Analisi Non Distruttive FTIR
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
La Spettroscopia a trasformata di Fourier è un metodo di analisi non distruttiva per l’identificazione dei materiali tramite l’analisi delle vibrazioni dei legami chimici; si basa sull’assorbimento da parte dei materiali della radiazione infrarossa. Un componente (spettrometro) focalizza la radiazione infrarossa sul campione per misurare sia le lunghezze d’onda assorbite dal materiale sia l’intensità dell’assorbimento. Si produce quindi uno spettro tramite un’operazione matematica chiamata trasformata di Fourier. Gli spettri possono fornire informazioni sia qualitative sia quantitative. Le lunghezze d’onda assorbite dal campione sono caratteristiche dei gruppi chimici presenti nel campione. L’intensità di assorbimento ad una definita lunghezza d’onda indica la concentrazione del gruppo chimico responsabile dell’assorbimento.
Il laboratorio di Q.I. Composites è equipaggiato con uno spettrometro a trasformata di Fourier portatile disegnato per applicazioni ed analisi non distruttive in-situ. Polimeri, liquidi, solidi, gel, compositi, vernici, rivestimenti possono essere analizzati da questa strumentazione.
Elenchiamo alcune applicazioni pratiche:
- Misura della degradazione delle resine per esposizione al calore:
l’esposizione al calore causa l’ossidazione di alcuni componenti della resina di un materiale composito, con una conseguente possibile perdita di resistenza delle parti in composito. La spettrometria FTIR può identificare e quantificare i prodotti di ossidazione e identificare le aree danneggiate da esposizione al calore. - Verifica della composizione dei materiali:
l’analisi FTIR è utile per identificare vernici, primers, rivestimenti protettivi, plastiche. La composizione di queste può essere determinata tramite spettrometria infrarossa. - Verifica della pulizia delle superfici:
La contaminazione presente sulla superficie di materiali da incollare o presente sui primer necessari ad assicurare un incollaggio adeguato mette a rischio la resistenza e la durata dell’incollaggio. La contaminazione può provenire da oli, umidità e anche la traspirazione ed il grasso delle impronte dell’uomo. Tutti questi agenti possono abbassare la qualità dell’incollaggio. L’analisi FTIR permette di verificare la presenza di agenti di contaminazione tramite analisi non distruttiva. - Presenza di contaminazioni:
La presenza di contaminanti nelle resine e gelcoat può causare la perdita delle caratteristiche di resistenza del materiale oppure all’ingiallimento quando esposti a raggi UV. L’analisi tramite FTIR può rivelare la presenza di tali contaminanti tramite indagine non distruttiva delle superfici. Ancora, combustibili o altri agenti chimici possono essere assorbiti all’interno della matrice del composito e l’analisi FTIR può essere utilizzata per il monitoraggio della contaminazione del composito, fornendo allo stesso tempo indicazioni relative ad eventuale degradazione del composito stesso: si tratta quindi di un importante strumento per identificare potenziali ulteriori danni del composito. - Degradazione chimica:
I componenti delle resine sono sensibili al calore, a processi ossidativi/degradativi come la radiazione ultravioletta e l’esposizione ad agenti chimici. L’analisi FTIR può essere utilizzata per misurare la degradazione del composito dovuta al calore, all’ultravioletto o altri agenti chimici.
Due spettri FTIR misurati su due campioni di gelcoat prelevati sulla stessa imbarcazione:
lo spettro rosso è relativo al gelcoat bianco, lo spettro blu è relativo al gelcoat ingiallito (originalmente bianco). Confrontando i due spettri con il riferimento miscelato e catalizzato in laboratorio (non disponibile nell’immagine) si osserva che entrambi i campioni sono contaminati da un olio e probabilmente anche il campione bianco è destinato ad ingiallire in futuro.
Due spettri FTIR di due campioni di laminato di carbonio e resina epossidica:
lo spettro rosso è relativo al laminato corretto, lo spettro blu è stato rilevato dallo stesso laminato esposto ad alta temperature. Si osserva che le catene molecolari sono state degradate dall’esposizione al calore e di conseguenza anche le caratteristiche meccaniche sono compromesse.
Due spettri FTIR registrato su un materiale di riferimento in polipropilene (blu) e un tubo costituito dallo stesso materiale (verde) in uso in un impianto chimico.
L’azione combinata di luce UV e ossigeno, nel tempo, danneggia i polimeri, portando alla degradazione del materiale e compromettendone le proprietà meccaniche. Nel caso specifico, confrontando i due spettri si osserva che le catene molecolari del materiale del tubo sono danneggiate.