Proprietà a trazione delle materie plastiche secondo ASTM D638
Guida completa all'esecuzione di una prova di resistenza a trazione sulle materie plastiche secondo ASTM D638
Scritto da: Sammi Sawdey
A cura di: Nick Erickson
Revisionato da: Frank Lio
Aggiornato il: 11 marzo 2026
L'ASTM D638 è uno degli standard di prova più diffusi per valutare le proprietà a trazione delle materie plastiche sia rinforzate che non rinforzate, fornendo a produttori e ingegneri dei materiali una metodologia affidabile per valutare le prestazioni meccaniche e garantire la qualità del prodotto. Poiché l'uso globale della plastica continua a crescere, comprendere la resistenza a trazione, l'allungamento e il modulo è essenziale per selezionare i materiali giusti e mantenere la conformità alle specifiche del settore.
Questa guida completa spiega le principali misurazioni e i calcoli definiti nella norma ASTM D638, confronta il metodo con gli standard di trazione correlati, dettaglia i tipi di provini e i requisiti di preparazione, ed elenca le apparecchiature di prova — dagli afferraggi ed estensimetri ai sistemi completamente automatizzati — necessarie per ottenere risultati accurati e ripetibili. Include anche le risposte alle domande frequenti per aiutare gli utenti a eseguire con sicurezza i test ASTM D638.
Trova approfondimenti su altre applicazioni nella nostra base di conoscenza sulle prove delle materie plastiche.
Misurazioni chiave nella norma ASTM D638
Secondo la norma ASTM D638, viene applicata una forza di trazione utilizzando una macchina di prova universale — a velocità di prova comprese tra 1 e 500 mm/min — finché il provino non cede o si rompe.
Lo snervamento è definito come il punto in cui il materiale passa dalla regione di deformazione elastica alla deformazione plastica. In altre parole, il punto in cui il materiale inizia a deformarsi permanentemente sotto sforzo.
Sebbene l'ASTM D638 copra una gamma di proprietà a trazione, in genere vengono riportate le seguenti:
- Resistenza a trazione – La sollecitazione massima raggiunta dal materiale.
- Modulo di elasticità – Una misura della rigidità, che riflette quanto un materiale si deforma in risposta alla sollecitazione prima dello snervamento.
- Allungamento – La variazione della lunghezza utile rispetto alla lunghezza utile originale fino allo snervamento del provino; un valore più alto indica una maggiore duttilità.
- Deformazione nominale – La variazione della separazione tra gli afferraggi rispetto alla separazione originale. La deformazione nominale viene riportata se un materiale si snerva fino alla rottura.
- Rapporto di Poisson – Questo calcolo opzionale mostra la relazione tra la deformazione assiale e quella trasversale.
L'ASTM D638 è lo standard giusto per il tuo materiale?
La scelta dello standard corretto dipende da vari fattori, tra cui il tipo di provino, lo spessore e i requisiti dell'uso finale. L'ASTM D638 si applica a provini di plastica rigida di spessore compreso tra 1 e 14 mm. Se il tuo campione è un foglio sottile o una pellicola inferiore a 1 mm, dovresti consultare la norma ASTM D882.
ASTM D638 vs ISO 527-2
Sebbene l'ASTM D638 fornisca risultati simili alla ISO 527-2, non sono tecnicamente equivalenti a causa di differenze nelle dimensioni e nei requisiti di prova.
Esistono alcune preferenze regionali riguardo allo standard comunemente utilizzato:
- Nord America: ASTM D638
- Europa: ISO 527-2
- Cina: Entrambi gli standard sono ampiamente utilizzati
Modelli di metodo preconfigurati per ASTM D638, ISO 527-2, e altri standard di prova per le plastiche sono disponibili nel modulo applicazioni di Bluehill Universal, consentendoti di modificare o utilizzare il metodo così com'è.
Tipi di provini
Esistono cinque tipi di provini per l'ASTM D638, ciascuno con le proprie dimensioni a seconda dello spessore del provino, della quantità di materiale disponibile e/o delle prestazioni durante la prova.
- Tipo I: In genere selezionato quando è disponibile materiale in abbondanza; è quello preferito dallo standard.
- Tipo II: Consigliato quando il materiale non si rompe all'interno della sezione utile ristretta se testato con le dimensioni del Tipo I.
