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Oggigiorno la produzione di piastrelle ceramiche in grandi formati è sempre più diffusa a livello globale, sia per motivi estetici, grazie a un numero minore di fughe e ad una visione più continuativa, sia per aspetti tecnici, come una posa in opera più veloce. Tuttavia, a causa del comportamento fragile del materiale ceramico ed alle grandi dimensioni, le lastre ceramiche presentano generalmente scarse proprietà meccaniche, tra cui modulo a flessione e resistenza agli urti.
Sebbene l’aumento dello spessore della lastra sia una delle soluzioni più adottate, è sempre più comune utilizzare un rinforzo in materiale composito a matrice polimerica termoindurente con lo scopo di limitare gli spessori della lastra e, quindi, ottenere un possibile risparmio in termini di costo e di peso aggiunto. Un materiale fibrorinforzato a matrice polimerica è particolarmente idoneo allo scopo poiché fornisce un supporto di tipo strutturale, contribuendo ad aumentare il modulo a flessione e la tenacità della piastrella.
Il presente lavoro di tesi studia il rinforzo strutturale di grandi lastre in gres porcellanato del Gruppo Concorde, impiegando resine termoindurenti poliestere e poliuretaniche alternative a quelle epossidiche tradizionalmente utilizzate per le ottime proprietà meccaniche.
Il confronto con altre resine termoindurenti ha lo scopo di migliorare i limiti principali della resina epossidica: il tempo di cura estremamente lungo e l’adesione, non sempre ottima, con i materiali ceramici.
Lo studio è stato condotto utilizzando tre tipologie di poliuretani differenti e un poliestere a base acrilica, rinforzati rispettivamente con rete e tessuto in fibra di vetro. Essendo uno studio preliminare di laboratorio, il comportamento del rinforzo con differenti resine è stato studiato su piastrelle in gres porcellanato a scala ridotta.
La prima fase del progetto si è focalizzata sulla caratterizzazione termica delle quattro resine in esame tramite analisi dell’andamento della temperatura in fase di reticolazione, analisi di calorimetria a scansione differenziale (DSC), analisi dinamico meccanica (DMA), analisi dilatometrica (DIL) e analisi termogravimetrica (TGA).
Successivamente, tramite prove di strappo manuali e l’analisi dell’angolo di contatto (OCA), è stato studiato il comportamento adesivo e di bagnabilità delle resine su di un substrato ceramico in funzione di differenti parametri di cura.
L’ultima fase ha riguardato lo studio delle proprietà meccaniche delle piastrelle rinforzate, tramite prova a impatto e a flessione a tre punti. Oltre il tipo di resina utilizzata, si è indagata anche l’influenza dello spessore, sia del materiale ceramico che del termoindurente rinforzante.
Proprio da questi ultimi test di caratterizzazione meccanica è stato possibile osservare una fondamentale differenza tra la resina poliestere e i tre poliuretani. Per la prima, sebben mostrando un comportamento perlopiù fragile a rottura, un più alto modulo elastico permette di sostenere un carico massimo a flessione maggiore e una più alta resistenza all’urto. Nei poliuretani, invece, la frattura verificatasi nei test a flessione è di tipo duttile e, possedendo minori proprietà meccaniche, ne consegue una più bassa resistenza sia all’urto che a flessione.
In futuro sarà possibile affrontare diverse tematiche per l’ottimizzazione di questo meccanismo di rinforzo, come la possibilità di rimuovere il rinforzo a fibra lunga, oppure di sostituirlo con rinforzi di tipo particellare, l’utilizzo di differenti resine termoindurenti non analizzate nel seguente studio, il miglioramento adesivo all’interfaccia grazie a trattamenti superficiali applicati ai supporti ceramici e l’applicazione del rinforzo su grandi lastre e a scala industriale.

Nowadays, the production of ceramic tiles in large formats (slabs) is becoming increasingly popular globally. This is both for aesthetic reasons, thanks to fewer joints and a more continuous view, as well as for technical aspects, such as faster installation. However, due to the brittle behaviour of the ceramic material and the large size, ceramic slabs generally have poor mechanical properties, including flexural modulus and low impact resistance. Although increasing the thickness of the slab is one of the most adopted solutions, it is increasingly common to use a thermosetting polymer matrix composite reinforcement with the aim of limiting the thickness of the slab and, therefore, achieving possible savings in terms of cost and added weight. A fibre-reinforced polymer matrix material is particularly suitable for the purpose since it provides a structural type of support, helping to increase the flexural modulus and toughness of the tile. This thesis studies the structural reinforcement of large porcelain stoneware slabs of the company Atlas Concorde, using polyester and polyurethane thermosetting resins as alternatives to epoxy resins traditionally used for their excellent mechanical properties. The comparison with other thermosetting resins aims to improve the main limitations of epoxy resin: the extremely long cure time and the not always perfect adhesion to ceramic materials. The study was conducted using three different types of polyurethanes and an acrylic-based polyester, reinforced respectively with mesh and glass fibre fabric. Being a preliminary laboratory study, the behaviour of the reinforcement with different resins has been studied on porcelain tiles on a small scale. The first phase of the project focused on the thermal characterization of the four resins under examination through the analysis of the temperature trend during the cross-linking phase, differential scanning calorimetry (DSC) analysis, dynamic mechanical analysis (DMA), dilatometric analysis (DIL), and thermogravimetric analysis (TGA). Subsequently, through manual tearing tests and contact angle analysis (OCA), the adhesive and wetting behaviour of the resins on a ceramic substrate was studied as a function of different cure parameters. The last phase involved the study of the mechanical properties of reinforced porcelain tiles by impact and three-point bending tests. In addition to the type of resin used, also the influence of the thickness of both the ceramic material and the reinforcing thermoset was investigated. During these last mechanical characterisation tests it was possible to observe a fundamental difference between the classic thermosetting resin, i.e. polyester, and the three polyurethanes. In the first case, although its behaviour is mostly brittle, a higher elastic modulus enables it to sustain a higher maximum bending load and a higher impact resistance. In the case of the polyurethanes, on the other hand, the fracture occurring in the bending tests is ductile and, possessing fewer mechanical properties, results in lower resistance to both impact and bending. All types of resins provided effective structural reinforcement compared to the unreinforced tile as well as a safety action during breakage with retention of sharp fragments. In the future, it will be possible to address several issues for the optimization of this reinforcement mechanism, such as the possibility to remove the long fibre reinforcement in order to obtain cost savings or to replace it with particle-type reinforcements, as well as the use of different thermosetting resins not analysed in this study, the adhesive improvement at the interface thanks to surface treatments applied to ceramic substrates, and the application of the reinforcement on large slabs at industrial scale.