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La Guida definitiva alla ASTM D882 - Prove di trazione di film plastici sottili

ASTM D882 - Tensile Testing of Thin Plastic Film

Come eseguire una prova di trazione su un film plastico sottile secondo ASTM D882

Le pellicole e i fogli di plastica sottili sono una scelta popolare per l'imballaggio e si trovano a proteggere molti oggetti di uso quotidiano, dagli avanzi di cibo ai beni di consumo. È fondamentale che i produttori di materie plastiche e le aziende di imballaggio ottengano un profilo meccanico accurato delle pellicole di plastica che producono, per garantire che soddisfino le aspettative richieste. ASTM D882 è uno standard di prova comune che viene utilizzato per determinare le proprietà di trazione dei film plastici sottili ed è comunemente usato per il controllo qualità in linea. Questa guida è stata pensata per introdurla agli elementi di base di un test di trazione ASTM D882 e fornirà una panoramica delle attrezzature, del software e dei campioni necessari. Tuttavia, chi ha intenzione di condurre test ASTM D882 non deve considerare questa guida come un sostituto adeguato della lettura e del rispetto dello standard completo.

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Test del film separatore per le batterie dei veicoli elettrici

Sebbene l'ASTM D882 non sia uno standard ufficiale per testare i film di separazione delle batterie EV, questo standard è stato modificato per valutare le proprietà meccaniche di questi materiali. I film separatori sono una parte fondamentale delle batterie agli ioni di litio e di altre batterie ad elettrolita liquido, che separano l'anodo dal catodo. Il materiale più comunemente utilizzato per il film separatore è la poliolefina, un film polimerico abbastanza forte da resistere all'operazione di avvolgimento durante l'assemblaggio, nonché alla placcatura irregolare del litio sull'anodo dovuta all'uso estensivo. Un materiale separatore più sicuro e più forte impedisce in modo più efficace il contatto tra l'anodo e il catodo, mentre un materiale più sottile aiuta a ridurre il peso di ogni batteria e a migliorare la densità energetica.

Testare questi materiali secondo la norma ASTM D882 può essere molto utile per i controlli di qualità e per la ricerca e sviluppo, quando si cerca di determinare la soluzione ottimale di film separatore. Inoltre, come nel caso di molti altri materiali a film sottile, il film separatore è anisotropo e quindi si raccomanda di testarlo in più direzioni di taglio/test.

PER SAPERNE DI PIÙ SUI TEST EV

Che cosa misura?

L'ASTM D882 è stato progettato specificamente per testare le materie plastiche di spessore inferiore a 1 mm e può essere utilizzato per testare qualsiasi tipo di campione di plastica all'interno di questo intervallo di spessore definito. Le plastiche di spessore superiore a 1 mm devono essere testate secondo la norma ASTM D638. I test ASTM D882 sono condotti su una macchina di prova universale (detta anche macchina per prove di trazione) a una velocità costante della testa trasversale. Le seguenti sono le proprietà di trazione più comunemente misurate:

Resistenza alla trazione
Resistenza allo snervamento
deformazione di snervamento
tensione a rottura
modulo di elasticità

Metodo di prova e campioni

Durante i test ASTM D882, i campioni vengono tirati in tensione fino al cedimento. La velocità della testa a croce dipende dalla lunghezza del provino e può essere calcolata moltiplicando la separazione iniziale della presa (lunghezza del provino) per il tasso di deformazione iniziale in mm/mm x min. Il tasso di deformazione iniziale è condizionato dall'allungamento massimo del provino alla rottura. Poiché le pellicole e i fogli di plastica tendono ad essere molto elastici, di solito sono necessarie velocità di rotazione della testa trasversale più elevate. Un fattore critico nelle prove secondo ASTM D882 è l'utilizzo di un precarico adeguato. I campioni di film sottile sono solitamente rilassati e non tesi quando vengono caricati nelle pinze per le prove. Un precarico, che può essere facilmente configurato nel software di test ^Bluehill® Universal, aiuta a rimuovere qualsiasi allentamento del campione prima di registrare i dati durante il test, assicurando che i risultati siano accurati e ripetibili.

Questo test è destinato a campioni uniformi entro il 10% dello spessore sulla lunghezza del campione tra le impugnature. I campioni più spessi che si avvicinano al limite di spessore di 1 mm devono essere uniformi entro il 5%. I campioni devono avere una larghezza compresa tra 5,0 e 25,4 mm e una lunghezza minima di 50 mm rispetto alla separazione delle impugnature utilizzate durante il test. La lunghezza standard del calibro del campione per le prove è di 250 mm. Tuttavia, se questo non è possibile, è accettabile una lunghezza minima del campione di 100 mm (50 mm di lunghezza del calibro), purché si stabilisca che questo non influisce sui risultati. Se il campione è di materiale isotropo, lo standard richiede che vengano testati almeno cinque campioni da ogni campione. Se invece si sospetta che il campione sia anisotropo, devono essere testati almeno dieci campioni, cinque lungo l'asse lungo e cinque lungo il presunto asse anisotropo. Inoltre, i campioni utilizzati per determinare il modulo non possono essere usati per determinare la resistenza alla trazione o qualsiasi altra proprietà di trazione, il che significa che chi esegue i test secondo la norma ASTM D882 farebbe bene a produrre un gran numero di campioni per misurare in modo appropriato tutte le proprietà rilevanti.

