Il test di trazione ISO 527-2

La guida definitiva all’esecuzione del test di trazione sulle materie plastiche secondo lo standard ISO 527-2

Scritto da Erica Lawrence

La ISO 527-2 è uno standard internazionale per determinare le proprietà di trazione di plastiche rinforzate e non. Sebbene offra risultati simili alla ASTM D638, la ISO 527-2 non è tecnicamente considerata una sua equivalente, per via delle differenze dei requisiti in termini di dimensione del campione e test. Sebbene alcuni grossi produttori multinazionali eseguano test sia secondo ASTM D638 che ISO 527-2, la maggior parte dei nostri clienti dimostrano una preferenza per uno standard o l’altro in base alla loro posizione geografica. I produttori nordamericani solitamente testano secondo ASTM D638, mentre quelli europei e asiatici testano principalmente secondo ISO 527-2. I clienti in Cina testano in maniera uguale sia secondo ASTM D638 che ISO 527-2.

Questa guida è studiata per introdurre gli elementi base del test di trazione sulla plastica secondo la ISO 527-2, ma non deve essere considerata un sostituto adeguato alla lettura dell’intero standard.


Test di trazione su plastica secondo ISO 527-2 con Automazione e AVE 2


COME ESEGUIRE UN TEST DI TRAZIONE SU PLASTICHE SECONDO LA ISO 527-2

La ISO 527-2 è eseguita su una macchina di test universale applicando una forza di trazione ad un campione (specimen) e misurando diverse proprietà sotto stress del materiale campionato. Il test è condotto a velocità di trazione che vanno da 1 a 500 mm/min fino a quando il campione non supera il test (cede o si rompe).

CHE COSA MISURA LA ISO 527-2?

Benché la ISO 527-2 misuri molteplici proprietà a trazione, le seguenti sono le più comuni:

  • Resistenza alla trazione – il quantitativo di forza che può essere applicato a un materiale prima che ceda (si allunghi irreparabilmente) o si rompa.
  • Modulo a trazione – quanto un materiale si possa deformare (si allunghi) in risposta allo stress prima di cedere. Il modulo è una misura della durezza del materiale.
  • Allungamento – l’aumento nella misura della lunghezza dopo la rottura diviso per la misura della lunghezza originale. Un maggiore allungamento indica una maggiore duttilità.
  • Rapporto di Poisson - una misura del rapporto tra quanto un materiale è allungato e quanto diventi sottile durante il processo di allungamento.

La ISO 527-2 è lo standard giusto per te?

Ci sono molti diversi metodi di test per varie tipologie di plastiche. La ISO 527-2 è studiata per testare plastiche rigide e semirigide, che siano stampate, estruse, lavorate o colate. La ISO 527-2 si applica anche a plastiche rinforzate (con l’eccezione di plastiche rinforzate da fibre, che sono coperte ai sensi della ISO 527-4 e ISO 527-5). Quando si testano pellicole e lamiere di spessore inferiore a 1 mm, andrebbe utilizzata la ISO 527-3. Questi metodi e altri possono essere trovati nei moduli di applicazioni di Bluehill®Universal che contengono modelli di metodo preconfigurati per gli standard ISO e ASTM più comunemente utilizzati.


Schermata di selezione del metodo di test Bluehill Universal

Macchina per il test di trazione

La maggior parte dei test secondo ISO 527-2 sono svolti su una macchina di test universale da banco. Un sistema 5kN o 10kN (1125 o 2250 lbf) è il più comune, ma dato che le plastiche rinforzate e i materiali compositi aumentano in forza, unità con una capacità maggiore, quali i sistemi 30 o 50 kN potrebbero essere necessari.

Le macchine di test universali di Instron delle Serie 3400 e 6800 sono ideali per eseguire test secondo la ISO 527-2. Tuttavia, i nostri clienti che hanno necessità di eseguire grandi volumi di test, operazioni globali e applicazioni di ricerca avanzata solitamente preferiscono i sistemi della serie 6800 con impugnature pneumatiche 2712, che offrono vantaggi aggiuntivi alle specifiche di accuratezza e miglioramenti in termini di efficienza. 

