Proprietà di trazione delle materie plastiche secondo la norma ASTM D638
La prova di trazione secondo ASTM D638 è uno dei metodi più comunemente utilizzati per valutare le proprietà meccaniche dei composti termoplastici e termoindurenti destinati allo stampaggio.
In pratica, tuttavia, si osservano spesso differenze significative in termini di resistenza alla trazione, modulo di elasticità, carico di snervamento e allungamento tra i vari laboratori, gli operatori e i sistemi di prova. La causa raramente è da attribuire esclusivamente alla macchina di prova materiali. Eventuali scostamenti nella preparazione dei provini, nella misurazione degli stessi, nella scelta dell'estensimetro, nelle condizioni ambientali, nella scelta delle morse per provini e nella velocità di prova possono influenzare i risultati della prova.
ZwickRoell aiuta i laboratori a ridurre al minimo la dispersione dei risultati delle prove grazie a sistemi di prova coordinati, software intelligenti, flussi di lavoro automatizzati e tecnologie all'avanguardia per la misurazione della deformazione.
Fonti di errore comuni Procedura di prova Aree di applicazione: FAQ Download Richiedete una consulenza
ASTM D638: Punti chiave
- ASTM D638 descrive la prova di trazione uniassiale su materie plastiche rinforzate e non rinforzate per determinare lo stress di trazione, l'allungamento, il modulo di trazione, la resistenza alla trazione, il punto di snervamento e il punto di rottura, nonché, facoltativamente, il coefficiente di Poisson.
- Tipi di provini da usare per uno spessore compreso tra 1 mm e 14 mm. Per pellicole di spessore inferiore a 1 mm, elastomeri, compositi a fibra lunga o schiume, altre normative ASTM sono più pertinenti.
- La velocità di prova influenza direttamente le proprietà del materiale misurate, dal momento che le materie plastiche presentano un comportamento viscoelastico.
- La misurazione della deformazione precisa tramite la selezione dell'estensimetro adatto è fondamentale per determinare il modulo in modo affidabile.
- Il condizionamento in condizioni ambientali può influire in modo significativo sui risultati relativi ai polimeri sensibili all'umidità.
- La misurazione automatica della sezione del provino e della sequenza di prova migliorano la riproducibilità dei risultati delle prove e riducono l'influenza dell'operatore.
- ZwickRoell offre soluzioni di prova complete per ASTM D638, tra cui macchine di prove materiali, morse per provini, estensimetri, software e sistemi di automazione.
ASTM D638 nella pratica: Fonti comuni di errore e il loro impatto sui risultati delle prove
Anche se la prova viene formalmente eseguita secondo ASTM D638, i risultati possono variare in modo significativo a seconda dei laboratori, degli operatori o dei sistemi di prova. Pertanto, non solo è fondamentale che la sequenza di prova sia conforme alla normativa, ma anche che ogni singola fase della prova venga eseguita in modo controllato:
- Preparazione dei provini e qualità dei provini: la qualità della prova dipende innanzitutto dalla preparazione provini. Le possibili cause delle variazioni sono condizioni di stampaggio non uniformi, l'influenza della posizione del canale di colata, tensioni residue interne, danni dovuti alla lavorazione meccanica, intagli o difetti superficiali e variazioni di spessore.
- Scegliere il tipo di provino corretto: ASTM D638 definisce diversi tipi di provini. Se si utilizza un tipo non idoneo, la frattura non può verificarsi nell'area parallela ristretta oppure la misurazione della deformazione diventa inaffidabile. La scelta del provino è particolarmente importante nel caso di componenti di piccole dimensioni, polimeri morbidi o lastre più spesse.
- Misurazione della sezione trasversale: Tutti i valori relativi alla sollecitazione sono calcolati in base all'area della sezione trasversale originale del provino. Piccoli errori nella misurazione dello spessore o della larghezza influiscono direttamente su tutti i risultati relativi alle sollecitazioni, tra cui la resistenza alla trazione, il modulo di elasticità, il limite di snervamento e le curve di sollecitazione-deformazione. Un errore della misurazione dello spessore di 0,1 mm può causare un errore del 2,5%. Le apparecchiature di misura automatizzate o collegate direttamente riducono gli errori di immissione e migliorano la tracciabilità dei dati di misura.
