposti ad un ciclo di cura di 24 ore all’interno di una camera climatica, dove sono state combinate 3 condizioni di temperature (10 ᵒC, 25 ᵒC e 35 ᵒC) e 3 percentuali di umidità (50%, 75% e 90%), al fine di ricreare possibili situazioni reali di applicazione. La fase successiva è stata dedicata a uno screening analitico approfondito che ha visto l'esecuzione di diverse analisi: la Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC), che ha permesso di individuare la Tg, l’Analisi Termica Simultanea (STA) combinando la TGA e la DTA, che ha consentito la valutazione contemporanea della variazione della massa del campione e dei flussi di calore, l’Analisi Termomeccanica (TMA), che ha valutato la dilatazione e la Spettrometria Infrarossa in Trasformata di Fourier (FTIR), che ha permesso l'analisi chimica.