Impostazione del test con ISO 527-2

Impostazione del test con ISO 527-2

1. Instron 6800

2. Dashboard Bluehill Universal (2490-696)

3. Estensimetro video AVE2 (2663-902)

4. Cella di carico serie 2580

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

 

 

Prese duttili

Poiché il processo di test sottopone i campioni a forze intense, è importante che i campioni siano tenuti saldamente all’interno della macchina di test. Prese pneumatiche ad azione laterale con  facce della ganascia dentellate sono spesso le migliori prese per tenere le plastiche rigide. Le prese pneumatiche mantengono la loro forza di presa con la pressione dell’aria, che rimane costante anche se il campione si deforma durante il test e il suo spessore cambia in modo significativo. Per forze superiori a 10 kN, in genere presenti solo con materiali rinforzati, sono preferibili prese manuali a cuneo .

Modello 10 kN | 2712-046
Modello 5 kN | 2716-010

Estensimetri

Gli estensimetri sono utilizzati per raccogliere dati sul modulo, che è una delle proprietà più importanti valutate nella ISO 527-2. Modulo di elasticità è la misura di quanto un materiale si allunga o si deforma in risposta alla forza di trazione. Gli estensimetri per la misurazione del modulo devono essere conformi alla norma ISO 9513 Classe 1 con una precisione dell’1% e sono disponibili diverse opzioni a seconda delle esigenze del laboratorio. Il tipo più semplice è un estensimetro a clip serie 2630 con base di misura fissa, che deve essere agganciato direttamente al provino all’inizio di ogni test e rimosso dopo che il provino ha ceduto o prima che il provino si rompa.

Se si esegue il test per il coefficiente di Poisson, deve essere aggiunto anche un estensimetro trasversale per misurare la variazione di larghezza in tutta la regione elastica del campione. Può essere utilizzato un estensimetro trasversale autonomo per integrare un estensimetro a clip o automatico esistente oppure un dispositivo biassiale per misurare sia la deformazione trasversale che quella assiale simultaneamente.


Estensimetri a clip assiali e biassiali


Nei laboratori con esigenze di alta produttività, gli estensimetri automatici permettono di eliminare la necessità di manipolazione manuale da parte dell’operatore, che richiede molto tempo, e forniscono anche un posizionamento più conforme su un gran numero di provini, aumentando i valori di ripetibilità. L’ AutoX750 si fissa automaticamente al provino senza interferenze da parte dell’operatore addetto al test. L’ Estensimetro video avanzato (AVE 2) è un estensimetro senza contatto che utilizza una telecamera per tracciare la deformazione del campione durante il test. Se si esegue il test secondo altre norme, ad esempio ASTM D638 o ISO 178, gli estensimetri automatici offrono anche la flessibilità di utilizzare diverse lunghezze di calibro con un unico dispositivo.


Estensimetro a contatto automatico AutoX750 ed estensimetro video a contatto AVE 2 per test di trazione della plastica


Tipi di campioni

Ci sono sei possibili dimensioni del campione per il test secondo ISO 527-2. I campioni preferiti sono i campioni a forma di manubrio di tipo 1A (stampato a iniezione) e 1B (lavorato). Sebbene ci siano differenze di lunghezza tra questi due tipi di campioni, condividono una larghezza nominale di 10 mm e uno spessore di 4 mm. La lunghezza del calibro preferita per i campioni di tipo 1A è di 75 mm, che è una modifica alla norma introdotta nel 2012. Fino al 2012, la lunghezza del calibro preferita per il tipo 1A era di 50 mm, che è ancora accettabile per i test di controllo qualità o dove specificato. 

Nei casi in cui il materiale è limitato, molti laboratori utilizzeranno campioni di dimensioni inferiori di tipo 1BA, 1BB, 5A o 5B. In questi casi può essere tecnicamente difficile misurare il modulo a causa delle ridotte lunghezze di calibro e dei brevi tempi di test. I risultati ottenuti da piccoli campioni non sono comparabili con quelli ottenuti da campioni di tipo 1.

Campioni di test della plastica ISO 527-2

Misurazione dei provini

Tutti i provini devono essere misurati prima del test in conformità con le norme ISO 16012 o ISO 23529. La maggior parte dei micrometri tipici dovrebbe essere adatta per eseguire queste misurazioni. Affinché il sistema di test visualizzi le misurazioni dello stress piuttosto che solo quelle della forza, agli operatori verrà chiesto di inserire l’area della sezione trasversale (spessore e larghezza) del provino, perché lo stress viene calcolato dividendo la forza applicata per l’area della sezione trasversale del provino (questo viene mostrato in unità di Psi, Pa, kPa, GPa, ecc). Mentre lo spessore e la larghezza dei provini rigidi richiedono diverse precisioni di misurazione, è comune usare lo stesso dispositivo di misurazione per entrambi. Si possono usare sia punte cilindriche che rettangolari, supponendo che soddisfino le dimensioni richieste dalla norma ISO 16012. I campioni stampati a iniezione sono spesso prodotti con un angolo di sformo invece di essere perfettamente quadrati, quindi è necessario prestare attenzione a misurare la larghezza al centro dell’angolo di sformo.