- Tipo III: Richiesto per tutti i materiali di spessore superiore a 7 mm e fino a (ma non superiore a) 14 mm.
- Tipo IV: Utilizzato quando sono necessari confronti diretti tra materiali con diverse caratteristiche di rigidità (ad es. non rigidi vs semi-rigidi).
- Tipo V: Scelto quando la fornitura di materiale è limitata o proibitiva in termini di costi. Può essere utilizzato anche quando si prepara un gran numero di provini in uno spazio di lavoro limitato, come durante i test ambientali.
Dimensioni del provino
| Tipo I | Tipo II | Tipo III | Tipo IV | Tipo V | |
|---|---|---|---|---|---|
| Spessore (mm) | ≤ 7 | ≤ 7 | 7 - 14 | ≤ 4 | ≤ 4 |
| Larghezza totale (mm) | 19 | 19 | 29 | 19 | 9.53 |
| Larghezza utile - Sezione ridotta (mm) | 13 | 6 | 19 | 6 | 3.18 |
| Lunghezza totale (mm) | 165 | 183 | 246 | 115 | 63.5 |
| Lunghezza - Sezione ridotta (mm) | 57 | 57 | 57 | 33 | 9.53 |
| Lunghezza utile (mm) | 50 | 50 | 50 | 25 | 7.62 |
Consulta lo standard per un elenco completo delle dimensioni richieste: ASTM D638.
Preparazione del provino
I provini piatti sono comunemente stampati, fustellati o lavorati a macchina in una forma a osso di cane (manubrio). Questa geometria garantisce che la rottura avvenga all'interno della sezione utile piuttosto che nelle aree di bloccaggio. L'ASTM D638 permette anche di testare tubi e barre rigide — questi devono essere lavorati a forma di osso di cane per concentrare il cedimento centralmente e garantire una distribuzione uniforme della sollecitazione.
Misurazione del provino
La larghezza e lo spessore dei provini devono essere misurati prima della prova secondo la norma ASTM D5947 (Metodi di prova standard per le dimensioni fisiche di provini in plastica solida) — la maggior parte dei micrometri è adatta a questo scopo. Le misurazioni di larghezza e spessore devono essere effettuate al centro del materiale ed entro 5 mm da ciascuna estremità della lunghezza utile.
I campioni fustellati o lavorati a macchina devono essere misurati individualmente.
Per i provini stampati a iniezione, puoi misurare un singolo campione di un lotto se è dimostrato che la variazione nel lotto di campioni è inferiore all'1%. I provini stampati a iniezione hanno spesso un angolo di sformo, invece di essere perfettamente squadrati. In questo caso, le misurazioni della larghezza dovrebbero essere effettuate al centro dell'angolo di sformo per coerenza.
Per visualizzare la sollecitazione (Stress) invece della sola forza nel software di prova, è necessaria l'area della sezione trasversale.
Suggerimento per l'efficienza:
Utilizza la funzione Dispositivo di misurazione automatica del provino di Bluehill Universal per collegare fino a due micrometri o dispositivi di misurazione simili. Quando abilitata, le misurazioni vengono acquisite direttamente dal dispositivo e inserite automaticamente nel software — eliminando l'inserimento manuale, riducendo gli errori e migliorando la produttività.
Allineamento del provino
Un corretto allineamento è essenziale per l'accuratezza e la ripetibilità. Il disallineamento può causare variazioni significative nei risultati dei test.
I provini devono essere caricati perpendicolarmente alle facce delle ganasce senza inclinazione e utilizzando quanto segue:
- Facce delle ganasce con larghezza simile a quella del provino per facilitare un facile allineamento visivo.
- Afferraggi che allineino il provino al centro della linea di carico — si consigliano afferraggi pneumatici ad azione laterale e afferraggi a cuneo.
- Un dispositivo di allineamento del provino montato sul corpo dell'afferraggio. Questa barra di arresto regolabile garantisce un posizionamento coerente e ripetibile tra i test.
Gestire le forze indesiderate pre-test
Quando gli afferraggi si bloccano inizialmente sul provino, possono essere introdotte forze di compressione. Se non gestite correttamente, queste forze possono falsare i risultati o addirittura danneggiare il materiale prima della prova.
