I materiali e la costruzione

La nostra attività di analisi non distruttive sulle imbarcazioni ci offre un punto privilegiato di osservazione di ciò che concerne tali strutture. Nella maggioranza dei casi si tratta di valutare situazioni di difetto esistente o sospetto. Possiamo dividere le anomalie osservabili su un’imbarcazioni in tre categorie: anomalie derivanti dai materiali, anomalie derivanti dalla costruzione e anomalie causate dall’uso.

IL CORE
I difetti della prima categoria si ritrovano soprattutto nel caso di strutture sandwich, in cui l’imputato è il core: tristemente famoso è il cosiddetto “degassing” della schiuma. Questo fenomeno si verifica quando la schiuma utilizzata non è stabile alle temperature raggiunte nel processo di catalisi o non è stabile quando entra in contatto con alcuni prodotti della reazione di reticolazione della resina. In pratica durante la fase di catalisi della resina, a temperatura ambiente o in forno, la schiuma si degrada emettendo prodotti gassosi che rimangono imprigionati tra il core e le fibre. Il difetto si può manifestare alla fine del processo di catalisi stesso oppure la prima volta che la barca sosta al sole per un periodo prolungato; il calore infatti causa l’espansione dei gas imprigionati che esercitano quindi una pressione sulla pelle esterna, favorendone il distacco con conseguente “bozzatura” della superficie esterna.

Lo stesso fenomeno si verifica nel caso si utilizzi un core di balsa non correttamente conservato, lasciato in ambiente umido a lungo: l’umidità assorbita dalla balsa stessa si trasforma in vapor d’acqua con il calore e preme sulla pelle esterna (la pelle interna non esposta al sole mantiene delle temperature più basse) favorendone il distacco.

LE FIBRE
Meno comune, ma sempre da imputare al materiale, è la contaminazione delle fibre da parte di agenti che ne inibiscono la bagnabilità, ovvero la resina non si lega correttamente alle fibre poiché sulle fibre sono depositati prodotti che inibiscono il legame. Se uno strato di fibre è affetto da tale problematica le sollecitazioni favoriranno lo sviluppo di delaminazioni localizzate alla profondità dello strato incriminato. Guardando al microscopio, infatti, si vedrebbero minuscole bolle d’aria che creano un film sullo strato di fibre e fungono da innesco di cricca nella resina; le sollecitazioni causano microfratture nella resina che man mano si uniscono e diventano una vera e propria delaminazione, ovvero la separazione di due strati di fibra.

LA RESINA
Parliamo innanzitutto della resina: come discusso nelle puntate precedenti la resina indurita è composta da due elementi: resina e catalizzatore. Il produttore allega sempre ai materiale una scheda tecnica che spiega le condizioni di utilizzo. Per una resina vengono indicate la percentuale di resina e catalizzatore da miscelare e il ciclo di catalisi (ovvero tempo e temperatura) a cui deve essere sottoposta per raggiungere le caratteristiche meccaniche indicate. Se le percentuali nella miscela sono errate o il ciclo di catalisi non è seguito scrupolosamente, la reticolazione non andrà a buon fine, pregiudicando la stabilità termica del prodotto. Questo significa che una volta riscaldata oltre una certa temperatura perderà le sue caratteristiche favorendo l’insorgere o l’allargarsi di delaminazioni o favorendo lo scollamento del core dalle fibre nel caso di laminazione sandwich.
Nello stesso modo della resina si comporta la colla utilizzata in alcuni casi per attaccare la pelle di fibra al core in schiuma o balsa, essa è infatti stretta parente della resina.
Esponendo al sole, ovvero riscaldando, una resina o una colla non correttamente catalizzata si possono manifesta alcuni difetti sotto forma di delaminazioni e bolle: il materiale scaldato perde le sue caratteristiche e favorisce il distacco degli strati di fibra oppure il distacco del core dalla pelle esterna. L’individuazione delle cause di questo difetto si effettua eseguendo alcune analisi chimiche su un campione di resina e confrontando i risultati con quelli forniti dal produttore.
Ma continuiamo a parlare di bolle, che sono uno dei difetti più comuni anche perché chiaramente visibili ad occhio nudo. Generalmente si manifestano in caso di laminazione sandwich della struttura. Oltre alle cause già discusse, può accadere che in fase di laminazione non venga deposta una adeguata quantità di colla tra core e fibre, oppure che non venga esercitata sufficiente pressione, magari per una perdita del sacco del vuoto, e quindi l’adesione tra questi due strati non sia sufficiente. Il riscaldamento della struttura nuovamente causa l’espansione dell’aria intrappolata e favorisce la formazione di bolle. Prelevando un campione dalla struttura ed osservando la superficie di contatto tra core e colla/resina saranno chiaramente marcate le aree in cui vi è stato il contatto, mentre le zone che non si sono mai toccate risulteranno lucide.
In una laminazione sandwich con core in nomex è invece l’aria stessa intrappolata tra le celle che in fase di cottura (una costruzione di questo tipo è associata generalmente all’utilizzo di resina epossidica e prevede una fase di catalisi della resina in forno ad almeno 80°C di temperatura) si espande e tende a scollare le pelli esterna e interna.