Sistema di test

A causa delle basse forze di rottura di questi campioni, le prove ASTM D882 sono tipicamente eseguite su una macchina di prova universale a colonna singola come la serie 34SC di Instron o Sistemi della serie 68SC. Tuttavia, possono sorgere delle complicazioni, dovute al fatto che molti campioni di film sottile presentano un elevato allungamento a rottura. Quando si accoppiano questi campioni con la lunghezza standard del calibro di 250 mm, a volte può essere necessario un telaio a colonna singola di altezza superiore o eventualmente un telaio a doppia colonna per eseguire il test fino alla rottura. La serie 6800 di Instron è ideale per i laboratori che desiderano una funzionalità avanzata nei loro sistemi di prova.

Setup del test ASTM D882
1)	Sistema di test universale serie 6800
2)	Bluehill Universal Software
3)	Cella di carico serie 2580
4)	Impugnature pneumatiche serie 2712

PinzeA causadella natura flessibile e delicata di questi campioni di plastica, la presa può essere una sfida. Le pinze pneumatiche ad azione laterale forniscono una pressione d'ingresso dell'aria regolabile per garantire che i campioni possano essere bloccati in modo sufficiente per tutta la durata del test. Le pinze pneumatiche sono preferibili alle pinze a vite o alle pinze serrate a mano quando si testano film sottili, in quanto queste ultime pinze aggiungono una variabilità alla pressione di serraggio e possono consentire una maggiore incoerenza nei risultati dei test e una maggiore possibilità di rottura o scivolamento delle ganasce. In alcuni casi, per i campioni di film molto sottili, si possono utilizzare anche le pinze a rullo autoserranti.

1 kN Modello | 2712-041

1 kN Modello | 2713-007

ALLINEAMENTO DEL CAMPIONE

Le prove di trazione di film e pellicole sottili presentano più sfide rispetto alle prove di campioni rigidi, e la maggior parte dei film e delle pellicole sottili utilizzati nella produzione di batterie EV sono estremamente sottili, con uno spessore non superiore a 15 micron. Questi materiali si danneggiano facilmente con una manipolazione errata; anche il semplice gesto di afferrare un film sottile o una pellicola può danneggiare il campione. L'allineamento corretto di campioni così delicati è un punto dolente per molti laboratori di analisi, e si raccomanda l'uso di un dispositivo di caricamento dei campioni di precisione. Questi dispositivi utilizzano una clip di allineamento staccabile e una guida lineare per guidare i campioni nelle pinze, e sono disponibili in diverse dimensioni per adattarsi a un'ampia gamma di dimensioni dei campioni.

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Facce da mascella

Poiché i campioni ASTM D882 sono fragili, anche la selezione delle ganasce è fondamentale per il successo delle prove. Le facce delle ganasce seghettate non sono consigliate perché possono danneggiare il campione durante la presa, causando rotture della ganascia o risultati imprecisi. Le facce in gomma non danneggiano i campioni a film sottile e hanno dimostrato di evitare lo scivolamento dei campioni, che si assottigliano nelle facce durante il processo di test, rendendo le facce in gomma abbinate alle impugnature pneumatiche la combinazione preferita. Questa combinazione produce anche i risultati più ripetibili.

Le facce delle ganasce in gomma devono corrispondere alla larghezza dell'estremità afferrata o intaccata del campione. La dimensione della faccia più comune per questo tipo di materiale è di 25 mm x 25 mm (1 poll. x 1 poll.). La corrispondenza della larghezza consente un facile allineamento del campione, che è fondamentale per ottenere buone rotture e risultati di prova accurati. Nel caso in cui la larghezza del campione sia inferiore alla tolleranza dello standard, è necessario che le ganasce abbiano una larghezza almeno pari a quella del campione, ma in questo caso è accettabile anche una larghezza maggiore.

La presa a contatto con la linea è possibile anche per i campioni di film che sono troppo sottili per le facce in gomma. Le facce a contatto di linea includono una faccia liscia della ganascia e una faccia opposta arrotondata, aiutando a distribuire la forza di serraggio lungo una singola linea perpendicolare al movimento della testa a croce. L'aspetto più critico della presa è evitare lo slittamento durante il test, oltre a mantenere una distribuzione uniforme delle sollecitazioni su ogni campione durante il test.

Test automatizzati a film sottile per le batterie dei veicoli elettrici
Con la crescita esplosiva prevista per l'industria dei veicoli elettrici, i produttori di batterie dovrebbero prendere in considerazione la possibilità di aumentare le loro capacità di test il prima possibile, per soddisfare l'aumento previsto della domanda. Con l'aumento del volume di test, la produttività e l'efficienza diventano sempre più importanti. Instron offre molte soluzioni diverse per aumentare la produttività del suo laboratorio di prova, compresi sistemi automatizzati e semiautomatici, ideali per testare volumi elevati di campioni di film sottile.

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Il software di test ResultsInstron Bluehill Universal semplifica il resoconto dei calcoli in conformità allo standard. Il software viene fornito anche con un metodo di prova preconfigurato per i test ASTM D882, completo di parametri di prova specifici e calcoli che aiutano a garantire la conformità.

Bluehill Universal ASTM D882