Guida definitiva a ISO 178

Come eseguire un test di flessione sulle materie plastiche secondo ISO 178 

 Scritto da Daniel Caesar

 Intestazione ISO 178

Grazie al loro basso costo, al peso leggero, alla resistenza alla corrosione e alla versatilità generale, le materie plastiche hanno stabilito una presenza significativa in diversi settori industriali. È importante determinare le proprietà delle materie plastiche per caratterizzarne il comportamento previsto nelle applicazioni del mondo reale. Una proprietà importante è la relazione tra stress e deformazione mentre un campione di plastica viene piegato o flesso: in altre parole, le proprietà di flessione del materiale. Per regolare un metodo standardizzato a livello internazionale per determinare questa proprietà, l'International Organization for Standardization (ISO) ha messo a punto la norma ISO 178. 

Questa guida è progettata per introdurvi agli elementi di base di un test di flessione ISO 178 e fornirà una panoramica delle attrezzature per test, dei campioni e dei risultati coinvolti nella norma. Tuttavia, chiunque stia pianificando di condurre test conformi alla norma ISO 178 non dovrebbe considerare questa guida come un sostituto adeguato alla lettura della norma completa.

Cosa misura? 

ISO 178 è un metodo di test per determinare le proprietà di flessione delle materie plastiche rigide e semi rigide eseguendo un test di piegatura a tre punti su unsistema di test universale. Un test di piegatura su tre punti applica una forza nel punto medio di un campione rettangolare che è liberamente sostenuto a entrambe le estremità. La forza applicata viene misurata da una cella di carico e la deflessione risultante viene misurata dallo spostamento della traversa del sistema (con risultati corretti per la conformità del sistema) o da un dispositivo di misurazione diretta della deformazione. Ci sono quattro tipi di test delineati nella ISO 178, ognuno dei quali specifica un metodo di misurazione della deflessione (per esempio, tramite trasduttore testa a croce o di deformazione diretto) e un requisito di precisione di taratura associato.

Il tipo di test ISO 178 che un laboratorio esegue è prescritto dai requisiti dei suoi clienti, siano essi interni, come un laboratorio di R&D, o esterni, come un laboratorio di test di terze parti. È importante assicurarsi che i requisiti specifici del vostro laboratorio siano identificati e concordati con i vostri clienti prima di acquistare attrezzature per test e di eseguire test.

ISO 178 è la norma giusta per voi?

ISO 178 è molto simile ad ASTM D790, 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. ASTM D790 permette di calcolare il modulo con il solo 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 le norme possono variare. La profondità preferita per i campioni ISO 178 è di 4 mm mentre la profondità preferita dei campioni ASTM D790 è di 3,2 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.

Campioni

I campioni ISO 178 sono lavorati da fogli secondo la norma ISO 2818 o preparati tramite compressione o stampaggio a iniezione rispettivamente secondo la norma ISO 293/295 o ISO 294-1/10724-1. Le dimensioni preferite del campione sono specificate come:

  • Lunghezza: 80 mm (± 2)
  • Larghezza: 10 mm (± 0,2)
  • Spessore: 4 mm (± 0,2)

Se le dimensioni preferite non sono ottenibili, ISO 178 offre larghezze alternative dipendenti dallo spessore del campione’. Se il materiale è anisotropo, entrambe le direzioni devono essere testate.

Procedura

I test ISO 178 sono di solito eseguiti su sistemi di test universali in modello da tavolo a causa del requisito di capacità di forza relativamente bassa. La macchina di test deve essere in grado di mantenere una velocità di test costante tra 1 e 500 mm/min entro le tolleranze specificate nella norma. Tutti i modelli di Instron’Serie 3400 e le macchine di test della serie 6800 soddisfano i requisiti di precisione di velocità necessari. Il dispositivo di misurazione della forza, o cella di carico, deve soddisfare la classe 1 della norma ISO 7500-1 nella gamma di forze da riportare. È importante assicurarsi che il vostro laboratorio sia a conoscenza delle forze minime e massime di test in modo da selezionare una cella di carico con una capacità di forza e una gamma di verifica appropriate.

Impostazione del test con ISO 178

Impostazione del test con ISO 178

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) 

 

Estensimetro

 

Misura della deformazione

1. Estensimetro senza contatto AVE2

2. Estensimetro automatico AUTOX750

3. Estensimetro a clip della serie 2630

 

L’ISO 178 permette l'uso di diversi sistemi di misurazione della deflessione a seconda dei risultati desiderati e delle relative precisioni. Dalla minore alla maggiore accuratezza, i tipi di misurazione della deflessione consentiti sono lo spostamento della traversa, lo spostamento della traversa con correzione di conformità di un dispositivo di misurazione diretta della deformazione. Prima dell'aggiornamento 2010 della norma ISO 178, gli errori nella precisione della misurazione della deflessione non potevano superare l'1% del valore. Tuttavia, dall'aggiornamento del 2010, gli operatori devono utilizzare un deflettometro di classe 1 per ISO 9513 o utilizzare un software in grado di rimuovere la conformità della macchina dai risultati.

