ASTM D412 Prove di trazione su elastomeri

ASTM D412 è lo standard più comune per determinare le proprietà di trazione della gomma vulcanizzata (termoindurente) e degli elastomeri termoplastici. I composti di questa famiglia vengono utilizzati per creare una vasta gamma di beni di consumo come pneumatici, palloni da calcio ed elastici. Questa famiglia produce anche materiali altamente specializzati, come gli O-ring sulle navette spaziali, che devono funzionare in modo affidabile in condizioni ambientali estreme.
Questa guida è progettata per introdurti agli elementi di base di una prova di trazione ASTM D412 e fornirà una panoramica delle apparecchiature per prove sui materiali, del software e dei campioni necessari.

ASTM D412 misura l'elasticità di un materiale mentre è sottoposto a sollecitazione di trazione, nonché il suo comportamento dopo il test quando il materiale non è più sollecitato. ASTM D412 viene condotto su una macchina di prova universale (chiamata anche macchina per prove di trazione) a una velocità di 500 ± 50 mm/min fino alla rottura del provino. Sebbene ASTM D412 misuri molte proprietà di trazione diverse, le seguenti sono le più comuni:
Resistenza alla trazione: la massima sollecitazione a trazione applicata nell'allungamento di un provino fino alla rottura.
Sollecitazione di trazione ad un dato allungamento – la sollecitazione richiesta per allungare la sezione trasversale uniforme di un provino fino ad un dato allungamento.
Allungamento ultimo: l'allungamento al quale si verifica la rottura nell'applicazione di una sollecitazione di trazione continua.
Deformazione a trazione – l'estensione rimanente dopo che un provino è stato allungato e lasciato ritrarre in un modo specificato, espresso come percentuale della lunghezza originale.

ESEMPLARI
ASTM D412 descrive due metodi di prova, a seconda del tipo di campione. Tieni presente che questi due metodi di test non producono risultati identici. Il metodo di prova A utilizza campioni a forma di “manubrio” o “osso di cane”, mentre il metodo di prova B è progettato per campioni a forma di anello. Il metodo di test A è più comunemente utilizzato rispetto al metodo di test B. I campioni di dogbone devono essere fustellati da un foglio o una placca stampati a iniezione. La direzione in cui viene estrusa la lastra è importante poiché produce una sottile venatura nel materiale. Per coerenza, tutti i campioni dovrebbero essere tagliati con la porzione longitudinale parallela alla fibra.

MISURA DEL CAMPIONE
Sono disponibili sei tipi consentiti di campioni di osso di cane per i test ASTM D412 e due tipi consentiti di campioni di anelli tagliati. La forma più comunemente testata è un campione di dogbone C fustellato, che richiede una lunghezza complessiva di 115 mm (la lunghezza del calibro è di 25 mm), una larghezza di 6 mm e uno spessore di 3 mm. Lo spessore del campione deve essere misurato tre volte, dove il valore medio è quello accettato.
Per garantire la conformità allo standard, tutti i campioni utilizzati per i test ASTM D412 devono essere misurati con un micrometro in conformità con ASTM D3767. Il dispositivo automatico di misurazione dei campioni consente agli operatori di collegare fino a due micrometri o dispositivi di misurazione al computer e di inserire i dati direttamente nel software. Ciò elimina la possibilità di errori di input da parte dell'operatore e aumenta l'efficienza.

ALLINEAMENTO DEL CAMPIONE
Per eseguire correttamente il test, i campioni devono essere tenuti perpendicolari alle facce delle mascelle e non inclinati ad angolo. Il disallineamento dei campioni può causare variazioni importanti nei risultati del test ed è necessario prestare la massima attenzione per garantire che i campioni siano tutti allineati in modo coerente per ciascun test.
Un modo per risolvere il disallineamento è utilizzare una faccia della ganascia che abbia quasi la stessa larghezza del provino, rendendo relativamente semplice la regolazione visiva dell'allineamento. Il modo più semplice per prevenire il disallineamento è utilizzare un dispositivo di allineamento del provino che si monta direttamente sui corpi delle pinze. Si tratta di una semplice barra che fornisce un punto di arresto regolabile in modo che gli operatori possano facilmente vedere che il loro campione è stato allineato correttamente.

