Guida definitiva ai test di trazione ASTM D412 degli elastomeri

Come eseguire un test di resistenza alla trazione sugli elastomeri secondo la norma ASTM D412 

Scritto da Kayla Thackeray

ASTM D412 è la norma più comune per determinare le proprietà a trazione della gomma vulcanizzata (termoindurente) e degli elastomeri termoplastici. I composti di questa famiglia sono usati per creare una vasta gamma di beni di consumo come pneumatici, palloni da calcio ed elastici. Questa famiglia produce anche materiali altamente specializzati, come gli O-ring delle navette spaziali che devono funzionare in modo affidabile in condizioni ambientali estreme.

 

Questa guida è progettata per introdurvi agli elementi di base di un test di trazione ASTM D412 e fornirà una panoramica delle apparecchiature di test dei materiali, del software e dei campioni di trazione necessari. Tuttavia, chiunque abbia intenzione di condurre test ASTM D412 non dovrebbe considerare questa guida un sostituto adeguato per leggere la norma completa.


Cosa misura?

ASTM D412 misura l’ elasticità di un materiale mentre è sotto sollecitazione di trazione, così come il suo comportamento dopo il test quando il materiale non è più sotto stress. ASTM D412 è condotto su una macchina di test universale (chiamata anche macchina per test di trazione) a una velocità di 500 ± 50 mm/min finché il provino non cede. Anche se ASTM D412 misura molte diverse proprietà a trazione, le seguenti sono le più comuni:

  • Resistenza alla trazione: lo stress di trazione massima applicato nello stiramento di un provino fino alla rottura.
  • Stress di trazione a un determinato allungamento: lo stress richiesto per allungare la sezione trasversale uniforme di un provino sino a un determinato allungamento.
  • Allungamento finale: l’allungamento al quale si verifica la rottura nell’applicazione di uno stress di trazione continua.
  • Set di trazione: l’estensione che rimane dopo che un provino è stato allungato e lasciato ritrarsi in un determinato modo espresso come percentuale della lunghezza originale.

Test ASTM D412 su sistemi di test universali Instron

Si prega di notare che ASTM D412 non si applica ai test su elastomeri duri e a basso allungamento come l’ebanite. Chi ha bisogno di testare l’ebanite e le materie plastiche dure deve fare riferimento ad ASTM D638.

 Rapporto sul test ASTM D412

Sistema di test di trazione

La maggior parte dei test ASTM D412 viene eseguita su una macchina di test universale da tavolo con una varietà di accessori che possono essere configurati per eseguire correttamente un test di resistenza alla trazione ASTM D412 per elastomeri e gomma.

Un pacchetto standard deve includere un sistema di test della serie 3400, un estensimetro a corsa lunga XL e un paio di morse a rullo manuali. Questo sistema è eccellente per aziende di produzione di elastomeri di piccole e medie dimensioni o per coloro che acquistano il loro primo sistema D412. Un sistema più avanzato ed efficiente è il sistema di test Serie 6800 con un estensimetro video senza contatto AVE 2 e una coppia di prese pneumatiche ad azione laterale della Serie 2712 con un kit di aria avanzato. Questo sistema rappresenta la norma mondiale per i produttori di pneumatici e le grandi multinazionali di elastomeri. Per i clienti che richiedono un’alta produttività, i sistemi di test multi stazioneInstron sono la risposta e possono testare fino a cinque campioni contemporaneamente. Un esempio di impostazione del test ASTM D412 è illustrato qui sotto.

Impostazione del test con ASTM D412

Impostazione del test con ASTM D412

1. Instron 6800

2. Dashboard Bluehill Universal (2490-696)

3. Cella di carico serie 2580

4. Prese pneumatiche ad azione laterale 5 kN (2712-045)

5. 2603-080 Estensimetro a corsa lunga

 

 

 

Software

Bluehill Universal viene fornito con un modulo applicativo gratuito al momento dell’acquisto. All’interno di ogni modulo applicativo ci sono metodi di test preconfigurati e la documentazione di supporto per assistere nei test secondo varie norme, compresa la ASTM D412 per coloro che scelgono il modulo Elastomero.

