Rottura tubo vetroresina

Lo scopo dell'investigazione è quello di caratterizzare il materiale e determinare le cause del danneggiamento avvenuto sulla tubazione in vetroresina.

Le indagini sono state condotte su due aree predefinite: un'area riportante evidenti segni di danneggiamento e la seconda area invece perfettamente integra.
Area non danneggiata
Area danneggiata
La tubazione è costituita da tre parti: parte interna, parete strutturale, parete esterna. La foto seguente mostra la sezione trasversale della tubazione.
sezione trasversale della tubazione
Spettro FT-IR
L'analisi FT-IR è stata eseguita al ricevimento del campione; lo spettro dell'analisi ha evidenziato una composizione a base di resina termoindurente ftalica.

Analisi TGA
L'analisi TGA è stata eseguita sul materiale ricevuto, sia sull'area danneggiata che su quella integra.

Analisi DSC
Dall'analisi DSC condotta sulle due aree oggetto dell'indagine, si è visto come il comportamento termico di entrambe sia il medesimo. In entrambe le aree esaminate (danneggiata ed integra) non vi sono segni di mancanza di reticolazione nella resina utilizzata.

Analisi Filler
Una parte delle due aree oggetto dell'indagine, è stata sottoposta a calcinazione in muffola a 700°C per circa 60 minuti. Il contenuto in ceneri ottenuto è visibile nelle immagini più sotto.

Inoltre, le ceneri sono state successivamente sottoposte ad ulteriori analisi qualitative attraverso la microanalisi SEM/EDS. La composizione risulta essere a base di ossigeno (O), alluminio (Al), silicio (Si) e calcio (Ca).
Contenuto in ceneri: area non danneggiata - Contenuto in ceneri: area danneggiata
Le foto più sotto mostrano la vetroresina esaminata nelle due aree con il SEM (microscopio a scansione elettronica). I diametri delle fibre sono stati misurati per entrambe le aree. 
SEM: area non danneggiata - SEM: Area danneggiata
I residui riscontrati sulla superficie sono stati analizzati con il microscopio elettronico (vedere lo spettro più sotto). E' risultata la seguente composizione: ossigeno (O), alluminio (Al), silicio (Si), magnesio (Mg) e tracce di calcio (Ca), sodio (Na) e cloruro (Cl). Da questo riscontro, i residui superficiali sono costituiti da resti di vetroresina e tracce di sale provenienti da acqua di mare (dove l'oggetto dell'indagine risultava essere immerso).
Spettro EDS
Causa di rottura

Le foto sotto, sono pertinenti per quanto concerne le condizioni di danneggiamento dell'oggetto esaminato. Il primo danneggiamento riscontrato sulla superficie è caratterizzato principalmente da un significativo distacco dello strato superficiale (vedere foto n.1).

L'osservazione effettuata sulla superficie danneggiata mostra la presenza di crateri di differenti misure, che suggerisce la presenza di bolle (vedere foto n.2).

Per quanto riguarda la sezione trasversale dell'area danneggiata in questione si evidenziano dei vuoti significativi nel materiale.

Questi difetti non sono presenti nella sezione trasversale appartenente all'area integra (vedere foto n.3).

Inoltre, il residuo inorganico ottenuto tramite calcinazione è costituito da strati di fibra di vetro (disposti sia in maniera ordinata che random).

La sezione trasversale dell'area danneggiata mostra evidenti difetti di integrità del materiale; questi difetti non sono presenti nella sezione trasversale dell'area non danneggiata (vedere foto n.4).
Conclusioni

A seguito delle analisi chimiche effettuate sulle due aree oggetto dell'indagine (danneggiata ed integra) non si sono evidenziate differenze significative, ma per quanto riguarda l'indagine strutturale di entrambe le aree esaminate, si sono riscontrate significative differenze. L'area danneggiata è caratterizzata da vuoti nel materiale, dovuti ad una mancanza di compattezza dello strato strutturale.

Questa mancanza di compattezza strutturale della parete è dovuta con probabilità ad una mancanza di resina, come confermato dal ritrovamento sull'area danneggiata di un maggiore tenore di fibre di vetro.

Inoltre, la forma arrotondata dei difetti riscontrati sulla sezione trasversale, suggerisce che i vuoti siano originati da sviluppo di gas.

Lo sviluppo di gas è confermato dai difetti riscontrati sulla superficie delle aree danneggiate (i difetti sono attribuibili a bolle di gas).

In un oggetto in vetroresina, è caratteristico il fenomeno degenerativo conosciuto con il nome di "osmosi". L'osmosi è un fenomeno fisico-chimico consistente nel passaggio di un solvente, nel nostro caso l'acqua, attraverso una membrana che separa due liquidi con una differente concentrazione di sale. Infatti, la tubazione in vetroresina immersa nell'acqua costituisce la prima condizione per dare origine all'osmosi. La seconda condizione è che all'interno del laminato in vetroresina vi siano intrappolate delle bolle d'aria posizionate più o meno a contatto con lo strato superficiale (parte esterna).

Come prima cosa l'acqua passa attraverso lo strato esterno per andare a riempire le bolle riscontrate nella parete strutturale. Successivamente, l'acqua all'interno delle bolle inizia a sciogliere tutto ciò che può essere solubile.

In seguito questa soluzione concentrata richiama acqua dall'esterno attraverso lo strato di gel, dopodichè la pressione all'interno delle bolle cresce fino a formare una camera d'aria.

Il fenomeno dell'osmosi è un processo degenerativo. Le cause possono essere:
  • Bassa qualità dello strato superficiale, ad esempio una resina poco impermeabile all'acqua.
  • Lavorazione non accurata per la presenza di bolle d'aria negli strati.
  • Eccesso di catalizzatore utilizzato durante la stratificazione.
  • Stratificazione eseguita in ambiente troppo freddo o troppo umido.
  • Presenza di impurità o solubili nel vetro o nella resina.
Dott.ssa Emma Martin Gonzales

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