- Velocità di prova: A differenza della maggior parte dei metalli, le materie plastiche sono molto sensibili alla velocità di deformazione a causa del loro comportamento viscoelastico. Velocità di prova diverse possono influire sul modulo di trazione, sul carico di snervamento, sulla resistenza alla trazione e sulla deformazione a rottura. Pertanto, a seconda del materiale e delle proprietà di allungamento, ASTM D638 specifica diverse velocità della traversa, che devono essere impostate, documentate e applicate in modo coerente con quanto previsto dalla normativa.
- Selezione dell'estensimetro: La misurazione della deformazione è uno degli aspetti più critici delle prove conformi a ASTM D638. Una scelta inadeguata dell'estensimetro può influire in modo significativo sull'accuratezza del modulo, sulla deformazione di snervamento e sulla misurazione della deformazione. Le prove di polimeri morbidi, materiali modificati per resistere agli urti, materiali rigidi e provini sottili rappresentano sfide particolari. La selezione della tecnologia giusta per la misurazione della deformazione è spesso la decisione singola più importante nel setup della prova secondo ASTM D638.
- Selezione delle morse per provini e dell'allineamento dei provini: un serraggio non corretto può causare scivolamento, fratture premature nell'area di serraggio, stress a flessione, errori di allineamento e velocità di prova errate dovute al movimento delle morse per provini (cunei, ecc.). La scelta del sistema di serraggio adeguato garantisce che le forze siano distribuite uniformemente sul provino e che la frattura si verifichi all'interno della base di misura.
- Condizionamento in condizioni ambientali definite: La temperatura e l'umidità esercitano una grande influenza su molti polimeri. Esempi includono poliammide, PET, PBT, TPU e polimeri a base biologica. Un condizionamento inadeguato può comportare notevoli variazioni in termini di rigidità, resistenza e allungamento.
- Influenza dell'operatore durante la sequenza di prova: I processi manuali aumentano la dispersione nelle dimensioni del provino, nel setup dell'estensimetro, nella configurazione di prova, nell'analisi dei dati e persino nel trasferimento dei dati. Le sequenze standardizzate, e in particolare l'automazione, migliorano l'affidabilità dei risultati delle prove.
Per ottenere risultati riproducibili, i provini, gli strumenti di misura, la macchina di prova materiali, le morse per provini, l'estensimetro, il software e le condizioni di prova devono essere tutti coordinati tra loro. È proprio qui che entrano in gioco le soluzioni di prova di ZwickRoell.
Esecuzione della prova di trazione secondo ASTM D638 con ZwickRoell
Fasi critiche della prova e soluzioni ZwickRoell consigliate:
Misure dei provini Telai di carico e celle di carico Morse per provini Velocità di prova Estensimetri Condizionamento e condizioni ambientali Opzioni di automazione
Come vengono eseguite le prove secondo ASTM D638:
In una prova di trazione secondo ASTM D638, un provino di plastica standardizzato viene sottoposto a sollecitazione monoassiale fino a raggiungere il punto di snervamento, un livello definito di allungamento o la rottura.
- Prima della prova, vengono determinati il tipo, la larghezza e lo spessore del provino, poiché tutti i valori caratteristici relativi alle sollecitazioni si basano sulla sezione trasversale iniziale.
- Il provino viene quindi fissato in apposite morse e allineato al centro.
- Durante la prova, la macchina di prova materiali e l'estensimetro registrano la forza, la corsa della traversa e la deformazione del provino. La curva sforzo-deformazione viene utilizzata per calcolare valori caratteristici quali stress di trazione, modulo di trazione, carico di snervamento, deformazione da snervamento, resistenza alla trazione, deformazione a rottura e, facoltativamente, coefficiente di Poisson.
- A seconda del materiale e dell'obiettivo della prova, entrano in gioco diverse velocità di prova, requisiti di condizionamento e metodi di misurazione della deformazione.
- Con testXpert è possibile gestire e documentare in modo standardizzato i parametri di prova, le variazioni di velocità, i dati di misurazione e le valutazioni.
Misurazione del provino: Piccoli errori di misurazione influiscono direttamente sui valori caratteristici
Una misurazione accurata è alla base di prove di trazione affidabili. Un difetto di misurazione dello spessore di 0,1 mm produce un errore del 2,5%!
