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Prove di trazione su plastiche

ISO 527-1 -2, ASTM D638
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  • Brochure settore industriale: Materie plastiche e gomma PDF 9 MB

Obiettivo del test di trazione in accordo alla ISO 527

In queste prove di trazione vengono determinate le proprietà meccaniche del materiale da stampaggio. Questi valori caratteristici vengo principalmente utilizzati a scopo comparativo.

I valori caratteristici sono:

  • Resistenza a trazione: forza applicata alla sezione trasversale iniziale del provino
  • Deformazione: variazione della lunghezza con riferimento alla lunghezza iniziale
  • Modulo trazione: gradiente della curva nel diagramma sforzo-deformazione
  • Punto di snervamento: resistenza e deformazione nel punto della curva in cui il gradiente è a zero
  • Punto di rottura: resistenza e deformazione nel momento della rottura del provino
  • Coefficiente di Poisson: coefficiente di contrazione trasversale alla deformazione longitudinale

Le normative ISO 527-1/-2 e ASTM D638 definiscono i metodi di prova per i test di trazione. Pur essendo tecnicamente equivalenti, le prove eseguite seguendo queste norme non forniscono risultati pienamente comparabili, in quanto la forma dei provini, la velocità di prova e la determinazione dei risultati sono diversi fra loro per svariati aspetti.

Nelle prove di trazione standard, i risultati di prova vengono visualizzati sulla base di una velocità di trazione imposta al provino. In caso di test su componenti di forme non standardizzate i risultati possono variare notevolmente. A causa delle proprietà viscoelastiche dei polimeri, le proprietà meccaniche possono risultare diverse se misurate su un provino standard o su un componente di forma particolare. Per questa ragione i risultati determinati con un test di trazione sono condizionati dalla geometria del provino testato, e rappresentano comunque una valida base per il confronto dei diversi materiali.

Test di invecchiamento: Le prove di trazione sono un valido strumento per valutare il cambiamento delle caratteristiche di un polimero a seguito di diversi processi di invecchiamento. Per questo, i valori caratteristici di un test di trazione sono determinati sia sul prodotto nuovo che dopo periodi di condizionamento e invecchiamento definiti.

Requisiti ambientali e dei sistemi di prova per i test di trazione in accordo alla ISO 527

Definizione della forma e delle dimensioni del provino secondo la ISO

Forme del provino per i test su materiali da stampaggio

L'obiettivo principale quando si testano materiali da stampaggio è ottenere un alto livello di riproducibilità. Questo comporta una limitazione del tipo di provini.

  • I provini sono generalmente prodotti tramite stampaggio a iniezione. Tipo 1A: sono i provini definiti dalla ISO 527-2. Tipo A: sono i provini denominati nella ISO 3167 con la limitazione dello spessore pari a 4 mm; questi ultimi nella ISO 20753 diventano Tipo A1.
  • I provini stampati per iniezione presentano un orientamento decrescente all'aumentare della distanza dal punto di iniezione. Questo comporta uno sviluppo non costante della curva delle proprietà meccaniche lungo il provino che ne causano spesso la rottura nel lato opposto del punto di iniezione.
  • La base di misura che viene considerata è 75 mm, o altrimenti 50 mm.
  • Come alternativa è possibile utilizzare provini Tipo 1B, i quali nella ISO 3167 sono indicati come Tipo B e nella ISO 20753 Tipo A2.
  • Questi provini sono generalmente ricavati per intaglio da lastre ottenute per iniezione, l'orientamento strutturale di questi provini è significativamente diverso da quello dei provini ricavati direttamente per iniezione. Usando provini con forme diverse non viene garantita la comparabilità dei risultati ottenuti.
  • Per i provini Tipo 1B è specificata una base di misura di 50 mm, a causa del raggio maggiore risultante in un'area parallela più corta.

Provini per test di invecchiamento, test di invecchiamento in ambienti controllati e atmosfera controllata

  • Per tutte le procedure di analisi dell'invecchiamento che si verificano sulla superficie del provino è utile una sezione trasversale ridotta.
  • Spesso per la valutazione di questo comportamento viene utilizzata solo la resistenza massima a trazione. Di conseguenza, non è necessario l'uso di estensimetri e inoltre possono essere utilizzati provini sottili.
  • Nella norma ISO 527 sono menzionati i provini Tipi CP e CW che vengono presi in prestito dalla ISO 8256 per le prove di trazione a impatto.

