Effetti della viscoelasticità sulla misura dell’energia di adesione tra film di polietilene

Lo stretch film è una diffusa applicazione per imballaggio dei film in polietilene (PE), utilizzato per proteggere diversi prodotti di vari dimensioni e pesi. Una caratteristica fondamentale del film è la sua proprietà adesiva in virtù della quale il film può essere facilmente chiuso su se stesso. Tipicamente vengono scelti gradi lineari a bassa densità (LLDPE) con valori relativamente bassi di densità a causa delle loro buone prestazioni. Il mercato basa la scelta del materiale adesivo per tentativi piuttosto che in base alla conoscenza delle caratteristiche strutturali ottimali per l’applicazione. Come per i pressure sensitive adhesives, le proprietà adesive di film stretch in PE possono essere misurati mediante "peel testing". Esistono molti metodi standard internazionali ma i risultati di tali prove sono fortemente dipendenti dalla geometria di prova, sulla possibile deformazione plastica che si verificano nel peel arm(s), e la velocità e temperatura. Lo scopo del presente lavoro è quello di misurare l'energia di adesione Gc di film stretch di PE, su se stessi e su substrati diversi, sfruttando l'interpretazione della meccanica della frattura per tener conto dell'elevata flessibilità e deformabilità di tali film. Quindi, la dipendenza velocità/temperatura di Gc sarà studiata con riferimento diretto al comportamento viscoelastico lineare dei materiali utilizzati negli strati adesivi, per esplorare le relazioni struttura-proprietà che possono mettere in luce i meccanismi molecolari coinvolti nei processi di adesione e distacco. Nella presente caso, l’adesivo non è direttamente disponibile come materiale separato che può essere messo tra due superfici di prova e misurato per la determinazione delle sue proprietà. Il presupposto principale è che una parte, o fase, della complessa struttura semi-cristallina del PE possa funzionare come adesivo, e un importante risultato di questo studio può essere una migliore identificazione e caratterizzazione di questo "fase adesiva".

Mode-I fracture parameters of quasi-brittle materials: direct evaluation using DIC and relationship with Mode-II interfacial parameters

The objective of this thesis is the investigation of the Mode-I fracture mechanics parameters of quasi-brittle materials to shed light onto the influence of the width and size of the specimen on the fracture response of notched beams. To further the knowledge on the fracture process, 3D digital image correlation (DIC) was employed. A new method is proposed to determine experimentally the critical value of the crack opening, which is then used to determine the size of the fracture process zone (FPZ). In addition, the Mode-I fracture mechanics parameters are compared with the Mode-II interfacial properties of composites materials that feature as matrices the quasi-brittle materials studied in Mode-I conditions. To investigate the Mode II fracture parameters, single-lap direct shear tests are performed. Notched concrete beams with six cross-sections has been tested using a three-point bending (TPB) test set-up (Mode-I fracture mechanics). Two depths and three widths of the beam are considered. In addition to concrete beams, alkali-activated mortar beams (AAMs) that differ by the type and size of the aggregates have been tested using the same TPB set-up. Two dimensions of AAMs are considered. The load-deflection response obtained from DIC is compared with the load-deflection response obtained from the readings of two linear variable displacement transformers (LVDT). Load responses, peak loads, strain profiles along the ligament from DIC, fracture energy and failure modes of TPB tests are discussed. The Mode-II problem is investigated by testing steel reinforced grout (SRG) composites bonded to masonry and concrete elements under single-lap direct shear tests. Two types of anchorage systems are proposed for SRG reinforced masonry and concrete element to study their effectiveness. An indirect method is proposed to find the interfacial properties, compare them with the Mode-I fracture properties of the matrix and to model the effect of the anchorage.