Il dispositivo di misurazione della sezione trasversale CMU 30 di ZwickRoell, grazie al trasferimento diretto dei dati a testXpert, riduce gli errori di trasmissione da parte dell'operatore, accelera i processi, migliora la tracciabilità e garantisce che tutte le prove vengano eseguite con valori di input coerenti.
Scelta dei telai di carico e delle celle di carico
Quando si sceglie una macchina di prova, non basta limitarsi a selezionare il carico di prova massimo. Il sistema ottimale dipende dal tipo di materiale, dal range di forza previsto, dalla geometria del provino, dal livello di automazione desiderato e dalla configurazione dell'estensimetro.
La macchina di prova universale modulare di ZwickRoell consente un'ampia gamma di applicazioni nel settore delle materie plastiche su un'unica piattaforma.
Tuttavia, non è solo il carico massimo di prova a contare, ma anche l'accuratezza nella gamma di forze più bassa. La normativa ASTM D638 richiede un'accuratezza di misurazione pari a ±1% per il valore misurato. Le macchine di prova ZwickRoell sono in grado di garantire l'accuratezza di misura richiesta a partire da 1/1000 del loro intervallo di misurazione. Ciò consente di misurare con precisione i valori del modulo di elasticità e le sollecitazioni di trazione di numerosi materiali utilizzando la stessa configurazione di prova, senza la necessità di intervenire frequentemente con retrofitting sulla cella di carico.
Selezionare le morse per provini
Materiali e volumi di prova diversi richiedono metodi di presa diversi. Tra gli esempi figurano le morse pneumatiche, gli afferraggi a vite e gli afferraggi a cuneo. L'obiettivo è sempre quello di ottenere un serraggio affidabile senza danneggiare il provino:
- Morse pneumatiche: Le morse pneumatiche si chiudono con la semplice pressione di un pulsante e consentono una forza di serraggio regolabile con precisione. Coprono un range di applicazioni molto ampio e sono adatte per polimeri morbidi e duri. Supportano il trasferimento diretto della velocità della traversa e sono particolarmente utili quando sono necessari elevata riproducibilità, un grande numero di prove al giorno o l'alimentazione automatica dei provini.
- Afferraggi a vite: Gli afferraggi a vite sono chiusi manualmente con un movimento a vite. Sono adatti per materie plastiche da semi-rigide a rigide e per prove con elevati requisiti di riproducibilità, a condizione che il livello di intervento manuale sia accettabile.
- Afferraggi a cuneo: Gli afferraggi a cuneo si chiudono manualmente tramite il movimento di una leva e sono adatti per prove frequenti. Poiché durante la prova di trazione la forza di serraggio aumenta per effetto del cuneo, la velocità di deformazione del provino può variare. È opportuno tenerne conto quando si confrontano i risultati e si valutano i requisiti di riproducibilità. Sono particolarmente adatti per le attività interne di QA con bassi requisiti di riproducibilità con i valori misurati da altri laboratori.
- Afferraggi body over wedge: Gli afferraggi body over wedge sono disponibili nelle versioni manuali o pneumatiche e sono particolarmente adatti per le prove di trazione su materie plastiche da rigide fino ad alta resistenza, in cui sono importanti una sede stabile del provino e una applicazione della forza costante. La versione manuale rappresenta una soluzione economica, robusta e semplice per le prove di routine. La versione pneumatica offre vantaggi in caso di prove frequenti o di un maggiore rendimento dei provini, poiché riduce l'influenza dell'operatore e garantisce una forza di serraggio più uniforme.
Perché la velocità di prova è importante per la normativa ASTM D638
La risposta meccanica delle materie plastiche dipende in larga misura dalla velocità di deformazione. All'aumentare della velocità di prova, la rigidità (modulo) tende ad aumentare, la resistenza tende ad aumentare e l'allungamento può diminuire. ASTM D638 specifica diverse velocità di prova in base al comportamento del materiale e all'allungamento previsto. Per garantire confronti affidabili, le velocità di prova e le variazioni di velocità devono essere applicate e documentate in modo coerente.
Con testXpert, le velocità di prova e le variazioni di velocità vengono memorizzate nel programma di prova, controllate automaticamente e documentate. Ciò riduce gli errori degli operatori e garantisce che le prove vengano condotte secondo gli stessi parametri, in conformità con le normative.
