Effetto della umidità

La presenza di umidità in giunti adesivi è in grado non solo di influenzare le proprietà fisiche e chimiche del collante stesso, ma anche l'interfaccia tra l'adesivo e il substrato. In caso di giunti in composito esposti ad ambienti umidi, i meccanismi di degradazione sono molto diverso rispetto ai giunti metallici incollati. A differenza dei metalli, la resistenza dei giunti incollati in composito con resina epossidica rimane buona anche in presenza di acqua, quindi diminuisce la probabilità di rottura all’interfaccia dovuta all’invecchiamento. Inoltre l’aderendo in composito è in grado di assorbire acqua, la quale può influenzare la cinetica di assorbimento della stessa all’interno dell’adesivo. La temperatura e l’umidità possono anche influenzare le proprietà meccaniche della matrice del composito, cosicché è possibile che l’interfaccia tra fibre e matrice venga indebolita in presenza di umidità. Kinloch ha ipotizzato l’esistenza di una vasta gamma di meccanismi di degradazione, come la plasticizzazione, l’idratazione, il microcracking del polimero e l’indebolimento dell’interfaccia fibra-matrice [14].

La degradazione può essere valutata attraverso prove costitutive e a rottura. Le prove di caratterizzazione degli adesivi mostrano una significativa riduzione della resistenza meccanica, spesso accompagnata da un aumento di duttilità, la quale tende a crescere all’aumentare del quantitativo di acqua assorbita dal giunto.

Parker [15] ha studiato l’effetto dei fattori ambientali su giunzioni incollate realizzate in CFRP e adesivi epossidici. Questi studi hanno indagato l’effetto dell’umidità nella fase di pre-incollaggio sulla resistenza dei giunti incollati esponendo i laminati essiccati ad un ambiente umido prima dell’incollaggio, osservando che

28

l’umidità contenuta nel composito prima dell’incollaggio può esercitare un importante effetto deleterio sulle prestazioni del giunto. Tuttavia si è osservato che essiccando il composito prima della fase di incollaggio è possibile alleviare questi effetti deleteri, cosicché è possibile affermare che tali procedure di essiccazione dovrebbero essere sempre effettuate come trattamento superficiale prima di un incollaggio. È stato notato anche che conservare un laminato per lunghi periodi di tempo può portare ad una diminuzione di resistenza dei giunti incollati, anche se conservati in congelatore o in sacchetti sigillati. Se il laminato fosse asciugato o meno prima dell’immagazzinaggio, il risultato è stato sempre lo stesso. Ciò è da attribuire all’umidità assorbita durante il periodo di conservazione dal laminato, cosicché è possibile affermare che i laminati devono essere sempre asciugati prima dell’incollaggio se sono stati conservati per degli estesi periodi di tempo.

Morgan et al. [16] hanno osservato come il contenuto d’acqua nell’adesivo possa essere influenzato da un carico applicato. Nello specifico hanno realizzato dei provini ad osso di cane in resina epossidica da degradare in un ambiente con umidità relativa pari al 100%, ed una parte di questi sono stati soggetti ad un carico statico. Essi hanno osservato che la presenza del carico era in grado di far aumentare l’acqua assorbita dalla resina epossidica. I dati sperimentali che hanno ottenuto portano alla conclusione che il contenuto di saturazione di un adesivo sia funzione dello sforzo applicato, ma ciò non sempre è verificato.

Per le giunzioni in composito e materiale metallico, la presenza di umidità può dar vita a fenomeni corrosivi. Tucker [17] ha analizzato come la corrosione galvanica tra CFRP/GFRP ed acciaio incollati, se immersi in acqua di mare, possa portate alla formazione di rigonfiamenti sula superficie del composito. Il composito, possedendo al suo interno fibre di carbonio elettrochimicamente più nobili dell’acciaio, è in grado di comportarsi da catodo, portando ad incrementi del pH localizzati all’interno del composito stesso. Per lui il fenomeno del rigonfiamento è generato dalla pressione osmotica presente all’interno della matrice. Egli, infatti, ha osservato che se questi rigonfiamenti visibili sulla superficie venivano bucati con uno spillo, dal buco era possibile osservare la fuoriuscita di acqua. Quindi per la manifestazione del fenomeno era necessaria la presenza di un metallo attivo accoppiato galvanicamente al composito. Inoltre le fibre, generando una capillarità all’interfaccia, aumentano la diffusione dell’acqua nel composito amplificando il fenomeno.

Amstrong [18] ha studiato la durability in acqua distillata di provini con aderendi in alluminio abbinati a varie tipologie di adesivi. Nello specifico ha osservato che:

29

1. La presenza di inibitori della corrosione nell’adesivo comporta una minor perdita di resistenza legata alla degradazione del giunto;

2. La corrosione degli aderendi inizia quando viene raggiunto il contenuto critico di acqua nell’adesivo, il quale è diverso per ogni tipologia di adesivo. I tempi affinché ciò avvenga possono variare anche di due ordini di grandezza tra due adesivi diversi.

3. Per avere una elevata durability è necessario che il prodotto D x S sia il più basso possibile, dove per D si intende il coefficiente di diffusione di Fick e per

S si intende la solubilità dell’acqua nell’adesivo;

4. La preparazione superficiale migliore per gli aderendi si ottiene effettuando un trattamento con acido cromico anodizzante;

5. Nel caso di utilizzo in ambienti molto umidi è consigliabile realizzare incollaggi con aderendi in alluminio utilizzando resine fenoliche;

6. La durability dell’incollaggio dipende dalla durability dello strato di ossido superficiale dell’aderendo, piuttosto che dalla durability dell’adesivo.

Per misurare l’acqua assorbita dai giunti generalmente si utilizzano analisi gravimetriche. La saturazione dell’acqua negli adesivi si evince con un aumento di peso che varia dal 0.5% al 13% [18].

La temperatura è un fattore in grado di accelerare il processo di diffusione dell’acqua nell’adesivo. Wilde e Spelt [19] hanno analizzato gli effetti della temperatura sulla solubilità di un adesivo epossidico, osservando che la condizione di saturazione è funzione della temperatura finché questa è al di sotto della Tg. Tuttavia la diversa natura degli adesivi non permette di poter generalizzare le osservazioni fatte soltanto su specifiche prove.

La presenza di una interfaccia tra adesivo ed aderendo amplifica il fenomeno diffusivo. Nello specifico è stato osservato sperimentalmente che in giunti incollati la diffusione all’interfaccia può diventare anche sei volte maggiore rispetto quella osservata nel cuore dell’adesivo [20].