LO STUCCO
Verrebbe allora da pensare di evitare di utilizzare la costruzione sandwich, in quanto porta con sé molteplici possibili problematiche. A parte il discorso strutturale, per cui il sandwich viene utilizzato per alleggerire la struttura a parità di proprietà meccaniche, una barca costruita interamente in monolitico può comunque presentare difetti sotto forma di bolla: se sulla superficie esterna è stato applicato un notevole spessore di stucco, la non uniformità di strati successivi o l’intrappolamento di bolle d’aria può causare ugualmente la deformazione della superficie esterna per la pressione esercitata dall’aria intrappolata nel materiale.

L’OSMOSI
Lo scafo di un’imbarcazione in acqua è sottoposto ad una differenza di pressione positiva dall’esterno verso l’interno pari (in bar) a un decimo della profondità espressa in metri. Una barca che pesca 2 metri sarà quindi sottoposta ad un gradiente di pressione massimo pari a 0,2 bar.
In presenza di una barriera non impermeabile l’acqua tende ad entrare nel laminato verso l’interno dell’imbarcazione. La barriera offerta da una struttura in vetroresina è data dalla resina che non può essere considerata completamente impermeabile. La permeabilità della struttura varia a seconda della resina utilizzata, ma soprattutto della qualità della laminazione.
Un laminato molto poroso è un vero e proprio sentiero segnato per l’acqua che è in tal caso libera di muoversi all’interno dello scafo. Il contatto prolungato con l’acqua degrada la resina stessa e se la struttura è sandwich con maggiore velocità si degrada la schiuma che ne costituisce il core.
Importante è quindi avere un buon e solido laminato soprattutto negli strati esterni dello scafo per impedire all’acqua di entrare liberamente. Se però si osservano i sintomi di osmosi nel proprio scafo si consideri che è un problema assolutamente riparabile. Innanzitutto è necessario verificare fino a che profondità il laminato è compromesso, dopodiché si asportano gli strati difettosi e si ripristinano rilaminando nuovi strati. Ovviamente per non rischiare di ricadere nello stesso problema; sarebbe consigliabile utilizzare una resina più “nobile” nei confronti dell’osmosi ovvero più impermeabile. Quindi la scelta ricadrà sulle resine e stucchi epossidici a discapito delle originali poliestere e vinilestere.

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 (1)

Difetto Causa Tipo laminazione Tecnica costruttiva
Bolla Degassing schiuma Sandwich Laminazione manuale o preimpregnati
Bolla Balsa umida Sandwich Laminazione manuale
Bolla Pressione dell’aria nelle celle di nomex Sandwich preimpregnati
Bolla Quantità di colla tra fibre e core non sufficiente Sandwich Laminazione manuale
Bolla Pressione esercitata dal sacco a vuoto non sufficiente Sandwich Laminazione manuale
Bolla Colla non correttamente catalizzata Sandwich Laminazione manuale
Bolla Intrappolamento di aria nello stucco Monolitica o sandwich Qualsiasi
Osmosi Degradazione della resina poliestere al contatto con acqua di mare monolitica Laminazione con resina poliestere