Prove di impatto su plastiche
Le prove di impatto si eseguono per determinare il comportamento di un materiale sottoposto a elevate velocità di deformazione. I pendoli, le torri di caduta e le macchine a elevata velocità sono usati per fornire indicazioni sulle caratteristiche del comportamento delle plastiche sottoposte a impatto.
Prove di impatto con pendolo
Esistono 4 metodi per le prove di impatto standardizzate:
- prove Charpy (ISO 179-1, ASTM D6110)
- prove Charpy strumentate (ISO 179-2)
- prove Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) e "Unnotched cantilever beam impact" (ASTM D 4812).
- prove di impatto (ISO 8256 e ASTM E1822)
- prove di impatto Dynstat (DIN 53435)
Differenze tra le prove di impatto ISO e ASTM
Quando si eseguono prove secondo la normativa ISO, ogni mazza del pendolo può essere utilizzata nel range che va dal 10% all' 80% della sua energia nominale potenziale iniziale. Le normative ASTM permettono l'uso fino all'85%.
La differenza principale fra ISO e ASTM sta nella scelta della dimensione capacità della mazza. Secondo la ISO si deve usare sempre la mazza con l'energia maggiore possibile, sebbene talvolta le sovrapposizioni delle capacità delle mazze sono ridotte. Questo requisito si basa sul presupposto che la perdita di velocità durante la rottura del provino deve essere ridotta al minimo. Invece, nelle norme ASTM la mazza di riferimento ha un'energia nominale di 2.7 J e tutte le mazze superiori hanno energie multiple di questo valore. In questo caso, si utilizza la mazza di capacità più piccola possibile per la prova.
Prove di impatto Charpy (ISO 179-1, ASTM D6110)
Secondo la ISO 10350-1, il metodo di prova più appropriato è lo Charpy conforme alla ISO 179-1 . La prova viene eseguita preferibilmente su provini senza intaglio con impatto sul lato stretto (1eU). Se con questa configurazione di prova il provino non si rompe, devono essere utilizzati campioni con intaglio, in questo caso i risultati delle due prove non potranno essere direttamente comparabili. Se ancora non si riesce a ottenere la rottura del campione, si deve procedere con la prova di trazione a impatto.
Vantaggi delle prove di impatto Charpy
- Paragonato al metodo Izod, il metodo Charpy oltre a vantare un ampio range di applicazioni, è più adeguato a testare i materiali soggetti a fratture per scorrimenti interlaminari o per effetti superficiali.
- Inoltre, il metodo Charpy presenta dei vantaggi nel caso di prove a bassa temperatura, poiché il supporto del campione è più distante dall'intaglio, si evita così una rapida trasmissione del calore alle parti critiche del campione stesso.
Prove Charpy strumentate (ISO 179-2)
Tracciando la sequenza forza tempo, è possibile ottenere un diagramma forza tempo tramite doppia integrazione usando una tecnologia di misura di alta qualità. I dati acquisiti possono essere usati in svariati modi.
- Valori caratteristici aggiuntivi che migliorano la conoscenza del comportamento del materiale
- Valori caratteristici meccanici della frattura
- Determinazione automatica indipendente dall'operatore del tipo di rottura usando l'analisi della curva forza-spostamento.
Le curve dei valori misurati mostrano sempre le fluttuazioni tipiche. Si tratta di fluttuazioni dei provini con frequenze collegate in modo definito e funzionale alla geometria del provino, alle dimensioni e al valore del modulo del polimero.
Un altro vantaggio significativo della strumentazione è l'ampio range di misurazione. Contrariamente ai pendoli convenzionali, viene misurata la forza invece che l'energia. Poiché l'elettronica di misurazione consente la misurazione precisa a partire da 1/1000 della forza nominale, l'estremità inferiore dell'energia di impatto misurabile è solitamente determinata dalla durata della prova e dalla frequenza propria degli elementi misurati. Per questo, è possibile coprire l'intero range di misurazione descritto nella ISO 179-2 con due mazze del pendolo strumentate. Una mazza strumentata da 5 joule per velocità di impatto 2.9 m/s e una mazza da 50 joule per velocità 3.5 m/s. Con questo metodo, le prove Izod e le prove di trazione a impatto sono anche strumentate.
