Influenza degli intercalari EVA, PVB e ionoplasto sul comportamento strutturale e sul modello di frattura del vetro laminato

Data: 28 agosto 2023

Autori: Liene Sable, David Kinsella e Marcin Kozłowski

Fonte:Giornale internazionale di vetro strutturale e ricerca sui materiali avanzati,Volume 3 n. 1, 2019, Pubblicazioni scientifiche

DOI:https://doi.org/10.3844/sgamrsp.2019.62.78

Le tendenze architettoniche sfidano sempre più i produttori di materiali e gli ingegneri a creare prodotti in vetro laminato sostenibili, rinnovabili e innovativi che combinino molteplici funzioni come, ad esempio, ringhiere in vetro con celle solari, vetro stratificato curvo, pavimenti con diodi emettitori di luce che fungono da schermi multimediali. Tutte le nuove tendenze richiedono lo sviluppo di intercalari per vetro stratificato, che consentano di laminare parti elettriche, celle solari o altri oggetti tra due strati di vetro. Per questo complesso processo di laminazione, l'intercalare più appropriato è l'etilene vinil acetato (EVA), perché le sue proprietà consentono di lavorare a basse temperature senza autoclave. D'altro canto, il materiale EVA non è stato definito e discusso interamente nello standard prEN16613 come materiale interstrato adatto, ad esempio, per applicazioni strutturali come l'interstrato in polivinil butirrale (PVB). Per questo motivo, i laminati interstrato in EVA devono essere studiati e confrontati con PVB o laminati interstrato simili per valutarne il comportamento meccanico.

Il documento di ricerca fornisce un'idea e confronta il comportamento strutturale e il modello di frattura e valuta campioni di vetro laminato con intercalari PVB, Ionoplast ed EVA. In circostanze pratiche, le strutture di vetro devono essere progettate per resistere alle sollecitazioni di flessione che possono verificarsi, ad esempio, a causa del carico laterale, il che significa che le prove di flessione a quattro punti sono un metodo appropriato per la valutazione del comportamento strutturale. I test sono stati inoltre modellati nel software ABAQUS/CAE agli elementi finiti (FE) per calcolare gli spostamenti e valutare le sollecitazioni di flessione. Secondo la ricerca attuale, si può trarre la conclusione che per i campioni con interstrato EVA, la rigidità è equivalente ai risultati dei campioni con interstrato PVB e l'interstrato EVA può essere utilizzato negli stessi casi del materiale PVB. Inoltre, l'utilizzo del metodo FE consente di simulare accuratamente il comportamento meccanico del vetro stratificato testato in flessione a 4 punti con un'elevata correlazione dei risultati con errore inferiore al 5% mentre i calcoli analitici mostrano un errore del 10-58%.

Negli ultimi decenni è stato osservato uno sviluppo significativo del vetro strutturale. Il materiale di vetro non viene utilizzato solo come unità di riempimento in vetro isolante, ma è un materiale strutturale pienamente responsabile. (Eekhout e Sluis, 2014; Grohmann, 2014; Raynaud, 2014) Rispetto alla lastra di vetro monolitica, il vetro stratificato dopo il crollo mantiene la sua integrità e la struttura può svolgere la sua funzione fino alla sua sostituzione. Il vetro stratificato è un materiale composito, costituito da almeno due strati di vetro legati insieme da uno strato intermedio polimerico. La scelta del tipo di interstrato dipende molto spesso dall'applicazione dell'elemento strutturale, ad esempio resistente agli urti, isolante acustico, antieffrazione o resistente al fuoco (Sandén, 2015).

Dal punto di vista strutturale, il vetro è un materiale fragile e cede senza preavviso. È sensibile alle concentrazioni di stress e la sua resistenza dipende dal grado di danneggiamento della superficie del vetro (Pfaender, 1996). La resistenza alla trazione è governata dalla presenza di difetti del materiale, che amplificano le sollecitazioni localmente e agiscono come potenziali siti di rottura. La proprietà di stress-raiting di un difetto dipende dalla sua forma e dimensione, che, tuttavia, non possono essere adeguatamente determinate utilizzando le tecnologie di misurazione attualmente disponibili (Lamon, 2016).

L'integrazione degli strati intermedi tra gli strati di vetro è una delle possibilità per mantenere la capacità portante e l'integrità strutturale dopo la rottura del vetro. Il vantaggio dell'interstrato polimerico è la sua capacità di assorbire grandi deformazioni, trattenere le schegge di vetro e limitare la dimensione dello spazio tra i frammenti di vetro dopo la rottura del vetro.