Guida definitiva al test di flessione ASTM D790 delle materie plastiche

Come eseguire un test di flessione sulle materie plastiche secondo ASTM D790

Scritto da Kayla Thackeray  

ASTM D790 è un metodo di test per determinare le proprietà di flessione (piegatura) delle materie plastiche rinforzate e non rinforzate, dei compositi ad alto modulo e dei materiali di isolamento elettrico. Questa guida è stata progettata per introdurvi agli elementi di base di un test di flessione ASTM D790 e fornirà una panoramica delle attrezzature per test, del software e dei campioni necessari. Tuttavia, chiunque abbia intenzione di condurre test ASTM D790 non dovrebbe considerare questa guida un sostituto adeguato per leggere lo standard completo.

ASTM D790 è lo standard giusto per voi?

ASTM D790 è uno dei diversi test progettati per misurare le proprietà di flessione delle materie plastiche. Non è progettato per misurare le proprietà a trazione, e chiunque abbia bisogno di quantificare le proprietà a trazione delle materie plastiche dovrebbe fare riferimento ad ASTM D638. Questa norma non può determinare la resistenza a flessioneLo stress massimo delle fibre si è manifestato in un campione prima della fessurazione o rottura in occasione di un test di flessione. La resistenza allo snervamento a flessione è riportata al posto della resistenza a flessione per i materiali che non si rompono nel test di flessione per i materiali che non si rompono o cedono al 5% o prima della deformazione. Tali materiali possono essere più adatti al test di piegatura su 4 punti secondo ASTM D6272.

Differenze tra ASTM D790 e ISO 178

ASTM D790 è molto simile a ISO 178, anche se differisce in diversi punti chiave:

  • ISO 178 richiede l'uso di un deflettometro o di una correzione di conformità per determinare il modulo. In ASTM D790 questa è solo una raccomandazione e il modulo può essere calcolato solo dallo spostamento della traversa.
  • Le dimensioni preferite dei campioni sono diverse e poiché la velocità di test dipende dalla profondità del campione, le velocità di test tra gli standard possono variare. La profondità preferita dei campioni ASTM D790 è di 3,2 mm. La profondità preferita per i campioni ISO 178 è di 4 mm.  
  • ASTM D790 permette solo una velocità di test, mentre ISO 178 permette una seconda velocità di test (più veloce) da usare dopo la misurazione del modulo.

ASTM D790

Cosa misura?

L'ASTM D790 misura le proprietà di flessione di un materiale sotto deformazione o deflessione. Questo test è condotto su un sistema di test universale utilizzando un’attrezzatura di piegatura a tre punti a una velocità proporzionale alla profondità del campione. I test ASTM D790 sono utilizzati per determinare le seguenti proprietà meccaniche:

Modulo tangente: noto anche come modulo di flessione, è la pendenza della parte lineare iniziale della curva di deflessione del carico ed è una misura della rigidità del materiale

Modulo secante: la pendenza tra l'origine e un punto predefinito sulla curva di deflessione del carico

•Modulo secante: la pendenza tra l'origine e un punto predefinito sulla curva di deflessione del carico

Resistenza a flessione: il massimo stress a flessione ottenuto durante un test di piegatura

•Stress di flessione a rottura: lo stress di flessione a cui un campione si rompe durante un test di piegatura. Per alcuni materiali, il campione si rompe prima del punto di snervamento, nel qual caso la resistenza a flessione è uguale allo stress di flessione alla rottura.

Metodo di test

ASTM D790 descrive due diverse procedure di test destinate a diversi tipi di materiale. La procedura A, che è il metodo preferito, presenta una velocità di deformazione di 0,01 mm/mm/min. La procedura B impiega una velocità di deformazione di 0,10 mm/mm/min ed è destinata ai materiali che potrebbero non rompersi al 5% di deformazione se testati alla velocità inferiore. ASTM D790 permette di misurare la deformazione sia dallo spostamento della traversa, sia dalle letture di un estensimetro, descritte rispettivamente come test di Tipo 1 e Tipo 2.

La velocità di test richiesta per ASTM D790 è espressa in funzione della portata del supporto del campione, della profondità del campione e della velocità di deformazione. L'Expression Builderdi Bluehill® Universal permette agli utenti di inserire la velocità di test come una funzione invece che come un numero statico. Dopo che l'operatore del test inserisce le misure del campione, il software modificherà automaticamente la velocità di test secondo l'equazione.

Sistema di test

I test ASTM D790 possono essere eseguiti su una macchina di test universale da tavolo o da pavimento con una varietà di accessori che possono essere configurati per ottimizzare i vostri test. Poiché ogni laboratorio ha esigenze diverse, sono disponibili diverse configurazioni di sistema.

Una configurazione di base di un campione è visibile qui sotto. Questa configurazione di test comprende un sistema di test Serie 3400 con un’attrezzatura di piegatura a 3 punti e nessun estensimetro, il che significa che la deformazione in questo caso deve essere misurata dallo spostamento della traversa (test di tipo 1). Ogni volta che la deformazione viene misurata tramite lo spostamento della traversa, la correzione di conformità è raccomandata, anche se non necessaria. I telai di test della serie 3400 possono anche essere utilizzati insieme all'estensimetro per i test di tipo 2.

Impostazione del test con ASTM D790

Impostazione del test con ISO 178

1. Instron 3400

2. Dashboard Bluehill Universal (2490-696)

3. Cella di carico serie 2530

4. Attrezzatura di piegatura a 3 punti (2810-400)

5. Punzone per deflettometro (2810-403) 

 

Opzioni avanzate 

Il sistema di test Serie 6800 è un'opzione più avanzata ed efficiente per gli utenti che desiderano una maggiore ripetibilità e una maggiore produttività. Anche se questo sistema può essere utilizzato anche per i test di tipo 1, è più comunemente usato per i test di tipo 2 che si basano su un estensimetro e un deflettometro per fornire un rapporto più accurato della deformazione.

