Selezione dei materiali e test di pannelli compositi in fibra di vetro e fibra

Data: 22 dicembre 2022

Autori: Alina Joachim, Jan Wünsch e Bernhard Weller

Fonte:Strutture e ingegneria in vetrovolume 6, https://doi.org/10.1007/s40940-020-00142-6

La tendenza dell'architettura moderna verso involucri edilizi di alta qualità continua. Grazie all'elevata qualità della superficie e all'ampio spettro di colori, il vetro smaltato viene utilizzato per la protezione dalle intemperie e come elemento di design. I nuovi elementi discussi in questo documento non richiedono alcun sigillante o adesivo poiché lo strato di plastica rinforzata con fibre (FRP) viene applicato direttamente sulla superficie del vetro posteriore. Il polimero applicato fornisce da un lato una matrice per l'inclusione delle fibre e dall'altro un legame adesivo con il vetro. Pertanto non è necessario alcun ulteriore processo di incollaggio. La combinazione di entrambi i materiali consente un'azione composita completa. La nuova combinazione di materiali sfrutta le caratteristiche positive di ciascun materiale. L'elevata durabilità del vetro fornisce protezione dagli impatti ambientali e il FRP fornisce un comportamento portante migliorato. Questo articolo presenta la scelta dei materiali idonei per FRP e fornisce una panoramica dei test sperimentali della nuova combinazione di materiali. Ciò dimostra che il vetro contribuisce al trasferimento del carico nel sistema a causa dei significativi effetti di accoppiamento.

La tendenza dell'architettura moderna verso una costante ottimizzazione degli involucri edilizi continua. Oltre alla funzione di elemento di design, la facciata contribuisce anche al bilancio energetico dell'edificio. La facciata ventilata antipioggia li unisce entrambi: grazie alla separazione tra isolamento e protezione dagli agenti atmosferici, sono possibili opzioni di progettazione versatili pur mantenendo un'elevata efficienza energetica. Il rivestimento della facciata potrebbe essere realizzato in legno, pietra naturale o artificiale, lastre di ceramica o metallo o vetro opaco (Reichel e Schultz 2015). Quando si utilizza il vetro, il pannello di vetro smaltato colorato funge da piastra di copertura non portante, fissata alla piastra portante e incollata con un sigillante elastico di diversi millimetri di spessore.

Mentre la costruzione ha il vantaggio che il vetro funge da protezione ottimale contro la pioggia e l’umidità, il processo di incollaggio tra il pannello di vetro e la piastra portante portante richiede molto tempo perché il sigillante elastico necessita di diverse ore per polimerizzare (Knaack e Koenders 2018) . La figura 1 mostra una tipica costruzione di una facciata ventilata con lastre di vetro incollate su lastre di supporto. La piastra portante è collegata alla sottostruttura metallica mediante fissaggi locali. L'isolamento termico è posizionato nella sottostruttura metallica. Tra la piastra portante e l'isolamento termico è presente uno spazio che consente un flusso d'aria verticale e dà il nome al sistema.

La produzione dispendiosa in termini di tempo e il fatto che il vetro funge solo da piastra di copertura non portante sono la ragione dell'idea degli elementi ibridi per facciate in FRP e vetro. Attraverso la vantaggiosa combinazione di entrambi i materiali, le proprietà funzionali e ottiche vengono migliorate. Il FRP è costituito da fibre di rinforzo e da una matrice polimerica. La matrice polimerica circonda le fibre, che sono legate alla matrice tramite interazioni adesive. Inoltre, la matrice polimerica funge anche da adesivo per la superficie del vetro. La resistenza agli agenti atmosferici del vetro migliora significativamente la durabilità del FRP. Gli elementi della facciata sono prodotti mediante laminazione diretta sulla lastra di vetro. Ciò elimina la lunga fase del processo di incollaggio del vetro e della piastra di supporto. In quanto tale, il vetro fornisce la cassaforma permanente per l'FRP. È possibile ottenere un ampio spettro di colori pigmentando il materiale della matrice. In questo modo non è più necessario l'uso del vetro colorato e si può evitare il lungo processo di smaltatura. Un modello visivo alla GLASSTEC 2018 di Düsseldorf ha mostrato design cromatici versatili (Fig. 2a).

Il nuovo pannello composito consente l'uso del vetro float. Oltre al risparmio sui costi, il vetro float offre la possibilità di taglio a getto d'acqua dopo la produzione del composito vetro-FRP. Ciò semplifica la produzione. La Figura 2b mostra un campione di tale elemento composito. Il FRP è colorato di grigio ed i bordi qui vengono, come descritto, successivamente lavorati con taglio ad acqua. L'uso del FRP nella costruzione delle facciate è già stato studiato in altri progetti, ad esempio (Tomasi et al. 2014).