Scelta degli estensimetri
Un estensimetro non adeguato può alterare i valori del modulo di elasticità, dell'allungamento a snervamento e della deformazione a rottura. Il rischio aumenta in presenza di polimeri morbidi, provini molto sottili, allungamenti elevati o provini sensibili alle forze di contatto. Pertanto, l'estensimetro è spesso il componente più importante in una configurazione di prova conforme a ASTM D638.
- Estensimetro clip-on I vantaggi includono efficienza dei costi, elevata accuratezza e idoneità per molte materie plastiche rigide. Tra i limiti figurano l'applicazione manuale e una possibile influenza sui materiali morbidi.
- Estensimetri con braccetto: Gli estensimetri con braccetto come makroXtens offrono vantaggi come il funzionamento completamente automatico e la capacità di rimanere attaccati al provino fino alla rottura del provino. È possibile integrare la misurazione della deformazione trasversale e utilizzare camere climatiche. Quando si testano materiali molto diversi, come materie plastiche fragili ed elastomeri con allungamento dei provini molto elevato, in alternativa può essere usato multiXtens.
- L'estensimetro ottico videoXtens è la soluzione preferita per molte applicazioni secondo ASTM D638. Tra i vantaggi figura la misurazione senza contatto, il che significa che non c'è influenza sul provino, non occorre la marcatura provini, c'è elevata accuratezza nella determinazione del modulo ed è idoneo per elevate deformazioni. Queste sono le condizioni ideali per l'automazione con l'aggiunta dell'opzione di 2D DIC.
ASTM D638 Prove di trazione a temperature basse o elevate
Lo standard prevede la misurazione dei provini a temperatura condizionata secondo il metodo A dell'ASTM D618. Lo standard ASTM D638, tuttavia, consente deviazioni nei requisiti di condizionamento e misurazione, in modo che le prove possano essere eseguite anche a temperature basse o elevate secondo questo standard.
La camera climatica di consente un range di temperatura tra −80 °C e +360 °C. Il sistema completamente integrato garantisce un funzionamento efficiente, affidabile e semplice. Con la soluzione door-in-door, il consumo di azoto e la formazione di ghiaccio sono significativamente ridotti durante le prove a basse temperature, in modo che le prove possano essere eseguite in modo più economico.
Opzioni di automazione per ASTM D638
Per le prove di trazione secondo ASTM D638, a partire da 10 provini al giorno, può rivelarsi davvero utile scegliere l'automazione. Il nostro sistema di prova ALEX gestisce semplici operazioni di prelievo e posizionamento e offre un supporto vantaggioso dal punto di vista economico nel laboratorio di prova.
Per i laboratori con requisiti di prova elevati, consigliamo il nostro sistema di prova robotizzato roboTest L. Il nostro cavallo di battaglia per le prove sulle materie plastiche in grandi quantità può ospitare 450 provini. Esegue in modo indipendente la misurazione della sezione del provino e le prove di trazione secondo ASTM D638. Successivamente, le pinze per lo spostamento rimuovono i resti del provino dalle morse per provini.
Altri metodi di prova? Forme dei provini diverse? Per i nostri sistemi di prova automatizzati non c'è nessun problema. I sistemi di prova automatizzati roboTest N e roboTest R sono più complessi e consentono di collegare una seconda o terza macchina di prova materiali, oltre a dispositivi aggiuntivi come una stazione di centraggio o una camera climatica da −80 °C a +360 °C. Questo non solo aumenta il rendimento dei provini, ma offre anche la possibilità di eseguire diverse prove in parallelo per ottenere risultati rapidi e affidabili.
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ASTM D638 con il software di prova testXpert – prove affidabili ed efficienti
Il software di prova testXpert aiuta i laboratori a eseguire le prove secondo ASTM D638 in modo standardizzato e tracciabile, con un'influenza minima da parte dell'operatore:
- Programmi di prova standard salvati: I valori e i parametri caratteristici definiti nella normativa ASTM D638 sono salvati nel programma di prova standard. Ciò semplifica l'implementazione basata sulla normativa e riduce lo sforzo necessario per la parametrizzazione manuale.
- Guida passo dopo passo: Gli utenti vengono guidati attraverso la sequenza di prova. Ciò facilita una rapida formazione iniziale e riduce il rischio di dimenticare singole fasi della prova.