Impostazione del test con ASTM D790

Configurazione del test con ASTM D790

1. Instron 6800

2. Dashboard Bluehill Universal (2490-696)

3. Cella di carico serie 2580

4. Attrezzatura di piegatura a 3 punti (2810-400)

5. Punzone per deflettometro (2810-403) 

 

Dispositivi di misurazione della deformazione 

Il test di tipo 2 richiede l'uso di un dispositivo di misurazione della deformazione, o estensimetro. La prima e più avanzata opzione è un estensimetro video senza contatto, l'AVE2di Instron. L'AVE2 riporta la deformazione senza mai contattare fisicamente il campione o entrare nello spazio di test. La seconda opzione raffigurata sotto è un estensimetro a contatto automatico, l'AUTOX750, che aumenta la produttività minimizzando il contatto dell'operatore. Infine, un estensimetro a clip della serie 2630 è un'opzione popolare per laboratori che non richiedano un'alta produttività. Per i test ASTM D790, tutti e tre gli estensimetri devono essere usati insieme a un deflettometro 2810-403.

estensimetri

Produttività

Per i laboratori che desiderano aumentare la produttività, possono essere apportate diverse modifiche alla impostazione del sistema.  Poiché i test D790 possono richiedere molto tempo, le macchine di test della serie 5900 di Multi-Station sono una scelta popolare per i laboratori con esigenze di alta produttività. Sono disponibili anchesistemi di test completamente automatizzati, progettati per incorporare la misurazione del campione, il carico del campione, i test, la misurazione della deformazione e la rimozione del campione. Questi sistemi possono funzionare per ore senza richiedere alcuna interazione da parte dell'operatore e favoriscono la riduzione della variabilità dovuta all'errore umano.

Campioni

I campioni ASTM D790 sono di forma rettangolare e sono sagomati, estrusi o tagliati da lastre o fogli. Le dimensioni dei campioni ASTM D790 dipendono dallo spessore del materiale che lo standard definisce come la profondità del campione. Le lastre con uno spessore superiore a 3,2 mm avranno una larghezza e un’apertura proporzionali al loro spessore. Le lastre con uno spessore compreso tra 3,2 e 1,6 mm avranno una larghezza di 12,7 mm e un’apertura definita come spessore del campione X 16. I materiali in fogli di spessore inferiore a 1,6 mm saranno 50,8 mm X 12,7 mm con un’apertura del supporto di 25,4 mm.

Le dimensioni dei campioni per i materiali isolanti elettrici hanno un diverso insieme di metriche basate sul loro spessore nominale. I materiali sagomati sono generalmente profondi 3,2 mm, larghi 12,7 mm e lunghi 127 mm. Usano un’apertura del supporto uguale alla profondità del campione X 16. I compositi rinforzati ad alta resistenza dovrebbero avere le dimensioni indicate nella norma per favorire la rottura nelle fibre esterne del campione. Quando si testano i compositi e altri materiali anisotropi, si dovrebbe prestare attenzione per evitare che la rottura avvenga solo a causa delle forze maturate durante la flessione e i campioni dovrebbero essere tagliati per garantire che la direzione della fibra più forte sia quella che viene testata.

Campioni ASTM D790

Misura del campione

I campioni devono essere misurati con un micrometro conforme alla norma ASTM D5947. Devono essere effettuate tre misurazioni della larghezza e dello spessore del campione e la loro media deve essere riportata. La funzione Dispositivo di misurazione automatica del campione (Automatic Specimen Measuring Device, ASMD) 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.

Attrezzatura di piegatura

Per ASTM D790 viene utilizzata un’attrezzatura di piegatura a tre punti. Questa attrezzatura consiste in un muso di carico attaccato alla traversa mobile e un membro fisso con due supporti per i campioni, o incudini, che possono essere regolati per adattarsi alla distanza della campana di supporto dei campioni. La superficie delle incudini e del muso di carico deve essere cilindrica e avere un raggio di 5 mm, se non diversamente specificato, e la lunghezza del membro cilindrico deve essere più lunga della larghezza del campione.

L’attrezzatura di piegatura di Instron include diverse caratteristiche chiave per migliorare l'accuratezza del test. Unità di lunghezza graduata sulla trave di supporto per consentire un posizionamento accurato delle incudini e un facile centraggio del deflettometro quando si usano dispositivi di deformazione. Le attrezzature di piegatura Instron sono anche dotate di bracci di allineamento che possono essere regolati per adattarsi alla larghezza del campione, perché l'allineamento del campione può causare grandi variazioni nei risultati e la cura adeguata deve essere presa per garantire che i campioni siano allineati in modo coerente per ogni test.

2810-400
Modello 5 kN | 2810-400

Modifiche recenti alla norma

L'ultima versione di ASTM D790 è stata rilasciata nel 2017. Si differenzia dalla versione precedente, 2015E2, in diversi modi:

  • Il requisito di verifica per il test di tipo 1 (spostamento della traversa) è stato cambiato da un sistema di classe D a un sistema di classe B per E2309.
  • Lo standard per gli apparecchi di tipo 2 (deflettometro ed estensimetro) è stato cambiato da Classe B a Classe B-2.
  • La nota 10 e l'appendice XI sono state aggiunte alla norma per spiegare cos'è la correzione di conformità e come applicarla.

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