Requisiti di condizionamento e condizioni ambientali definite

  • Per la comparabilità dei risultati di prova è di grande importanza il rispetto delle condizioni ambientali e di condizionamento in relazione a temperatura e umidità.
  • Le specifiche per la durata del condizionamento si trovano solitamente all'interno delle normative per le plastiche da testare. Inoltre, i provini utilizzati per test su materiali da stampaggio devono essere tenuti in "atmosfera standard" per almeno 16 ore prima della prova. 
  • Con atmosfera standard si intende quella definita nella norma ISO 291 o ASTM D1349
    Temperatura atmosfera: 23 ± 2 °C, 50 ± 10% r.F.
    Atmosfera sub tropicale: 27 ± 2 °C, 65 ± 10% r.F.
  • Le tolleranze corrispondono alla classe 2. Le tolleranze sono dimezzate per la classe 1.
  • La temperatura ambiente si riferisce ad un range di temperatura più ampio, tra 18 °C e 28 °C.
  • È possibile inoltre eseguire prove ad alte o basse temperature, per le quali è possibile stabilire requisiti diversi

Determinazione esatta delle dimensioni del provino

  • La determinazione delle dimensioni del provino possono influenzare in modo incisivo i valori di stress. Quando un provino è sottoposto a un carico di trazione, l'errore di misurazione viene riflesso linearmente dal risultato di stress. Quando un provino è sottoposto a un carico di flessione, l'errore di misurazione dello spessore del provino ha un effetto quadratico. 
  • Oltre all'accuratezza di lettura del dispositivo di misurazione, svolgono un ruolo importante anche la dimensione e la forma dell'elemento di contatto e la pressione della superficie applicata durante la misurazione.
  • Inoltre, l'area di sezione del provino spesso non coincide con la forma ideale del rettangolo per errori derivanti dalle lavorazioni meccaniche come fresatura e fusione.
  • Molte normative di prova si riferiscono alla ISO 16012 e/o ASTM D5947 per la definizione di requisiti e metodi della misurazione della dimensione. Talvolta, le normative di prova individuali contengono specifiche aggiuntive.
  • Per esempio, per misurare la lunghezza totale di plastiche dure lunghe più di 10 mm, viene normalmente usato un calibro; dal momento che durante la misurazione la pressione della superficie non può essere controllata, l'accuratezza della misurazione è piuttosto bassa, anche se la risoluzione del calibro è alta.
  • Lo spessore e la larghezza del provino sono normalmente determinati da un micrometro a vite con cricchetto. La superficie di contatto è piatta e circolare con un diametro di 6,35 mm. Il cricchetto limita la forza di misurazione a 5-15 N.
  • Nei sistemi automatizzati, lo spessore e la larghezza sono determinati da un dispositivo per la misurazione della sezione trasversale. Questo dispositivo viene a contatto con il provino durante la misurazione e determina le dimensioni con quattro trasduttori di misurazione digitale.
  • Per le plastiche morbide e le pellicole è imperativo che la forza di misurazione sia assolutamente rispettata, a questo proposito è necessario utilizzare uno strumento di misurazione spessore digitale con supporti del peso.

Requisiti macchina di prova

Le macchine di prova misurano due valori fondamentali: forza ed allungamento. Nell'ambito della taratura periodica rispetto a un apparecchio di misurazione basato su standard nazionali, è stato dimostrato che questi valori misurati raggiungono il livello di precisione stabilito negli standard di prova in intervalli definiti. 

Misurazione forza (ISO 7500-1, ASTM E4)

Molte normative di prova richiedono un’accuratezza dell'1% per il valore misurato. Nell’ambito ISO, questo requisito è classificato come Classe 1. Oggi quasi tutte le macchine di prova moderne raggiungono la Classe 1, o persino Classe 0.5 con tolleranze dimezzate. Diventa quindi determinante il range di misura in cui una macchina di prova soddisfa i requisiti di una specifica classe. Diverse macchine di prova ZwickRoell raggiungono la Classe 1 da appena 1\1000 del loro fondo scala. Ciò significa che è possibile misurare i valori del modulo e dello stress a trazione di molti materiali con la stessa configurazione di prova senza doverla modificare.

Misurazione della deformazione (ISO 9513, ASTM E83)

Insieme a un errore relativo (in percentuale), le specifiche della classe per la misura della deformazione includono una tolleranza di accuratezza assoluta che viene tenuta in considerazione per le corse ridotte.
In questo caso le normative ISO e ASTM si differenziano in modo significativo.

  • Le tolleranze ISO si riferiscono all'estensione, mentre secondo ASTM ci si riferisce alla deformazione.
  • Inoltre, i requisiti per le deformazioni più piccole sono definiti in modo più restrittivo nelle normative ISO rispetto a quanto indicato nella classe corrispondente delle ASTM.
  • Questo talvolta comporta, a seconda della base di misura usata, differenze significative specialmente per le corse ridotte.

