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La fragilità delle plastiche rinforzate con fibre: in che modo l'elevata resistenza incontra la delaminazione?
Nella scienza dei materiali, la delaminazione si riferisce al verificarsi di rotture stratificate nei materiali. Questa modalità di rottura colpisce non solo la plastica rinforzata con fibre ma anche una varietà di materiali come i compositi laminati e il calcestruzzo. La delaminazione spesso deriva da strutture stratificate create durante la lavorazione ed è un problema comune nella plastica e nei metalli prodotti utilizzando tecnologie come l’acciaio laminato o la stampa 3D.
Nei compositi laminati, spesso i legami tra gli strati falliscono per primi, causando la separazione tra gli strati.
La struttura della plastica rinforzata con fibre è solitamente costituita da un materiale di rinforzo ad alta resistenza (come fibra di carbonio o fibra di vetro) e una matrice polimerica più debole (come la resina epossidica). In questa struttura, quando viene applicato un carico perpendicolare allo strato di rinforzo, o quando viene applicato un carico di taglio, la matrice polimerica è soggetta a fessurazioni e anche le fibre di rinforzo possono staccarsi dalla matrice polimerica.
Per comprendere meglio l'impatto della delaminazione, passiamo a un'altra applicazione comune: il cemento armato. In questo materiale, quando si verifica la corrosione in prossimità della superficie del rinforzo metallico, ne conseguirà la delaminazione del calcestruzzo. Man mano che il metallo ossidato aumenta di volume, creerà tensioni quando trattenuto dal calcestruzzo; quando queste sollecitazioni superano la resistenza del calcestruzzo, si formeranno e si propagheranno delle crepe, causando la separazione della superficie del calcestruzzo.
Una manipolazione impropria durante la lavorazione può portare alla delaminazione del materiale. Se la superficie del calcestruzzo si stacca a causa di una costruzione impropria, il rischio è ancora maggiore.
Nei materiali solidi, il cedimento delle strutture stratificate dovuto a una manipolazione impropria non è un problema isolato, soprattutto nelle tecniche di produzione additiva (come i processi di deposizione fusa), dove anche lo spazio tra lo strato termoplastico di raffreddamento e il substrato di raffreddamento può causare differenze di temperatura. causare la separazione degli strati.
Metodo di rilevamento
L'esplorazione di metodi efficaci per rilevare la delaminazione è un compito importante nella ricerca sulla scienza dei materiali. Attualmente sono disponibili diverse tecniche di test non distruttivi per rilevare la delaminazione nelle strutture, tra cui l'ispezione visiva, l'ispezione a percussione, l'imaging a ultrasuoni, radiografico e a infrarossi. L'ispezione visiva può essere utilizzata per rilevare la delaminazione sulla superficie e sui bordi dei materiali, ma non può rilevare la delaminazione nascosta all'interno del materiale attraverso il taglio.
Il rilevamento del tocco determina la presenza di delaminazione in base ai cambiamenti del suono toccando il materiale. Un suono brillante indica solitamente un buon legame dei materiali, mentre un suono sordo può significare che qualcosa non va.
Nell'applicazione di materiali compositi laminati, rilevare la chiarezza del suono è un metodo semplice ed efficace per valutare le condizioni del materiale. Tuttavia, la soggettività di questo metodo di rilevamento dipende dall'udito e dalla capacità di giudizio dell'esaminatore e le modifiche alla progettazione della parte possono anche influenzare l'altezza del suono, influenzando così la conclusione del rilevamento.
Metodo di prova della resistenza a strati
Nel processo di risoluzione dei problemi di stratificazione, anche i metodi di prova della resistenza sono estremamente importanti. L'American Society for Testing and Materials (ASTM) fornisce una serie di standard, inclusi test di adesione del rivestimento, utilizzati per valutare i rivestimenti e la loro adesione al substrato e la resistenza alla delaminazione.
Le prove di flessione sono un metodo importante per testare la resistenza alla frattura tra i tessuti e vengono spesso utilizzate nei laminati polimerici rinforzati con fibre unidirezionali.
Inoltre, il test della resistenza al taglio interlaminare viene utilizzato anche per misurare la forza del legame tra le fibre e la matrice. In varie condizioni di carico, questi test possono aiutare a valutare il potenziale di delaminazione e guidare i miglioramenti del materiale.
Non solo, per i materiali naturali come il legno anche la resistenza al taglio interlaminare gioca un ruolo importante. Ad esempio, la struttura di un pannello del pavimento lo rende suscettibile alle vibrazioni in risposta alla deformazione.
Sfide future
Con l'avanzare della tecnologia, i ricercatori dovranno affrontare sfide crescenti per migliorare la resistenza e la durata dei materiali. Come superare i limiti intrinseci dei materiali e ottenere plastiche rinforzate con fibre più stabili? Questo sarà un argomento di ricerca a lungo termine e una domanda degna della nostra profonda riflessione.