- User management: Grazie alla funzione user management, gli unici compiti che verranno visualizzati sullo schermo sono relativi alle vostre attività e funzioni. Ciò consente di disporre di interfacce utente standardizzate e di una chiara gestione dei diritti di accesso.
- Collegamento dei dispositivi periferici: Le dimensioni dei provini possono essere trasferite direttamente dagli strumenti di misura a testXpert. Ciò consente di risparmiare tempo ed evita errori di inserimento dati.
- Documentazione dei parametri di prova: Le velocità di prova, i dati di misura, i risultati e le condizioni di prova sono chiaramente documentati.
- Comparabilità tra i metodi di prova: I dati relativi alle prove di trazione, flessione, impatto o estrusione possono essere gestiti e valutati a livello centrale, a condizione che in laboratorio vengano utilizzate le applicazioni corrispondenti.
- Analisi delle tendenze e monitoraggio della qualità: Le valutazioni e le analisi delle tendenze consentono di individuare tempestivamente eventuali scostamenti nell'ambito della garanzia della qualità e delle prove in serie.
Ulteriori informazioni sul software di prova testXpert
Applicazioni tipiche per ASTM D638
La normativa ASTM D638 viene utilizzata ogni volta che è necessario determinare, confrontare o documentare in modo affidabile le proprietà di trazione delle materie plastiche:
- Sviluppo dei materiali e confronto tra composti: È possibile confrontare diversi polimeri, cariche, additivi o formulazioni in base al loro modulo di trazione, al carico di snervamento, alla resistenza alla trazione e alla deformazione a rottura.
- Garanzia di qualità della produzione in serie: Le prove secondo ASTM D638 consentono di monitorare la costanza delle proprietà meccaniche e di individuare tempestivamente eventuali scostamenti tra lotti, materie prime o condizioni di lavorazione.
- Controlli delle merci in ingresso: È possibile verificare le proprietà meccaniche dei granuli, dei semilavorati o dei composti per stampaggio forniti.
- Prove sui componenti dei provini estratti: È possibile estrarre i provini direttamente dai componenti o dagli stampi per verificare le effettive proprietà del materiale all'interno del componente.
- Prove su piccole quantità di materiale: Quando è disponibile solo una piccola quantità di materiale, come nel caso di prototipi, parti realizzate con tecniche di produzione additiva o analisi dei danni, può essere opportuno ricorrere a provini di dimensioni ridotte, come quelli di Tipo V.
- Prove di invecchiamento e di esposizione agli agenti atmosferici: La normativa ASTM D638 è indicata per valutare le variazioni delle proprietà meccaniche a seguito di invecchiamento, esposizione al calore o a sostanze, nonché agli agenti atmosferici.
- Approvazione dei materiali e verifica delle specifiche: I valori caratteristici determinati costituiscono la base per le approvazioni dei materiali, i contratti di fornitura e le specifiche tecniche.
- Convalida incrociata globale: Le aziende con catene di approvvigionamento internazionali necessitano spesso di capacità di collaudo conformi a ASTM D638 e ISO 527 per soddisfare le diverse specifiche dei clienti.
FAQ - ASTM D638
ASTM D638 viene utilizzata per la determinazione delle proprietà di trazione delle materie plastiche rinforzate e non rinforzate. La normativa viene spesso applicata a provini stampati a iniezione e a compressione, estrusi e lavorati a macchina, realizzati con materiali termoplastici e composti da stampaggio termoindurenti.
I materiali tipici comprendono:
- Polipropilene (PP)
- Polietilene (PE)
- Policarbonato (PC)
- ABS
- Poliammide (PA/nylon)
- PBT
- PET
- PVC-U
- PEEK
- PPS
- Materie plastiche rinforzate con fibra corta
- Composti per stampaggio termoindurenti
ASTM D638 è generalmente applicabile a materiali con spessori dei provini compresi tra circa 1 mm e 14 mm. Le pellicole sottili e le lastre di spessore inferiore a 1 mm vengono solitamente sottoposte a prova secondo ASTM D882, mentre i materiali compositi rinforzati con fibre continue vengono di norma sottoposti a prova secondo ASTM D3039.