Consigliamo quanto segue per affrontare le forze indesiderate pre-test:
- Non bilanciare / azzerare queste forze dopo aver inserito il provino; ciò crea un offset nei risultati.
- Configura Bluehill Universal per normalizzare le forze tra i provini e rimuovere il gioco / la forza di compressione, garantendo linee di base coerenti.
- Sulle macchine di prova universali Instron Serie 6800, abilita la Protezione del provino per evitare danni al provino durante la configurazione. Quando è attiva, regola automaticamente la posizione della traversa per mantenere le forze indesiderate al di sotto di un limite definito prima di impostare i limiti operativi.
Calcoli e risultati
Riportare la deformazione nominale rispetto alla deformazione da estensimetro
Quando si presentano i risultati dei test, è importante assicurarsi che i termini siano definiti correttamente per la conformità allo standard e la comparabilità tra laboratori. Un errore comune nel reporting per l'ASTM D638 è l'uso della deformazione da estensimetro dove è richiesta la deformazione nominale.
La deformazione nominale è definita dall'ASTM D638 come la deformazione misurata dallo spostamento della traversa, non dall'estensimetro. Perché? Le plastiche spesso non si deformano in modo omogeneo. La deformazione può concentrarsi in una piccola regione a causa dello strozzamento (necking).
Per i materiali che presentano strozzamento o hanno un punto di snervamento, la percentuale di allungamento a rottura non può essere riportata tramite l'estensimetro perché lo strozzamento può verificarsi al di fuori della lunghezza utile dell'estensimetro. Pertanto, la deformazione nominale deve essere utilizzata per riportare la percentuale di allungamento dopo lo snervamento.
L'uso di un estensimetro per la deformazione a rottura è accettabile solo quando la deformazione è omogenea e il materiale non presenta strozzamento o snervamento.
Modulo
Diversi comportamenti dei materiali richiedono diversi calcoli del modulo per catturare accuratamente la parte elastica del test. La maggior parte dei moderni software di prova consente la personalizzazione di questi calcoli — comprendere il metodo di calcolo è fondamentale per ottenere risultati coerenti.
Gli approcci comuni includono:
- Modulo secante – Una linea tracciata dallo zero a un punto definito dall'utente sulla curva sforzo-deformazione; utile quando il materiale non presenta una vera regione lineare.
- Modulo di Young – L'approccio più comune, determina una pendenza attraverso più regioni e riporta la pendenza più ripida tramite l'adattamento dei minimi quadrati.
Il software Bluehill Universal include uno strumento di calcolo automatico del modulo di Young, oppure gli utenti possono definire un numero specifico di regioni.
Apparecchiature di prova consigliate per ASTM D638
Sistema di prova
Le prove secondo ASTM D638 vengono eseguite su una macchina di prova universale, come la Serie 6800 di Instron. La capacità tipica del sistema dipende dai carichi di picco previsti:
- Per la maggior parte delle plastiche, un sistema di prova con una capacità di forza di 5 kN o 10 kN (1.124 lbf o 2.248 lbf) è solitamente sufficiente.
- Per le plastiche rinforzate ad alta resistenza, potrebbe essere necessario un sistema di prova con una capacità di forza di 30 kN o 50 kN (6.744 lbf o 11.240 lbf).
Per i test in condizioni non ambientali, è possibile aggiungere alla configurazione una camera climatica con una linea di carico adattata.
Morsa di trazione
Una pressione di serraggio sicura e costante aiuta a prevenire lo slittamento — un problema comune osservato con le plastiche che si assottigliano sotto sforzo.
- Per le plastiche rigide si consigliano afferraggi pneumatici ad azione laterale con facce delle ganasce seghettate. Il loro design pneumatico garantisce una forza di serraggio costante, anche quando il materiale si assottiglia durante la prova.
- Per forze superiori a 10 kN, si consigliano afferraggi manuali a cuneo con facce delle ganasce seghettate, che offrono un serraggio robusto e un design autoserrante che mantiene il provino sicuro mentre viene tirato in trazione.
Afferraggio pneumatico ad azione laterale
Afferraggio manuale a cuneo
Estensimetri
Il modulo di elasticità è una delle proprietà calcolate più importanti dell'ASTM D638. Per catturare il modulo con precisione, è necessario un dispositivo di misurazione della deformazione appropriato.
