PROPRIETA’ MECCANICHE E CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI PLASTICI

Perché è importante studiare le proprietà meccaniche di un materiale?

Le proprietà meccaniche di un materiale sono importanti per studiare il comportamento dello stesso sia quando sottoposto a sollecitazioni esterne che durante la sua durata nel normale utilizzo; è quindi importante studiare le loro caratteristiche in base all’utilizzo, quindi che si debba applicare un nylon alle corde da arrampicata o che si utilizzi il polietilene delle buste della spesa.

Le proprietà meccaniche devono quindi essere studiate soprattutto per assicurare prestazioni, sicurezza e durabilità di un componente e quindi anche per prevedere/prevenire i cedimenti di un materiale.

Un cedimento è ogni variazione del materiale che induce il peggioramento o la perdita delle sue capacità strutturali / funzionali.

Per capire COME e QUANDO interviene il cedimento è necessario determinare le proprietà meccaniche di un materiale attraverso test specifici, ad esempio studiando la deformazione o la rottura in seguito all’applicazione di un carico.

Il cedimento può presentarsi sul provino come deformazione o rottura.

Le sollecitazioni che portano a deformazione possono essere dipendenti dal tempo, quindi risultare in deformazione elastica o plastica, oppure dipendenti dal tempo ad esempio come creep o rilassamento.

Le rotture possono essere causate da una applicazione di un carico statico (rotture fragili o duttili) o carico dinamico, quindi per fatica.

Quale strumento viene utilizzato?

Quando si parla di proprietà meccaniche di un materiale plastico vengono quindi generalmente considerate quelle caratteristiche che si studiano mediante l’utilizzo di uno strumento in particolare: il dinamometro.

Il dinamometro è uno strumento che mediante l’utilizzo di una cella di carico, un estensimetro e la movimentazione delle morse, permette di trazionare o comprimere un campione per studiarne le caratteristiche.

Le prove che vengono generalmente eseguite sono quindi test di caratterizzazione meccanica rappresentanti del comportamento intrinseco del materiale quando sottoposto a sollecitazioni esterne.

TRAZIONE

Tra i test più importanti utilizzati per studiare le proprietà e il comportamento del materiale c’è la prova di trazione, in cui viene applicata una sollecitazione a un provino normato (barretta o a osso di cane) che viene tirato con una forza sempre crescente in base alla risposta che dà ogni singolo materiale. Da questa ne deriva una curva di sforzo rispetto alla deformazione imposta con la trazione stessa. Da qui è possibile ricavare molteplici informazioni in termini meccanici tra i quali resistenza a trazione, allungamento finale del provino e modulo elastico dello stesso.

Fig. 2 Dinamometro

Sforzo elongazionale: F è la forza applicata perpendicolarmente alla sezione del provino (A₀), ovvero spessore moltiplicato per larghezza
Deformazione elongazionale: il rapporto tra ΔL che è l’allungamento e la sezione utile iniziale del provino (l₀).

Modulo di elasticità o modulo di Young: esprime il rapporto tra sforzo e deformazione nel caso di condizioni di carico monoassiale ed in caso di comportamento di tipo “elastico” del materiale. È definito come il rapporto tra lo sforzo applicato e la deformazione che ne deriva.

I provini utilizzati sono generalmente normati in base al metodo, per la norma ISO 527-1/2 vengono ad esempio utilizzati provini ad osso di cane con caratteristiche definite:

FLESSIONE

Un ulteriore test utilizzato per studiare le proprietà meccaniche è la flessione. La sollecitazione che la provoca è detta momento flettente. Per semplicità, si può dire che un corpo è soggetto ad uno sforzo di flessione quando, per effetto dei vincoli cui è sottoposto, reagisce, opponendosi, ad un sistema di forze ad esso applicate che tenderebbero a farlo ruotare attorno ad un proprio punto.

PROVA DI RESILIENZA

Il terzo ed ultimo esempio che andremo a trattare è la prova di resilienza o di urto tipo Charpy o Izod.

Si tratta di un test d’impatto, ovvero una prova dinamica, nella quale il materiale reagisce ad un’azione veloce ed è ottima per studiarne le prestazioni in condizioni di “vita reale”, in quanto per un oggetto possono essere frequenti collisioni, cadute o impatti di vario genere. Il carico, durante l’impatto, è applicato in modo impulsivo, dell’ordine dei millisecondi, destando effetti dinamici, come forze d’inerzia, dovute all’accelerazione delle masse e forze viscoelastiche proporzionali alla velocità di deformazione.

La resilienza è la resistenza del materiale alle sollecitazioni dinamiche (urti). Misura l’energia necessaria per rompere un campione sottoposto ad una sollecitazione estremamente veloce (0.1 -200m/s)

I materiali che presentano un’alta resilienza vengono detti tenaci, mentre quelli che presentano una bassa resilienza vengono detti fragili.

Attenzione quindi, La tenacità non è la resilienza!

Abbiamo affrontato un accenno alle prove meccaniche e dinamometriche più importanti, ma nei nostri laboratori possiamo eseguire queste prove e molte altre, visitate il ns. sito su prove di laboratorio !

Per ulteriori informazioni e approfondimenti potete inoltre contattarci o iscrivervi al nostro corso di formazione “CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI PLASTICI: TRAZIONE, COMPRESSIONE, FLESSIONE, ADESIONE E RESILIENZA” nella sezione FORMAZIONE!

Un grazie speciale, va alla collega Dott.ssa Giulia Atzeni, parte del Team Plastlab come tecnico di laboratorio, la quale ci sensibilizza su questo tema così da fornirci nuovi contenuti per queste #pilloledilaboratorio!

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