Bluehill Universal Software

Campioni

ASTM D412 descrive due metodi di test, a seconda del tipo di campione. Prestare attenzione al fatto che questi due metodi di test non producono risultati identici. Il metodo di test A si avvale di campioni a forma di “manubrio” o “dogbone”, mentre il metodo di test B è progettato per campioni a forma di anello. Il metodo di test A è più comunemente usato del metodo di test B. I campioni a dogbone devono essere fustellati da un foglio o una placca stampati a iniezione. La direzione in cui il foglio viene estruso è importante in quanto produce un sottile motivo a fibra nel materiale. Per coerenza, tutti i campioni devono essere tagliati con la porzione longitudinale parallela alla fibra.

Misurazione dei provini

Esistono sei tipi consentiti di campioni a dogbone per il test ASTM D412 e due tipi consentiti di campioni di anelli tagliati. La forma più comunemente testata è un campione a dogbone C fustellato, che richiede una lunghezza complessiva di 115 mm (la lunghezza del calibro è di 25 mm), una larghezza di 6 mm e uno spessore di 3 mm. Lo spessore del campione deve essere misurato tre volte, con il valore mediano che è il valore accettato.

Per garantire la conformità alla norma, tutti i campioni utilizzati per i test ASTM D412 devono essere misurati con un micrometro in conformità con ASTM D3767. La funzione Dispositivo di misurazione automatica del campione (Automatic Specimen Measuring Device) di Bluehill® Universal permette agli operatori di collegare fino a due micrometri o dispositivi di misurazione al computer e di inserire la media delle misure direttamente nel software. In questo modo si eliminano le possibilità di errori di inserimento e si aumenta l’efficienza.

Allineamento del campione

Per poter testare correttamente, i campioni devono essere tenuti perpendicolarmente alle facce della ganascia e non inclinati su un angolo. Il disallineamento dei campioni può causare una variazione significativa dei risultati del test e occorre prestare la dovuta attenzione per assicurarsi che tutti i campioni siano allineati in modo coerente per ogni test.

Un modo per prevenire il disallineamento è utilizzare una faccia della ganascia vicina alla stessa larghezza del campione, rendendo relativamente facile regolare visivamente l’allineamento. Il modo più semplice per prevenire il disallineamento è utilizzare un dispositivo di allineamento del campione che si monta direttamente sui corpi dell’impugnatura. Questa è una semplice barra che fornisce un punto di arresto regolabile in modo che gli operatori possano facilmente vedere che il loro campione è stato allineato correttamente.

Prese

Una volta che le prese sono state serrate sui campioni elastomerici in preparazione per l’esecuzione di un test, vengono spesso applicate forze di compressione indesiderate. Queste forze, sebbene minime, possono interferire con i risultati dei test se non trattate correttamente. È importante che non siano bilanciate dopo l’inserimento del campione, in quanto ciò causerà una deviazione nei risultati. Il software di test dei materiali Bluehill Universal può essere programmato per normalizzare le forze su più campioni e rimuovere qualsiasi forza di allentamento o compressione, garantendo risultati coerenti tra i campioni. Protezione del campione, disponibile sulle macchine di test universali della serie 6800, è progettato per prevenire danni al campione o al sistema durante la fase di impostazione di un test, prima che i limiti operativi di un test siano definiti. Quando è attiva, la Protezione del campione regola automaticamente il comando Traversa per mantenere eventuali forze indesiderate al di sotto di un certo limite.


Man mano che i campioni di elastomero si allungano, il loro spessore diminuisce. Per questo motivo, ASTM D412 consiglia prese che si stringono automaticamente. Una pressione costante e uniforme sulle facce della ganascia assicura che i campioni assottigliati non scivolino fuori dalle prese durante il test. Le prese pneumatiche ad azione laterale con facce seghettate sono altamente efficaci per testare gli elastomeri. Con le prese pneumatiche, la pressione dell’aria in ingresso si regola automaticamente, consentendo alla forza di presa di rimanere costante anche se lo spessore del campione cambia significativamente durante un test. Un’altra opzione efficace è quella di utilizzare prese a rulli autoserranti, che utilizzano una molla per esercitare una pressione costante sul campione durante il test. Per coloro che utilizzano il metodo di test ASTM D12 B, i campioni di O-ring possono essere testati con il nostro dispositivo O-Ring. Queste prese prevengono le concentrazioni di stress locali utilizzando alberi rotanti sui dispositivi superiore e inferiore.

