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Jul 24, 2023

Rafforzamento delle caratteristiche meccaniche e della resistenza alla delaminazione catodica della fibra

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 13418 (2023) Cita questo articolo 708 Accessi Dettagli metriche Questo lavoro mira a esaminare l'effetto della silanizzazione delle fibre di vetro (GF) sulla

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13418 (2023) Citare questo articolo

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Questo lavoro mira a esaminare l'effetto della silanizzazione delle fibre di vetro (GF) sulle proprietà meccaniche e sulla resistenza al distacco catodico di un rivestimento composito epossidico. La riuscita della silanizzazione è stata approvata sulla base di diverse tecniche di caratterizzazione, tra cui gli spettri infrarossi in trasformata di Fourier, la microscopia elettronica a scansione di emissione di campo (FE-SEM), la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia e l'analisi termogravimetrica. La misurazione della resistenza alla trazione ha mostrato un effetto significativo della silanizzazione sulle prestazioni meccaniche del polimero rinforzato con fibre (FRP). Le immagini in sezione trasversale FE-SEM hanno illustrato un migliore legame interfacciale tra la matrice epossidica e GF dopo la silanizzazione. Le misurazioni di pull-off hanno rivelato una migliore forza di adesione a umido dell'FRP alla superficie dell'acciaio dolce dopo l'esposizione alla camera di nebbia salina quando i GF erano silanizzati. Inoltre, la silanizzazione ha rivelato una maggiore resistenza alla delaminazione catodica (CD). La spettroscopia di impedenza elettrochimica e le valutazioni del rumore elettrochimico hanno dimostrato l'influenza significativa della silanizzazione sulla resistenza CD dell'FRP.

I polimeri epossidici sono ampiamente utilizzati come popolari rivestimenti protettivi contro la corrosione in diverse applicazioni grazie alle loro numerose proprietà eccezionali, tra cui eccellente resistenza chimica, tenacità, resistenza al ritiro e adesione1,2,3,4. I rivestimenti epossidici agiscono come un'efficace barriera al trasferimento di acqua/specie corrosive sui substrati metallici e ne aumentano la durata riducendo il tasso di corrosione da mezzi fortemente corrosivi. I rivestimenti polimerici possono ridurre significativamente la corrosione della struttura metallica attraverso tre meccanismi dominanti: barriera, inibizione e sacrificale5,6,7,8,9.

In generale, i rivestimenti organici sono relativamente penetrabili all'acqua, all'ossigeno e alle specie corrosive. Pertanto, dopo essere stati esposti ad elettroliti corrosivi, i rivestimenti subiscono un processo di degradazione, solitamente formando difetti quali fessurazioni e delaminazioni10,11. Ciò porta anche a un grave decremento delle prestazioni barriera del rivestimento, portando alla penetrazione di più acqua e specie corrosive nell'interfaccia tra rivestimento e substrato e all'accelerazione della velocità di corrosione del metallo. La perdita di adesione e la delaminazione del rivestimento espandono le aree catodica e anodica aumentando la velocità delle reazioni elettrochimiche.

Vari fattori, come le interazioni interfacciali tra il substrato e il rivestimento polimerico, influenzano la robustezza del rivestimento in ambienti corrosivi12. Sono stati fatti molti sforzi per migliorare l'adesione dei rivestimenti ai substrati metallici poiché la perdita di adesione influisce direttamente sui comportamenti protettivi dei rivestimenti polimerici13,14.

Studi hanno dimostrato che vari additivi o pigmenti anticorrosivi aumentano la funzionalità barriera e le caratteristiche di protezione dei rivestimenti polimerici15. Recentemente, una varietà di micro/nano rinforzanti nella matrice polimerica sono stati utilizzati per produrre rivestimenti compositi efficienti con maggiore resistenza meccanica, protezione dalla corrosione e stabilità termica e chimica16,17,18,19. Le nanoparticelle utilizzate in letteratura possono essere divise in base alle loro dimensioni: (I) 0 dimensionale comprendente nanoparticelle di silice20 e punti quantici di carbonio21, (II) monodimensionale comprendente nanofibre e nanotubi come fibra di carbonio22 e nanotubi di carbonio (CNT)23,24, (III) bidimensionale, compresi nanopiastre e nanofogli come materiali a base di grafene25,26,27, disolfuro di molibdeno28, doppi idrossidi stratificati (LDH)29,30, e (IV) tridimensionale, comprese strutture metalliche organiche (MOF)31 e zeoliti32.

Le fibre di vetro (GF) sono probabilmente i riempitivi rinforzanti più utilizzati nei compositi polimerici. Questi compositi sono eccellenti e presentano bassa densità, robusta stabilità termica e chimica, elevata rigidità e resistenza e resistenza alla corrosione superiore33. Nonostante queste proprietà, i GF sono anche soggetti a una serie di difetti come fessurazioni, delaminazione e cedimenti durante il caricamento. Molte delle posizioni che causano questi difetti derivano da uno scarso legame tra GF e matrice, che può influire sulla resistenza meccanica del materiale34,35. Pertanto, la risoluzione di questa limitazione migliora l’imperfetta adesione superficiale tra le fibre e la matrice polimerica e prepara un composito multifunzionale con robuste caratteristiche meccaniche e protettive. Ricercatori di tutto il mondo hanno riferito che le soluzioni pratiche più importanti per superare questa limitazione sono: (1) l'utilizzo di agenti di accoppiamento nella matrice polimerica36,37 e (2) il trattamento superficiale delle fibre38. Varie tecniche di modificazione superficiale sono state utilizzate sui GF per migliorare le loro interazioni interfacciali con le matrici polimeriche. Il trattamento con alcali, l'acetilazione, il trattamento al plasma e l'innesto sono approcci comuni di modificazione della superficie per GF39.