Analisi teorica e sperimentale di fenomeni di tensocorrosione in flaconi farmaceutici in vetro borosilicato

This research falls within the field of fracture mechanics and aims to investigate, through a theoretical and experimental approach, the characteristics of stress corrosion in borosilicate glass pharmaceutical containers. In order to characterize the phenomenon, a method was initially developed for the controlled introduction of artificial defects using Vickers indentation. To support this procedure, a dedicated tool was designed and manufactured using 3D printing technology, with the purpose of simplifying the indentation process. A Design of Experiment (D.O.E.) was also defined to ensure the reproducibility and predominance of the artificially introduced defects over those naturally present in the vials. Subsequently, constant-load pressurization tests were conducted to monitor the time to failure of the vials, allowing the determination of the characteristic parameters of the stress corrosion process. Finite element analysis provided essential support in the interpretation of the experimental results, enabling the numerical evaluation of stress intensity factors. Finally, fractographic inspections conducted through stereomicroscopy proved to be crucial for verifying and monitoring the defects introduced into the glass.

La presente ricerca si colloca nell’ambito della meccanica della frattura e si propone di analizzare, attraverso un approccio teorico e sperimentale, le caratteristiche della tensocorrosione in contenitori farmaceutici in vetro borosilicato. Al fine di caratterizzare il fenomeno, è stato preliminarmente sviluppato un metodo per l’introduzione controllata di difetti artificiali mediante indentazione Vickers. A supporto di tale procedura, è stato progettato e realizzato, tramite tecnologia di stampa 3D, un apposito tool in grado di semplificare la procedura dell'indentazione. È stato inoltre definito un D.O.E. (Design of Experiment) volto a garantire la riproducibilità e la preponderanza dei difetti introdotti su quelli già presenti nel flacone. Successivamente, mediante prove di pressurizzazione a carico costante, è stato monitorato il tempo a rottura dei flaconi, consentendo di determinare i parametri caratteristici del processo di tensocorrosione. L’analisi agli elementi finiti ha fornito un contributo fondamentale nell’interpretazione dei risultati sperimentali, permettendo la valutazione numerica dei fattori di intensificazione degli sforzi. Infine, ispezioni frattografiche condotte tramite stereomicroscopio si sono rivelate essenziali per la verifica e il monitoraggio dei difetti introdotti nel vetro.