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Oct 24, 2023

Un rivestimento durevole per prevenire gli effetti della tensocorrosione sulla resistenza superficiale del vetro ricotto

Date: 17 November 2022 Authors: Gregorio Mariggiò, Sara Dalle Vacche, Roberta

Data: 17 novembre 2022

Authors: Gregorio Mariggiò, Sara Dalle Vacche, Roberta Bongiovanni, Christian Louter & Mauro Corrado

Fonte: Glass Structures & Engineering volume 6, (2021) | https://doi.org/10.1007/s40940-021-00161-x

Viene qui esaminata la durabilità di un innovativo rivestimento polimerico recentemente sviluppato dagli autori per prevenire la tensocorrosione nel vetro ricotto. Il rivestimento, avente proprietà funzionali graduate attraverso lo spessore, è ottimizzato per fornire un'ottima adesione con il vetro e un eccellente comportamento idrofobico sul lato esposto all'ambiente, creando così una buona barriera all'umidità, che è l'agente scatenante della tensocorrosione . Vengono analizzati tre scenari in termini di invecchiamento: (i) carico ciclico, ottenuto sottoponendo i campioni rivestiti a carichi ripetitivi; (ii) invecchiamento naturale, effettuato esponendo i campioni rivestiti agli agenti atmosferici; (iii) invecchiamento artificiale, effettuato esponendo i campioni rivestiti a lampade UV fluorescenti, calore e acqua.

La durabilità del rivestimento viene valutata indirettamente, sulla base della sua efficacia residua nel prevenire la tensocorrosione, confrontando la resistenza alla flessione, ottenuta con il test del doppio anello coassiale, di provini di vetro rivestiti invecchiati con quella di provini non rivestiti e appena rivestiti . I risultati ottenuti dimostrano che la formulazione proposta è quasi insensibile al carico ciclico, mantiene ottime prestazioni in caso di agenti atmosferici naturali, mentre è leggermente più sensibile agli agenti atmosferici artificiali.

La tensocorrosione, nota anche come fatica statica, è un fenomeno ben noto che colpisce il vetro ricotto. Consiste in una riduzione della resistenza del materiale causata dall'azione combinata delle sollecitazioni applicate e dell'umidità sulla rete di silice che compone il vetro. La scoperta della fatica statica nel vetro risale alla fine del XIX secolo, quando Grenet osservò che la resistenza del vetro dipendeva dalla velocità di carico o dalla durata del carico (Grenet 1899).

Da allora, e soprattutto nella seconda metà del XX secolo, diversi lavori hanno contribuito a misurare gli effetti dell’acqua e del vapore acqueo sulla propagazione subcritica delle microfessurazioni (Wiederhorn 1967; Wiederhorn e Bolz 1967), e a sviluppare metodi chimici e modelli basati sulla fisica per descrivere il fenomeno della tensocorrosione (Charles e Hillig 1962; Michalske e Freiman 1983). La teoria più accettata per spiegare questa fenomenologia prevede la reazione chimica delle molecole d'acqua con la rete di silice, che avviene all'estremità dei difetti superficiali, sebbene siano state fornite anche altre interpretazioni (Gy 2003).

Le soluzioni a tale problema proposte in letteratura includono, tra gli altri: rivestimenti polimerici e metallici per bacchette di vetro e guide di luce in silice (Bouten 1987; Kurkjian et al. 1993; Chen et al. 1995), grasso al silicone per il rinforzo dei bordi delle lastre di vetro (Lindqvist et al. 2012) e rivestimenti in grafene (Wang et al. 2016). Recentemente, gli autori hanno sviluppato un rivestimento polimerico funzionale preparato con una resina polimerizzabile con raggi UV, un co-monomero di metacrilato fluorurato e un primer silanico co-reattivo ottimizzato per fornire una buona barriera al vapore acqueo, idrofobicità, trasparenza e proprietà di adesione (Dalle Vacche et al.2019b; Mariggiò et al.2020). Tra i numerosi monomeri e oligomeri fluorurati fotoinduribili disponibili (Vitale et al. 2015), il prodotto utilizzato in questo lavoro è caratterizzato da una catena perfluoropolieterea che è un elemento costitutivo onnifobico, ma a differenza dei prodotti perfluoroalchilici, alcuni dei quali sono attualmente vietati, è ACToR non tossico e non bioaccumulabile (ACToR 2015q3 2021).

Secondo un precedente studio effettuato dagli autori, l'applicazione del rivestimento porta ad un aumento della resistenza alla flessione corrispondente ad una probabilità di rottura dello 0,8% pari al 92% per il vetro nuovo e al 62% per il vetro invecchiato. Oltre alle ottime prestazioni contro la tensocorrosione, il rivestimento sviluppato presenta alcuni vantaggi rispetto ad altre tecniche e rivestimenti di rinforzo: è esente da solventi, ha un tempo di indurimento molto rapido, consuma poca energia e può essere facilmente incluso in i sistemi di produzione continua di vetro piano, nonché è disponibile per applicazioni in situ. Pertanto, potrebbe trovare applicazione nella produzione di nuovi elementi strutturali che saranno soggetti a carichi a lungo termine significativamente elevati e nel rafforzamento di elementi esistenti.