I provini usati per le prove secondo ASTM D638 sono così classificati:
- ASTM D638 Tipo I - Il provino più utilizzato è il dumbbell Tipo I, spessore 3,2 mm (1/8 di pollice) e base di misura 50 mm (2 pollici), è relativamente simile ai comuni spessori dei materiali dei componenti e allo stesso tempo permette una buona accuratezza della misura della deformazione.
- ASTM D638 Tipo II - Se utilizzando il provino di tipo I non è possibile produrre una frattura nella parte stretta e parallela del provino, ASTM D638 raccomanda l'uso di un provino di tipo II, in cui la misura in questione è significativamente ridotta.
- ASTM D638 Tipo III - Se attraverso la lavorazione meccanica si riescono a ricavare provini con spessore di materiale superiore a 7 mm, allora si usa il provino di tipo III. Qui, la larghezza della sezione parallela stretta, così come la larghezza della spalla e la lunghezza complessiva, sono potenziate in modo che lo spessore del provino rimanga inferiore alla larghezza. Inoltre, con la lavorazione meccanica è possibile degolare lo spessore di lamierini da 14 mm.
- ASTM D638 Tipo IV - Il provino di tipo IV è ideale per testare i polimeri molto morbidi (ad esempio la gomma) e viene utilizzato quando si confrontano polimeri morbidi e più rigidi.
- ASTM D638 Tipo V - Se è disponibile solo una piccola quantità di materiale, o se direttamente dal componente non si riesce a ricavare un provino più grande, allora si deve ricorrere a un provino di tipo V, che è ridotto in ogni dimensione rispetto al tipo I.
Secondo ASTM D638, i provini di tipo V sono destinati ad applicazioni in cui è richiesta solo una quantità limitata di materiale oppure nei casi in cui non sia possibile prelevare provini di dimensioni maggiori dal componente in esame.
- Le applicazioni tipiche includono:
- Progetti di sviluppo dei materiali
- Componenti dei prototipi
- Provini provenienti dalla produzione additiva
- Piccoli componenti stampati
- Analisi dei danni
- Provini lavorati a macchina ricavati da componenti finiti
Poiché i provini Tipo V hanno una sezione trasversale notevolmente più piccola e una base di misura più corta rispetto ai provini standard di tipo I, è necessario prestare particolare attenzione all'allineamento dei provini, al loro serraggio e alla misurazione della deformazione, al fine di garantire risultati accurati e ripetibili.
L0Base di misura
L Distanza morsa/morsa
l1 Lunghezza della sezione parallela stretta/diametro interno
l2 Distanza tra le sezioni parallele larghe
l3 Lunghezza totale / diametro esterno
b2 Larghezza del provino nell'area della spalla
b1Larghezza del provino nell’area della base di misura
h Spessore provino
| Normativa | Tipo di provino | Nota: | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Tipo I | Provino preferibile per materie plastiche rigide | ≥165 | 57±0,5 | 19+6,4 | 13±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Tipo II | Preferibile quando il tipo I non si rompe nella sezione trasversale stretta | ≥183 | 57±0,5 | 19+6,4 | 6±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 135±5 |
| ASTM D638 | Tipo III | Per provini di spessore superiore a 7 mm (materie plastiche rigide e morbide) | ≥246 | 57±0,5 | 29+6,4 | 19±0,5 | 7 ... 14 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Tipo IV | Per il confronto tra plastiche rigide e morbide | ≥115 | 33±0,5 | 19+6,4 | 6±0,05 | 3,2±0,4 | 25±0,13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Tipo V | Provini piccoli ricavati da componenti | ≥63,5 | 9,53 | 9,53+3,1 | 3,18±0,5 | 3,2±0,4 | 7,62 | 25,4±5 |
Un corretto condizionamento dei provini è fondamentale per ottenere risultati coerenti e comparabili secondo ASTM D638. Molti polimeri sono sensibili al contenuto di umidità e alla temperatura. Le differenze nelle condizioni di funzionamento possono influire in modo significativo sui seguenti valori caratteristici:
- Modulo di trazione
- Sforzo di snervamento
- Resistenza alla trazione
- Deformazione a rottura
Questo è particolarmente importante per materiali igroscopici come la poliammide (PA), il PET, il PBT e molti polimeri di origine biologica.