Qualunque sia la precisione di deflessione richiesta dal vostro laboratorio, Instron ha una soluzione per soddisfarla. Tutti i telai di test della serie 3400 e della serie 6800, equipaggiati con il software Bluehill® Universal, sono in grado di misurare la deflessione dalla traversa con o senza correzione di conformità. Instron fornisce anche una gamma di soluzioni per la misurazione diretta della deformazione. Una soluzione comune è un estensimetro a clip montato su un punzone, o deflettometro. Le soluzioni più avanzate e di maggiore produttività includono l'AutoX750 e l'estensimetro video avanzato (AVE2). 

Come la cella di carico del sistema’, anche il dispositivo di misurazione della deflessione deve essere verificato nell'intervallo di funzionamento dei risultati riportati. Il modulo di flessione, in particolare, è calcolato a deflessioni eccezionalmente piccole (sotto 0,1 mm). È utile identificare gli spostamenti minimi e massimi del test per poter istruire correttamente il verificatore.

Estensimetri ISO 178

Attrezzature

Un’attrezzatura di piegatura a tre punti è necessaria per i test secondo ISO 178. Questa attrezzatura consiste in un carico, un'incudine superiore montata sulla traversa mobile e una trave di supporto inferiore fissa con due incudini regolabili. L'attrezzatura flessibile 2810-400 di Instron è pienamente conforme ai requisiti dell'attrezzatura ed è adattabile per l'uso con incudini di raggio 2,0 mm per testare campioni fino a 3,0 mm di spessore, o incudini di raggio 5,0 mm per campioni più spessi. Il requisito dell’apertura del supporto si basa su un rapporto dello spessore del campione che varia a seconda della rigidità del materiale da testare. Le incudini regolabili permettono all'operatore di impostare la distanza dell’apertura del supporto e presentano unità di lunghezza graduata sulla trave di supporto per consentire un posizionamento accurato delle incudini. Permette anche di centrare facilmente il deflettometro quando si usano dispositivi di deformazione. Poiché l'allineamento dei campioni può causare una variazione significativa dei risultati, occorre prestare la dovuta attenzione per assicurarsi che i campioni siano allineati in modo coerente per ogni test. I dispositivi di piegatura Instron sono anche dotati di bracci di allineamento regolabili per la larghezza del campione.

2810-400
Modello 5 kN | 2810-400

Misura del campione

L’ISO 178 richiede che le misure di larghezza e spessore siano prese al centro della lunghezza del campione in conformità con l’ISO 16012. Vengono prese almeno tre misure e la loro media viene registrata sia per la larghezza, sia per lo spessore. La funzione Automatic Specimen Measuring Device (ASMD) di Bluehill Universal di Instron 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.

Metodo di test

L’apertura dell’attrezzatura di piegatura a tre punti (distanza tra le incudini inferiori) è configurata in funzione dello spessore del campione. Le condizioni ambientali del test, bassa temperatura o alta temperatura, per esempio, dipendono dal materiale da testare e vanno concordate dal laboratorio e dal suo cliente. L’ISO 291 fornisce una guida in assenza di queste informazioni. Instron offre camere ambientali completamente integrate per ospitare test non ambientali.

L’ISO 178 specifica il metodo A e il metodo B per impostare la velocità della traversa. Il metodo A usa una sola velocità per tutto il test, mentre il metodo B usa una velocità durante la regione iniziale del modulo e una seconda velocità più alta per il resto del test. Le velocità costanti della traversa utilizzate sono destinate a stimare le velocità di deformazione specificate. A seguito di una routine di precarico, il campione viene deflesso fino alla rottura o fino al 5% di deformazione flessionale, a seconda di quella che si verifica prima. I dati di forza e deflessione sono registrati durante tutti test con una velocità di acquisizione dati sufficiente.

Quando si imposta il test, si raccomanda vivamente di avere un adeguato precarico per garantire misurazioni di deformazione accurate e coerenti. La quantità di forza che viene applicata al campione prima di iniziare il test ha un impatto diretto sulla ripetibilità dei calcoli.

Impostazione del test con ISO 178

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) 

 

Risultati

Di seguito sono elencati i calcoli e i risultati che possono essere riportati per ISO 178:

  • Stress di flessione – una funzione del carico applicato, dell’apertura, della larghezza e dello spessore del campione. Differisce dallo stress di trazione o compressione, che è la forza per unità di superficie.
  • Deformazione flessionale – una funzione della deflessione, della apertura e dello spessore del campione. Differisce dalla deformazione di trazione e di deformazione di compressione, che è il cambiamento della base di misura rispetto a quella originale.
  • Modulo di flessione – una funzione dello stress di flessione e della deformazione flessionale tra lo 0,05% e lo 0,25% della deformazione flessionale. Un modulo della corda può essere adattato a questi punti su una curva di stress di flessione rispetto a una di deformazione flessionale.
  • Resistenza a flessione – Il massimo stress di flessione ottenuta durante un test di piegatura.
  • Stress di flessione alla rottura – Lo stress di flessione quando un campione si rompe. Per alcuni materiali, il campione si rompe prima del punto di snervamento, nel qual caso la resistenza a flessione sarebbe uguale allo stress di flessione alla rottura.
  • Stress di flessione al 5% – La deformazione flessionale alla fine di un test, per test in cui il campione non si rompe entro il 5% della deformazione flessionale.

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 e i dispositivi di allineamento del campione aumentano l'efficienza del test riducendo la quantità di input manuale necessario all'operatore del test. Sono disponibili anche sistemi di test completamente automatizzati come l'AT3 e l'AT6 di Instron, 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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