Dimensioni del campione universale Bluehill


CARICAMENTO DEL CAMPIONE

Per ottenere risultati adeguati, i campioni devono essere correttamente allineati all’interno delle impugnature. Un modo per prevenire il disallineamento è utilizzare una faccia della ganascia vicina alla stessa larghezza del campione, rendendo più 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.

Una volta che le impugnature si stringono su un campione, di solito vengono 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 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. Sulle macchine di test universali serie 5900 si consiglia anche l’uso di una protezione del campione, progettata per evitare danni al campione o al sistema durante la fase di impostazione di un test, prima che siano definiti i limiti operativi di un test. Quando è attiva, la Protezione del campione regola automaticamente il comando Traversa per mantenere eventuali forze indesiderate al di sotto di un certo limite. 

CALCOLI E RISULTATI

Quando si presentano i risultati dei test, è importante assicurarsi che i termini siano definiti correttamente per garantire la conformità alla norma ISO e facilitare il confronto dei dati tra diversi laboratori.


MISURA DELLA DEFORMAZIONE

L’errore più comune nella segnalazione dei dati è la segnalazione di valori di deformazione utilizzando una fonte errata. Per le materie plastiche, l’allungamento percentuale alla rottura spesso non può essere misurato esclusivamente da un estensimetro perché la plastica non si rompe in modo omogeneo e la deformazione è spesso focalizzata su una parte sproporzionatamente piccola del campione, una proprietà nota come "necking." Poiché il necking può verificarsi al di fuori della lunghezza calibrata dell’estensimetro, è necessario utilizzare un termine chiamato "deformazione nominale" per segnalare l’allungamento percentuale in qualsiasi punto dopo il cedimento. L’uso di un estensimetro per la deformazione a rottura è accettabile solo se la deformazione è omogenea in tutto il campione e non presenta necking o cedimento.

La deformazione nominale è definita in modo diverso a seconda del metodo di test utilizzato. Secondo ISO 527-2, la deformazione nominale può essere misurata in due modi diversi: il metodo A misura la deformazione nominale esclusivamente in base allo spostamento della traversa, ma per i campioni multiuso è preferibile il metodo B. Il metodo B misura la deformazione nominale come la deformazione misurata dall’estensimetro fino al cedimento e dallo spostamento della traversa dopo il cedimento, il che garantisce che il comportamento di necking al di fuori della lunghezza calibrata dall’estensimetro sia preso in considerazione.


MODULO

ISO 527-2 definisce il modulo come la pendenza della curva tra lo 0,05% e lo 0,25% di deformazione utilizzando un accordo o un calcolo della pendenza di regressione lineare. Poiché il calcolo del modulo inizia allo 0,05% di deformazione, è estremamente importante che vengano applicate al materiale le opportune precompressioni per rimuovere qualsiasi allentamento o forza di compressione indotta dalla presa del provino. Non deve superare lo 0,05% di deformazione o l’1% della resistenza alla trazione del materiale.


RESISTENZA ALLA TRAZIONE

Nell’aggiornamento del 2012 alla norma, è stata apportata una modifica alla definizione di resistenza alla trazione. Nelle versioni precedenti, la resistenza alla trazione era definita come il massimo stress in qualsiasi momento durante il test. Nell’ultima versione della ISO 527-2, la resistenza alla trazione viene presa al primo massimo locale esposto. Questo cambiamento è particolarmente critico per i clienti che testano materiali che hanno punti di snervamento come polipropilene, polietilene e nylon. 

Grafico della resistenza alla trazione

PRODUTTIVITÀ

Per i laboratori con esigenze di test ad alto volume, è possibile apportare diverse modifiche all’impostazione della macchina a trazione per accelerare il processo di test e aumentare la produttività, fino a sistemi di test completamente automatizzati. I sistemi completamente automatizzati sono progettati per incorporare la misurazione e il carico del campione, il test e la rimozione e sono in grado di funzionare per ore senza interazione dell’operatore. Questi sistemi aiutano a ridurre la variabilità dovuta all’errore umano e possono essere lasciati in funzione dopo la fine di un turno per continuare a ottenere risultati quando gli operatori tornano a casa.

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