MANOPOLE
Una volta serrate le impugnature sui provini elastomerici in preparazione all'esecuzione di un test, vengono spesso applicate forze di compressione indesiderate. Queste forze, anche se minime, possono interferire con i risultati del test se non trattate adeguatamente. È importante che non siano bilanciati dopo l'inserimento del campione, poiché ciò causerebbe uno spostamento dei risultati. Il software per prove sui materiali Bluehill Universal può essere programmato per normalizzare le forze su più provini e rimuovere qualsiasi allentamento o forza di compressione, garantendo risultati coerenti tra i provini. Specimen Protect, disponibile sulle macchine di prova universali della serie 6800, è progettato per prevenire danni al campione o al sistema durante la fase di impostazione di un test, prima che ne vengano definiti i limiti operativi. Quando è attivato, Specimen Protect regola automaticamente la traversa per mantenere eventuali forze indesiderate al di sotto di un certo limite.

Man mano che i campioni di elastomero si allungano, il loro spessore diminuisce. Per questo motivo, ASTM D412 consiglia impugnature che si serrano automaticamente. Una pressione costante e uniforme sulle superfici delle ganasce garantisce che i campioni diluiti non scivolino fuori dalle pinze durante il test. Le pinze pneumatiche ad azione laterale con facce seghettate sono molto efficaci per testare gli elastomeri. Con le pinze pneumatiche, la pressione dell'aria in ingresso si regola automaticamente, consentendo alla forza di presa di rimanere costante anche se lo spessore del provino cambia in modo significativo durante una prova. Un'altra opzione efficace consiste nell'utilizzare impugnature a rullo autoserranti, che utilizzano una molla per esercitare una pressione costante sul campione durante il test. Per coloro che utilizzano il metodo di prova ASTM D12 B, i campioni di O-ring possono essere testati con il nostro dispositivo di O-Ring. Queste impugnature prevengono le concentrazioni locali di sollecitazioni utilizzando alberi rotanti sui dispositivi superiori e inferiori.

ESTENSIMETRO
Sebbene gli estensimetri non siano richiesti dallo standard, si consiglia una misurazione della deformazione per ottenere risultati più accurati e ripetibili. La misurazione della deformazione basata sulla corsa della traversa può essere meno accurata a causa dell'allungamento del provino al di fuori della lunghezza utile. Gli estensimetri a corsa lunga sono progettati per lavorare con materiali elastomerici e possono essere utilizzati anche durante la rottura del provino. La forza di serraggio regolabile sui bordi del coltello riduce il cedimento prematuro del provino. Questo estensimetro può misurare la deformazione fino al 3.000% da una lunghezza di solo un pollice.
Un estensimetro senza contatto come il Video Estensimetro Standard o Advanced 2 è l'ideale per i materiali elastomerici. È particolarmente adatto per campioni fragili o che richiedono una camera climatica per i test. Gli estensimetri video senza contatto offrono il vantaggio aggiuntivo di ridurre la varianza dei risultati dovuta all'interferenza dell'operatore e di aumentare l'efficienza nei laboratori con esigenze di produttività elevata.

CAMERA AMBIENTALE
Gli elastomeri testati secondo ASTM D412 sono spesso destinati ad un utilizzo futuro in condizioni non ambientali. Poiché le condizioni ambientali hanno un grande impatto sulle proprietà di trazione degli elastomeri, è necessario prestare attenzione per garantire che le condizioni di prova imitino quelle dell'applicazione finale prevista. La velocità del test, la temperatura, l'umidità, le dimensioni del provino e le condizioni pre-test hanno tutti effetti notevoli sui risultati del test e devono essere controllati affinché il test produca dati utili. Per garantire che questi elementi simulino l'applicazione finale del materiale, la norma ASTM D412 viene spesso eseguita all'interno di una camera ambientale dove è possibile utilizzare il riscaldamento o il raffreddamento (LN2 o CO2).

Le camere ambientali consentono agli operatori di monitorare la temperatura all'interno della camera per tutta la durata del test. Inoltre, è possibile impostare il tempo e la temperatura di immersione per garantire che tutti i campioni siano adeguatamente condizionati prima dell'inizio del test.