Le raccomandazioni sugli estensimetri per l'ASTM D638 dipendono dall'allungamento del materiale, dagli obiettivi di produttività, dai requisiti di calcolo e dalla necessità di testare ad alta o bassa temperatura.
Estensimetri a clip
Un estensimetro a clip è un dispositivo a lunghezza utile fissa che viene fissato manualmente prima della prova e rimosso allo snervamento o appena prima della rottura. Per misurare il rapporto di Poisson, è possibile aggiungere un estensimetro a clip trasversale per catturare la variazione di larghezza nella regione elastica. È inoltre possibile utilizzare un estensimetro a clip biassiale per registrare simultaneamente la deformazione assiale e trasversale.
Estensimetri automatici a contatto
Un estensimetro automatico a contatto si aggancia e si sgancia dal provino senza l'intervento dell'operatore, rendendolo adatto ai laboratori ad alta produttività riducendo la manipolazione manuale e la variabilità del posizionamento. Supporta più lunghezze utili per adattarsi a diverse dimensioni di provini e standard di prova. L'AutoX750 può essere utilizzato per misurazioni solo assiali e l'AutoXBiax per quelle biassiali.
Estensimetri video senza contatto
Un estensimetro video senza contatto è in grado di acquisire i dati del modulo ed è particolarmente utile per i test in condizioni non ambientali con camere climatiche, inclusi scenari di riscaldamento e raffreddamento. Poiché si monta all'esterno della camera termica, evita le fluttuazioni di temperatura che si verificano quando la porta della camera viene aperta durante il test. Un esempio di questo tipo di estensimetro è l'Instron AVE3 Advanced Video Extensometer.
Automazione per esigenze di alta produttività
I laboratori con esigenze di test ad alto volume dovrebbero esplorare l'automazione per accelerare i flussi di lavoro e aumentare la produttività. Queste soluzioni vanno dagli aggiornamenti semi-automatizzati ai sistemi di prova completamente automatizzati.
I sistemi completamente automatizzati — come l'AT3 di Instron con 3 assi di movimento o l'AT6 configurato con robot a 6 assi — possono integrare la misurazione del provino, la marcatura del provino, la manipolazione del materiale, la prova, la misurazione della deformazione e la rimozione del provino. Alcune configurazioni possono processare centinaia di provini senza l'intervento dell'operatore.
I vantaggi includono:
- Riduzione della variabilità dovuta all'errore umano
- Test prolungati oltre la fine del turno, aumentando il numero di campioni giornalieri
- Posizionamento, allineamento e tempistica più coerenti su grandi lotti
- Gli operatori possono concentrarsi su altre attività a valore aggiunto, lasciando all'automazione i compiti ripetitivi e che richiedono tempo
Domande frequenti
Sebbene la norma ISO 527-2 sia simile all'ASTM D638 — entrambe misurano le proprietà a trazione delle plastiche — non sono tecnicamente equivalenti a causa di differenze nelle dimensioni dei provini, nelle velocità di prova e in specifici requisiti procedurali.
I produttori spesso scelgono lo standard appropriato in base alle preferenze regionali e ai requisiti dei clienti. L'ASTM D638 è comune in Nord America, la ISO 527-2 è ampiamente utilizzata in Europa e in Asia, e i produttori in Cina testano comunemente secondo entrambi.
Nota finale
Questa guida fornisce una panoramica degli elementi chiave coinvolti in un test ASTM D638, tuttavia, non sostituisce lo standard ufficiale. Chiunque pianifichi di eseguire questo test dovrebbe consultare lo standard completo per le istruzioni complete e i requisiti di conformità.
Informazioni sull'autore
Sammi Sawdey
Sammi Sawdey è Senior Applications Engineer presso Instron, specializzata in prove sulle plastiche e caratterizzazione dei materiali. Con una profonda esperienza nelle metodologie di prova statica, consiglia i clienti di un'ampia gamma di settori su come ottimizzare i propri sistemi di prova per accuratezza, efficienza e conformità. Il ruolo di Sammi richiede un impegno costante con i più recenti standard ASTM e ISO, le tendenze emergenti del settore e le migliori pratiche, consentendole di guidare i clienti verso risultati di prova affidabili e di alta qualità.
