Delaminazioni e Fratture

LE DELAMINAZIONI
La nomenclatura nel campo dei difetti dei materiali compositi scarseggia. Si parla infatti spesso di delaminazione senza considerare la molteplicità delle tipologie e delle cause che caratterizzano una delaminazione. La nostra esperienza nel settore ce ne ha fatto individuare diversi tipi. Parleremo delle più comuni riscontrabili sulle strutture delle imbarcazioni.
Una delaminazione può presentarsi tale subito dopo la costruzione oppure durante la costruzione sono state incluse delle bolle di aria tra due strati adiacenti che in seguito, per il calore e gli stress subiti, si sono collegate tra di loro causando la separazione degli strati; oppure, sebbene la costruzione fosse stata ottimale, la struttura è sottodimensionata, da progetto o per il non posizionamento di tutti gli strati previsti, e quindi cede.Per quanto riguarda i primi due casi, generalmente la causa è da ricercarsi in una cattiva laminazione o programmazione della laminazione del pezzo. La lista di ciò che può capitare durante la laminazione manuale di una struttura è lunga, tra le altre:

– il compattaggio delle fibre è insufficiente e non si usa il sacco del vuoto, soprattutto per laminazione di superfici verticali
– il compattaggio delle fibre è insufficiente per un vuoto inefficiente a causa di una perdita del sacco
– il compattaggio delle fibre è insufficiente perché gli strati sono troppi e lo spessore da compattare troppo alto e quindi il vuoto non è sufficiente
– la laminazione è stata eseguita in più riprese, ovvero posizionando e resinando gli strati in più di una volta sola, ed è intercorso troppo tempo tra l’una e l’altra, pertanto si sono depositati agenti estranei come grasso e polvere che non sono stati completamente rimossi tramite una pulitura e sgrassatura della superficie.
– durante la laminazione sono stati inseriti involontariamente dei materiali estranei che fungono da distaccante quali film di plastica.

Quando si parla di compattaggio delle fibre insufficiente significa che durante la laminazione sono rimaste intrappolate tra gli strati delle bolle d’aria e quindi la laminazione risulta porosa. Tale difettologia fa invecchiare precocemente la struttura, in quanto sottoposta a stress le bolle si uniscono tra di loro per microfratture che si creano nella resina, dando origine a vere e proprie delaminazioni.
Un’altra causa di intrappolamento di bolle d’aria è la progettazione di un piano di laminazione che preveda un’interfaccia tra due strati molto diversi geometricamente per una grammatura diversa. Gli interstizi d’aria lasciati tra un tessuto e l’altro non riescono ad essere riempiti completamente da resina lasciando porosità in corrispondenza di tale interfaccia
Durante la costruzione, in fase di cottura della struttura ad alte temperatura, l’aria imprigionata tra gli strati si dilata e favorisce l’insorgere di delaminazioni. Questo difetto si riscontra soprattutto utilizzando i preimpregnati.
Un processo di infusione non correttamente studiato può causare la carenza di afflusso di resina in alcune zone della barca e al contrario eccessi di resina in altre aree. Laddove vi sia una carenza di resina si riscontreranno porosità e delaminazioni; laddove al contrario c’è un eccesso di resina, l’esotermia del processo di catalisi può innalzare troppo la temperatura localmente e degradare la resina stessa.

IMPATTI/COLLISIONI

Numerosi inoltre sono gli interventi che ci vengono richiesti per valutare i danni causati da incidenti di vario genere. Il più comune è l’impatto del bulbo contro il fondale. Le conseguenze causate da un tale evento straordinario dipendono dall’entità dell’urto e dal tipo di costruzione dell’imbarcazione.
In un impatto quale urto della chiglia contro il fondale lo stress viene trasmesso all’attacco della chiglia sullo scafo, favorendo lo sviluppo di delaminazioni nello scafo intorno all’asse di simmetria longitudinale, localizzate intorno alla chiglia. L’area poppiera della chiglia rientra nello scafo (vedi disegno) e può provocare fratture e/o scollamenti delle strutture interne: madieri, paratie, paramezzali, arredamento. In un’imbarcazione con un fasciame piuttosto sottile l’urto provoca una notevole deformazione dello scafo con conseguente disastro nelle strutture interne. Inoltre maggiore è l’elasticità dello scafo e minore sono i danni allo scafo stesso. Le eventuali delaminazioni provocate sono localizzate attorno alla chiglia, maggiormente nell’area prodiera e poppiera e possono essere accompagnate dalla frattura delle fibre dei primi strati esterni. Lo stress causato dall’urto della chiglia può inoltre propagarsi ai bulloni di fissaggio della chiglia stessa favorendo l’innesco o la propagazione di cricche nel metallo.
L’impatto con altre imbarcazioni durante la navigazione o l’ormeggio può provocare un danno limitato alla zona interessata dall’urto, ma attenzione se la zona di impatto è prossima ad aree particolarmente sollecitate quali lande del sartiame o dello strallo. “È meglio accertarsi che i rinforzi e le strutture prossime (paratie) non abbiano subito dei danni quali delaminazioni, scollamenti o frattura delle fibre.
DEFINIZIONI:
Vuoto: Inclusione di aria tra gli strati del laminato.
Delaminazione: Totale scollamento tra due strati adiacenti del laminato.
Frattura: Interruzione delle fibre
Bolla: Scollamento tra gli strati che determina la modificazione della curvatura della superficie esterna dello scafo
Porosità: Diffusa presenza di vuoti di piccole dimensioni (< 9 mm2) tra gli strati di fibra.

TABELLA RIASSUNTIVA DEI DIFETTI RISCONTRABILI NELLA STRUTTURA DELLE IMBARCAZIONI IN MATERIALE COMPOSITO (2)

Difetto Causa Tipo laminazione Tecnica costruttiva
Delaminazione interfacce di trame di tessuti troppo diversi + sollecitazione meccanica Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazione compattaggio con vuoto inefficiente Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazione troppi strati da compattare per la pressione della quale si dispone Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazione Cattiva laminazione manuale Monolitica Laminazione manuale
Delaminazione laminazione in due tempi troppo distanti tra di essi Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazione inclusione di materiali estranei Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazione bolle d’aria imprigionate tra gli strati che si dilatano in fase di cottura Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazione mancata pulitura e sgrassatura della superficie tra prima laminazione e seconda laminazione Monolitica Laminazione manuale o preimpregnati
Delaminazioni e porosità (fibre secche) Mancato afflusso di resina Monolitica o sandwich infusione
Delaminazione Sottodimensionamento della struttura o non conformità della laminazione al progetto Monolitica o sandwich qualsiasi
Delaminazione Impatto/collisione Monolitica o sandwich qualsiasi
Frattura Impatto/collisione Monolitica o sandwich qualsiasi