Prove di Trazione su Plastiche 

ISO 527-1, ISO 527-2, ASTM D638

ISO 527 - Determinazione delle Proprietà di Trazione

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

I valori caratteristici sono

  • Stress a trazione: forza applicata alla sezione trasversale iniziale del provino
  • Deformazione: variazione di lunghezza con riferimento alla lunghezza iniziale
  • Modulo trazione: gradiente della curva nel diagramma stress-deformazione
  • Punto di snervamento: stress e deformazione nel punto della curva in cui il gradiente è a zero
  • Punto di rottura: stress e deformazione al momento della rottura del provino
  • Coefficiente di Poisson: rapporto negativo della deformazione trasversa alla deformazione assiale

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 paragonabili, dato che la forma dei provini, la velocità di prova e la determinazione dei risultati differiscono 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, diverse proprietà meccaniche possono risultare diverse se misurate su un provino standard o un componente di forma particolare. Per questa ragione i risultati determinati in un test di trazione sono limitati alla geometria del provino testato ma rappresentano comunque una valida base per il confronto di 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 sul prodotto nuovo e dopo definiti periodi di condizionamento e invecchiamento.

ISO 527 Punti Chiave delle Prove di Trazione

Definizione forma e dimensioni del provino secondo la ISO

Forme del provino per test su materiali da stampaggio

L'obiettivo principale quando si testano materiali da stampaggio è ottenere un alto livello di riproducibilità. Questo comporta una restrizione nel numero di tipi di provini. I provini sono generalmente prodotti tramite stampaggio a iniezione. Tipo 1A vengono usati provini definiti nella ISO 527-2; nella ISO 3167 vengono indicati come Provino Tipo A e sono limitati ad uno spessore di 4 mm. Questi provini sono indicati anche come Tipo A1 nella ISO 20753.

I provini stampati ad iniezione presentano diversità di orientazione e struttura a seconda della distanza dal punto di iniezione, ciò comporta proprietà meccaniche incostanti nella lunghezza del provino stesso, che causano spesso la rottura del provino dal lato opposto del punto di iniezione. La lunghezza di riferimento per il provino è 75 mm, o in alternativa 50mm. Come alternativa è possibile utilizzare provini Tipo 1B, i quali sono indicati come Tipo B nella ISO 3167 e Tipo A2 nella ISO 20753. Questi provini sono generalmente ricavati da per intaglio da lastre ottenute per iniezione, l'orientamento strutturale di questi provini differisce dai provini ricavati direttamente per iniezione. Non è garantita la comparabilità dei risultati ottenuti usando provini con forme diverse. Per i provini Tipo 1B è specificata una lunghezza di riferimento 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 è utile una piccola sezione trasversale che avanza sulla superficie del provino. Spesso per la valutazione di questo comportamento viene utilizzato solo lo stress di trazione massimo. Di conseguenza, non è necessario l'uso di estensimetri e inoltre possono essere utilizzati provini sottili. La norma ISO 527 offre Tipi CP e CW; vengono presi in prestito dalla norma ISO 8256 di trazione a impatto.

Condizionamento e condizioni ambientali definiti

Il rispetto delle condizioni ambientali e di condizionamento per quanto riguarda la temperatura e l'umidità è di grande importanza per la comparabilità dei risultati di prova. Le specifiche per la durata del condizionamento si trovano solitamente nelle normative per le plastiche da testare. Inoltre, i provini utilizzati per prove su materiali da stampaggio devono essere tenuti in "atmosfera standard" per almeno 16 ore prima del test.  Con atmosfera standard si intende quelle 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. Sono possibili anche test ad alte o basse temperature, per i quali possono essere specificate diverse esigenze.

Determinazione esatta delle dimensioni del provino

La determinazione delle dimensioni del provino possono comportare un gran numero di errori dei 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 spessore del provino ha un effetto quadratico.  Oltre alla precisione di lettura del dispositivo di misurazione, svolgono un ruolo importante anche la dimensione e la forma dell'elemento di contatto e la pressione pressione applicata alla superficie durante la misurazione. Inoltre, la sezione trasversale del provino spesso differisce da una forma rettangolare ideale per errori derivanti dalla lavorazione meccanica o segni di ritiro. Molte normative di prova si riferiscono alla ISO 16012 e/o ASTM D5947 per la definizione dei requisiti e metodi di misurazione. Talvolta, le normative di prova individuali contengono specifiche aggiuntive. Per esempio, un calibro viene normalmente usato per misurare la lunghezza totale di plastiche dure più oltre i 10 mm. Dal momento che durante la misurazione la pressione della superficie non può essere controllata, la precisione di misurazione è piuttosto bassa, anche se la risoluzione del calibro è alta. Lo spessore e la larghezza del provino sono normalmente determinati da 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 è in 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 estensione. Nell'ambito della taratura periodica rispetto a un apparecchio di misurazione basato su standard nazionali, è stato dimostrato che questi valori misurati raggiungono un livello di precisione definita nello standard di prova di tutti i campi di misura definiti. 

Misurazione forza (ISO 7500-1, ASTM E4)

Molte normative di prova richiedono una precisione di misurazione dell' 1% per il valore misurato. Questo requisito è classificato come Classe 1 in ambiente ISO. 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 raggiunge la classe di precisione specificata. Diverse macchine di prova ZwickRoell raggiungono la Classe 1 ad un minimo di 1\1000 del loro range di misurazione. Ciò significa che è possibile misurare i valori del modulo e lo stress a trazione di molti materiali con la stessa disposizione di prova senza doverla riconfigurare.

Misurazione dell'estensione (ISO 9513, ASTM E83)

Insieme a un errore definito (in percentuale), le specifiche della classe di precisione per la misura dell'estensione includono anche una specifica per l'errore assoluto, che avviene quando si misurano le estensioni più piccole.

In questo caso le normative ISO e ASTM si differenziano in modo significativo. Mentre le tolleranze ISO si riferiscono all'estensione, nella ASTM il riferimento viene eseguito direttamente sulla deformazione. Inoltre, i requisiti per le deformazioni più piccole sono definite in modo più restrittivo nelle normative ISO rispetto a quanto indicato nella classe corrispondente delle ASTM. Questo talvolta comporta , a seconda della lunghezza di riferimento usata, differenze significative per definizione in particolare nella misurazione di estensioni ridotte.

Caratteristiche durante la misurazione del modulo elastico. Come mostrato nella tabella sopra, l'accuratezza richiesta per la deformazione nel range del modulo elastico, 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 del range del modulo. Questo potrebbe comportare un errore di misurazione altrettanto grande. Per risolvere questo problema, è stato aggiunto alla normativa ISO 527-1un requisito supplementare per la misurazione del modulo di trazione, in cui viene enunciato che il percorso di misurazione tra l'inizio e la fine della determinazione del modulo deve essere misurato con una precisione dell'1%.

Video Prova di Trazione secondo la ISO 527

1:41

Tensile test on plastics to ISO 527 with makroXtens

makroXtens II is a universal and versatile, high-accuracy extensometer

MGG Polymers upgrades testing laboratory with pendulum impact tester from ZwickRoell

The company MGG Polymers Austria Kunststoffverarbeitung GmbH, a subsidiary of the Müller-Guttenbrunn Group, produces 50,000 tons of high quality plastic pellets and compounds primarily made of PP, HIPS, ABS and PC/ABS annually for numerous customer applications worldwide. To characterize the behavior of polymers subjected to impact loading the company selected a pendulum impact tester from ZwickRoell.
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