ASTM D638 definisce le condizioni standard di laboratorio e raccomanda di sottoporre i provini a un periodo di condizionamento prima della prova, qualora ciò sia richiesto dalle specifiche del materiale. Per garantire confronti significativi tra i laboratori, è necessario utilizzare sempre procedure di condizionamento identiche.
Per molte applicazioni di routine secondo ASTM D638, un estensimetro garantisce una accuratezza sufficiente e rimane una soluzione ampiamente utilizzata.
Gli estensimetri clip-on sono particolarmente adatti per:
- Applicazioni di controllo qualità
- Materiali termoplastici rigidi
- Materiali con allungamento moderato
- Misurazioni standard della resistenza alla trazione e del modulo di elasticità
Tuttavia, gli estensimetri clip-on richiedono un fissaggio manuale e talvolta possono influenzare il comportamento di provini molto morbidi, sottili o altamente estensibili. Per i laboratori che richiedono la massima riproducibilità, un'elevata produttività o l'analisi di materiali particolarmente complessi, la misurazione della deformazione tramite bracci sensori o estensimetri ottici offre spesso vantaggi significativi.
La capacità richiesta della macchina per prove sui materiali dipende principalmente dalla sezione trasversale del provino e dalla resistenza alla trazione prevista del materiale.
Per la maggior parte delle applicazioni previste da ASTM D638, vale quanto segue:
- I sistemi con capacità compresa tra 1 kN e 5 kN sono adatti a materiali con resistenza inferiore e provini di piccole dimensioni.
- I sistemi da 10 kN sono comunemente usati per le prove di materie plastiche di routine.
- Possono essere necessarie capacità superiori per materiali altamente rinforzati o sezioni trasversali di dimensioni eccezionalmente grandi.
L'aspetto più importante non è solo la forza massima, ma anche la scelta di una macchina di prova e di una cella di carico che garantiscano una risoluzione e un'accuratezza di misura sufficienti nell'intero range di forza previsto. Una cella di carico delle dimensioni adeguate migliora la qualità della misurazione, soprattutto quando si determina il modulo di elasticità e si sottopongono a prova materiali con resistenza inferiore.
Le normative ASTM D638 e ISO 527 sono quelle più comunemente utilizzate per le prove di trazione sulle materie plastiche. Mentre ASTM D638 presenta una caratterizzazione concreta delle proprietà di trazione, il principio guida della normativa ISO 527 è l'alto livello di riproducibilità dei risultati di prova tra laboratori, aziende e stati. Sebbene entrambe determinino proprietà meccaniche simili, i metodi di prova non sono direttamente intercambiabili.
Le differenze più importanti sono:
- Geometrie dei provini e basi di misura: ASTM D638 Tipo I è il provino preferito per le plastiche rigide a forma di provino dumbbell, con una lunghezza totale di 165 mm, spessore di 3,2 mm (1/8 di pollice) e base di misura di 50 mm (2 pollici), è relativamente simile ai comuni spessori dei materiali dei componenti e allo stesso tempo permette una buona accuratezza della misurazione della deformazione. Il provino dumbbell consigliato e conforme alla normativa ISO 527-2 è il tipo 1A (stampato a iniezione) con una lunghezza totale di 170 mm, uno spessore di 4 mm e una base di misura di 75 o 50 mm. Mentre la normativa ASTM descrive cinque tipi di provini, la normativa ISO, per ottenere un elevato grado di precisione comparativa, limita i provini a due tipi.
- Requisiti per la misurazione della deformazione
- Definizioni della velocità di prova
- Metodo per la determinazione di risultati specifici
ASTM D638 è utilizzata principalmente in Nord America, mentre la normativa ISO 527 è più comunemente adottata a livello internazionale.
Poiché queste differenze possono influire sui valori misurati, quali il modulo, la tensione di snervamento, la resistenza alla trazione e l'allungamento, i risultati ottenuti secondo ASTM D638 non dovrebbero essere confrontati direttamente con quelli ottenuti secondo ISO 527, a meno che le differenze metodologiche non siano state pienamente comprese e documentate.
Per le aziende che spediscono prodotti a livello globale, è prassi comune disporre di capacità di prova sia per ASTM D638 che per ISO 527.
Le materie plastiche rinforzate con fibre lunghe, come il CFK, vengono sottoposte a prove di trazione secondo ASTM D3039. Questi materiali possono avere proprietà molto diverse a seconda della direzione e della struttura del laminato o del tessuto. Pertanto, spesso richiedono provini e metodi di prova particolari.