Prove Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508, ASTM D 4812)
- Nell'ambito delle normative ASTM, il metodo più diffuso è Izod secondo ASTM D 256, nel quale vengono sempre usati provini con intaglio.
- Meno comune è la prova cosiddetta "unnotched cantilever beam impact" descritta dalla normativa ASTM D 4812, simile alla prova Izod ma eseguita su campioni senza intaglio.
- Nel caso in cui siano disponibili solo provini di piccole dimensioni, viene utilizzato il metodo "chip-impact" secondo la norma ASTM D4508. Si tratta di un test analogo al test Dynstat.
Prove di impatto Dynstat (DIN 53435)
- Alcune case automobilistiche tedesche utilizzano, per provini di piccole dimensioni, il metodo di prova Dynstat. Il vantaggio di questo metodo è riuscire a testare provini molto piccoli ricavati da parti relativamente piccole.
- Questo metodo viene descritto nella normativa DIN.
Prove di punzonatura su piastre
Prove di punzonatura: di particolare interesse per i materiali da stampaggio. Questo tipo di prova impone uno stato di stress multiassiale su una piastra sottile, applicando una velocità di deformazione elevata. I risultati sono un diagramma forza-spostamento o forza-tempo e dati puntuali relativi alle caratteristiche di flessione e alla forza massima.
Le prove di punzonatura su piastre vengono definite dalle seguenti normative: ISO 6603-2 e ASTM D3763. ISO 7765-2 è una variazione della normativa ed è utilizzata per prove su film.
Le prove vengono eseguite usando un'altezza di caduta pari a 1 m che corrisponde a una velocità di impatto di 4.43 m/s. L'energia potenziale del peso deve essere almeno 2.73 volte più grande rispetto all'energia di punzonatura assorbita dal provino. Questo assicura la conformità con la normativa dopo la limitazione della perdita di velocità di massimo il 20% della velocità d'impatto.
Nel caso di polimeri viscosi, come il policarbonato, l'attrito che si verifica sulla punta del penetratore, potrebbe falsare significativamente i risultati di prova. Per questo, le normative richiedono che il penetratore sia leggermente lubrificato.
Per le prove a bassa temperatura le piastre devono essere condizionate alla temperatura di prova per un periodo di tempo adeguato, per questo possono essere utilizzati diversi dispositivi di raffreddamento da posizionare vicino allo strumento di prova. Prima di eseguire la prova, il provino viene estratto dal dispositivo di raffreddamento e posizionato sulla torre di caduta, quindi testato entro pochi secondi.
La torre di caduta HIT 230F è stata progettata per avere una buona accessibilità all’area di posizionamento provino. Attivando il rilascio a due mani si chiude il morsetto, andando a ricoprire tutte le masse mobili. In questo modo si evita qualsiasi rischio per l'operatore e si esegue il test in pochi secondi. Contrariamente agli strumenti con camera climatica integrata, la torre di caduta HIT 230F offre la possibilità di eseguire con facilità i test di punzonatura su un alto numero di provini.
Prove di impatto con macchine di prova ad alta velocità
Le macchine di prova ad alta velocità HTM possono essere ampiamente utilizzate per i test sulle materie plastiche. Sono caratterizzate da un'alta velocità di prova e ampi range di forza e possono essere usate in maniera flessibile nelle prove di trazione e compressione. Inoltre, possono essere accessoriate con una camera climatica per eseguire prove a diverse temperature.
Paragone dei metodi di prova utilizzati con le macchine ad alta velocità
Prove di penetrazione multiassiale su lamiere o film, per esempio secondo la ISO 6603-2, ASTM D3763 o ISO 7765-2
Prove di trazione ad alta velocità secondo la ISO 18872 o normative interne nel settore dell'industria automobilistica