Modello 10 kN | 2712-046
2613-002
Modello da 5 kN | 2713-002

Estensimetro

Sebbene gli estensimetri non siano richiesti in base alla norma, si consiglia una misurazione della deformazione per i risultati più accurati e ripetibili. La misurazione della deformazione basata sulla corsa della traversa può essere meno accurata a causa dell’allungamento del campione al di fuori della base di misura. Gli estensimetri XL Long Travel sono progettati per l’utilizzo con materiali elastomerici e possono essere utilizzati anche attraverso la rottura del campione. La forza di serraggio regolabile sui bordi del coltello riduce il cedimento prematuro del campione. Questo estensimetro può misurare la deformazione fino al 3.000% da una lunghezza del calibro di un solo pollice.

Estensimetro a corsa lunga

Un estensimetro senza contatto come l’estensimetro video standard o avanzato 2 (SVE 2 o AVE 2) è l’ideale per i materiali elastomerici. È particolarmente adatto per campioni fragili o che richiedono una camera ambientale per i test. Gli estensimetri video senza contatto offrono l’ulteriore vantaggio di ridurre la varianza dei risultati a causa delle interferenze dell’operatore e di aumentare l’efficienza nei laboratori con elevate esigenze di produttività.

Estensimetro video automatico

Camera ambientale

Gli elastomeri testati secondo ASTM D412 sono spesso destinati a un uso futuro in condizioni non ambientali. Poiché le condizioni ambientali hanno un grande impatto sulle proprietà di trazione degli elastomeri, è necessario prestare attenzione per garantire che le condizioni di test imitino quelle dell’applicazione finale prevista. La velocità di test, la temperatura, l’umidità, le dimensioni del campione e le condizioni preliminari hanno tutti effetti notevoli sui risultati del test e devono essere controllati affinché il test produca dati utili. Per garantire che questi elementi simulino l’applicazione dell’uso finale del materiale, l’ASTM D412 è spesso eseguita all’interno di una camera ambientale dove possono essere utilizzati il riscaldamento o il raffreddamento (LN2 o CO2).

Le camere ambientali della serie 600 di Instron permettono agli operatori di monitorare la temperatura all’interno della camera per tutta la durata del test. Inoltre, il tempo e la temperatura di ammollo possono essere impostati all’interno di Bluehill Universal per garantire che tutti i campioni siano condizionati in modo appropriato prima dell’inizio del test.

 Camera ambientale

Produttività

Per i laboratori che cercano di aumentare la loro produttività, possono essere apportate diverse modifiche alla impostazione del sistema. I dispositivi automatici di misurazione del campione, le prese pneumatiche e i dispositivi di allineamento del campione aumentano l’efficienza del test riducendo la quantità di input manuale necessario all’operatore del test. Tuttavia, il tempo di test per ASTM D412 dipende dall’allungamento previsto del campione e non può essere ridotto al minimo. Per i materiali con elevata duttilità, la durata del test si estende per la maggior parte del ciclo di test complessivo. In questi casi, i telai di test multistazione possono fornire la migliore produttività perché l’operatore può eseguire fino a 5 test simultaneamente. 

Sono disponibili anche sistemi di test completamente automatizzati, progettati per incorporare la misurazione del campione, il carico del campione, il test e la rimozione. Questi sistemi possono funzionare per ore senza richiedere alcuna interazione da parte dell’operatore e favoriscono la riduzione della variabilità dovuta all’errore umano. Inoltre, questi sistemi contribuiscono a ridurre la variabilità dovuta all’errore umano.

 
 

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