Per le plastiche fragili e quelle che non presentano un punto di snervamento, la deformazione a rottura viene misurata direttamente con un estensimetro meccanico o senza contatto. Nel caso dei materiali termoplastici che presentano un punto di snervamento, la deformazione nominale a rottura viene misurata attraverso lo spostamento dell’afferraggio della macchina di prova.
La resistenza alla trazione è la massima sollecitazione di trazione che un provino può raggiungere durante una prova di trazione. Questa resistenza alla trazione può verificarsi al punto di snervamento, in tal caso si parla di resistenza alla trazione al punto di snervamento. Se la resistenza alla trazione si verifica poco prima della rottura del provino, si parla di resistenza alla trazione a rottura.
ASTM E132 specifica un metodo di prova adeguato per misurare l’indice di Poisson a temperatura ambiente. Tuttavia, nel caso delle materie plastiche non rinforzate, si può utilizzare, ai fini del calcolo, un valore fisso, in quanto è sostanzialmente costante.
Oltre alle forme dei provini, la norma ASTM D638 descrive anche l'accuratezza con cui devono essere misurate le relative dimensioni.
- La larghezza dei campioni in plastica può essere determinata con un calibro, un micrometro o un dispositivo di misurazione della sezione trasversale.
- Lo spessore dei campioni in plastica viene misurata con un micrometro o un dispositivo di misurazione della sezione trasversale.
- La forza di misura è compresa tra 5 e 15 N, le superfici di misura sono circolari e piane, solitamente con un diametro di 6,35 mm (6,5 mm). Sono possibili altri elementi di contatto.
- La misurazione viene effettuata al centro del provino e all'interno della base di misura. I provini stampati a iniezione vengono misurati entro 5 mm dal centro della base di misura.
- Un difetto di misurazione dello spessore di 0,1 mm produce un errore del 2,5%!
I valori da misurare secondo ASTM D638 includono: corsa della traversa, variazione della distanza di serraggio e allungamento del provino misurato direttamente. Per la misurazione della corsa della traversa, ASTM D638 richiede un’accuratezza di ± 10% rispetto al valore misurato. La corsa della traversa è utilizzata soprattutto per la determinazione della deformazione nominale a rottura, per cui le distanze da misurare sono relativamente grandi.
Il modulo di trazione viene determinato con estensimetri a misurazione diretta. L'errore consentito nella determinazione della deformazione è stabilito in 0,0002 [mm/mm]. Ciò corrisponde a un errore di deformazione dello 0,02% o, con una base di misura di 50 mm, a un errore di spostamento consentito di 0,01 mm.
Per la misurazione dei punti di snervamento e degli allungamenti ridotti fino al 20% circa, la norma ASTM D638 richiede la conformità con la classe C secondo ASTM E83. Per allungamenti fino al 10%, ciò significa un valore di errore massimo consentito nella determinazione della deformazione pari a 0,001 [mm/mm], che corrisponde allo 0,1% di allungamento. Per la misurazione di allungamenti superiori, l'errore relativo del rispettivo valore misurato non può superare il ± 1%.
Per la misurazione di allungamenti superiori al 20%, la norma ASTM D638 permette un errore di misurazione relativo del ± 20%, che può essere ottenuto anche tramite estensimetri relativamente semplici.
Download relativi a ASTM D638
- Brochure settore industriale: Materie plastiche e gomma PDF 9 MB
- Informazioni sul prodotto: CMU 30 e CMU 80 PDF 718 KB
- Informazioni sul prodotto: zwcikiLine fino a Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Informazioni sul prodotto: ProLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informazioni sul prodotto: AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informazioni sul prodotto: Afferraggi pneumatici, Fmax 10 kN/20 kN PDF 2 MB
- Informazioni sul prodotto: Afferraggi a vite, Fmax 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Informazioni sul prodotto: Afferraggi a cuneo, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
- Informazioni sul prodotto: Afferraggi a cuneo body over wedge, Fmax 10 kN PDF 690 KB
- Product information: digiClip PDF 590 KB
- Informazioni sul prodotto: Estensimetri clip-on PDF 525 KB
- Informazioni sull'estensimetro makroXtens PDF 637 KB
- Product information: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