Considerazioni per la misurazione del modulo elastico

  • Come mostrato sopra, il requisito di accuratezza per l’intervallo di deformazione all’interno del quale il modulo elastico viene calcolato, secondo la ISO Classe 1, è ±3 µm. Ciò significa che potrebbe esserci una deviazione fino a 6 µm tra le misurazioni all'inizio e alla fine dell’intervallo di valutazione del modulo. Questo potrebbe tradursi in un errore di misura altrettanto grande.
  • Per risolvere questo problema, è stato aggiunto alla normativa ISO 527-1 un requisito supplementare per la misurazione del modulo di trazione. Questo requisito aggiuntivo precisa che il percorso di misurazione tra l'inizio e la fine della determinazione del modulo deve essere misurato con un’accuratezza dell'1%.

Prove di trazione in accordo alle ISO 527-1 / ASTM D638 in camera climatica -80 °C ... +250 °C

Prove su plastica in camera climatica -80 °C ... +250 °C.

Prove a temperatura su componenti e materiali (ISO 527-1, ASTM D638) come: plastiche, gomme, elastomeri e compositi rinforzati con fibre con l’estensimetro makroXtens.

testXpert III - prove di trazione su plastiche in accordo alla ISO 527-1 (ASTM D638)

Il software di prova testXpert III è la soluzione ideale per tutti i requisiti di prova. Grazie alla stretta collaborazione con gli utilizzatori finali e le numerose funzioni incluse, ti supporterà durante le attività di prova quotidiane. Le normative ISO 527-1/-2 e ASTM D638 definiscono i metodi di prova per i test di trazione. Pur essendo tecnicamente equivalenti, le prove eseguite seguendo queste norme non forniscono risultati pienamente comparabili, in quanto la forma dei provini, la velocità di prova e la determinazione dei risultati sono diversi fra loro per svariati aspetti. Con testXpert III, ZwickRoell offre un programma di prova standard garantito per soddisfare i requisiti delle normative ISO 527-1 e ASTM D638. Tutte le impostazioni per l'esecuzione dei test in accordo alla ISO 527 sono già state pre-settate. Molti altri dettagli sono disponibili anche in testXpert.

Test di trazione confrontati con altri metodi di prova

Test di trazione confrontati con altri metodi di prova

Prove di flessione (ISO 178, ASTM D 790)
Prove di creep a trazione (ISO 899-1)
Prove di trazione a impatto (ISO 8256, ASTM D1822)
Prove di trazione ad alta velocità (ISO 18872)
Biegeversuch (ISO 178, ASTM D 790)

Prove di flessione (ISO 178, ASTM D 790)

  • Le prove di flessione sono eseguite con carichi simili a quelli delle prove di trazione, per questo forniscono simili caratteristiche dei materiali testati.
  • Uno dei principali vantaggi della prova di flessione è la misurazione relativamente semplice delle basse deformazioni dei provini. Per questa ragione il test di flessione è stato considerato per molto tempo come il migliore per la determinazione del modulo elastico.
  • Ad oggi, con la presenza sul mercato di estensimetri altamente accurati e di facile utilizzo, il test di flessione gioca un ruolo meno importante.
  • Per quanto riguarda il metodo, i risultati della prova di flessione evidenziano le caratteristiche delle condizioni del materiale sulla superficie. Se il provino è fortemente orientato, questo comporterà differenze tra i risultati ottenuti in flessione e quelli ottenuti in trazione.
  • Il metodo di calcolo descritto negli standard è soggetto a un errore di misurazione che aumenta all'aumentare della deformazione del provino. Per questa ragione il test di flessione, diversamente da quello di trazione, può essere usato solo per provini a bassa deformazione.
Scopri di più sulle prove di flessione ISO 178
Creep / Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung (ISO 899-1)

Prove di creep a trazione (ISO 899-1)

La prova di creep viene eseguita applicando un carico costante a trazione. La variazione di carico è nulla. La variazione della deformazione viene visualizzata come curva di creep.

Scopri di più sulle prove di creep ISO 899-1
Schlagzugversuch (ISO 8256, ASTM D 1822)

Prove di trazione a impatto (ISO 8256, ASTM D1822)

  • Questa prova offre un metodo semplice per la determinazione delle proprietà di trazione ad alta velocità, utilizzando un pendolo ad impatto.
  • Con un pendolo ad impatto standard, vengono determinati solo i risultati relativi all'energia di impatto, in ogni caso, le velocità di impatto sono generalmente limitate a 3,8 m/s. L'utilizzo di un pendolo strumentato permette la valutazione di ulteriori valori caratteristici, come ad esempio la forza di trazione massima.
Ulteriori informazioni sulle prove di impatto
Schnellzerreißversuch (ISO 18872)

Prove di trazione ad alta velocità (ISO 18872)

Il test di trazione ad alta velocità può essere eseguito con torri di caduta (drop weight tester) o macchine per prove di trazione ad alta velocità. Viene raggiunta la velocità pull-off fino a 20 m/s. Inoltre, è possibile la misurazione diretta della deformazione sul provino, con la possibilità di ottenere la curva di carico-deformazione. La prova di trazione a elevata velocità fornisce anche parametri importanti per le simulazioni di crash.

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