ASTM D3039 Proprietà di trazione dei materiali compositi a matrice polimerica

ASTM D3039 è uno standard ampiamente utilizzato per determinare le proprietà di trazione dei materiali compositi. Più specificamente, questo standard si applica ai compositi costituiti da una matrice polimerica rinforzata da fibre continue o discontinue ad alto modulo.
Grazie al loro elevato rapporto resistenza/peso, questi tipi di compositi sono comunemente utilizzati per applicazioni aerospaziali, automobilistiche e di energia rinnovabile.

Questa guida introduce gli elementi chiave dei test ASTM D3039, comprese le apparecchiature, il software e i campioni necessari.
Cosa misura ASTM D3039?
Il test ASTM D3039 prevede l'applicazione di una forza di trazione a un campione (coupon) e la misurazione di varie proprietà. I test vengono condotti su una macchina di prova universale (chiamata anche macchina per prove di trazione) e lo standard incorpora sia unità pollice-libbra che unità SI.

Le misurazioni chiave includono:
Resistenza alla trazione massima – Sollecitazione massima applicata (tipicamente a rottura)
Deformazione massima a trazione – Deformazione a rottura
Modulo elastico – Rigidità del materiale
Rapporto di Poisson – Rapporto tra la variazione della deformazione trasversale e quella longitudinale
Deformazione di transizione – Nei casi in cui il materiale mostra un comportamento di snervamento come indicato da un cambiamento di pendenza nella risposta sforzo-deformazione, la deformazione di transizione è il valore di deformazione in cui si verifica il cambiamento di pendenza
Modalità di guasto: i campioni rotti devono essere esaminati e il tipo, l'area e la posizione del guasto devono essere registrati

ASTM D3039 è lo standard giusto?
ASTM D3039 è uno dei test più basilari per caratterizzare le proprietà di trazione dei materiali compositi. Tuttavia, esistono altri standard per valutare le diverse proprietà meccaniche dei materiali compositi anisotropi ed eterogenei, tra cui:

ASTM D3410 e ASTM D6641 per prove di compressione
ASTM D3518 per prove di taglio nel piano
Il modulo applicativo compositi nel software Bluehill Universal di Instron include un metodo di prova preconfigurato per ASTM D3039 e molti altri standard. Visualizza l'elenco completo dei modelli di metodi disponibili.

Tipi di campioni
I campioni ASTM D3039 sono di forma rettangolare con una sezione trasversale costante.
Lo standard include le geometrie dei provini consigliate per tipi di materiali unidirezionali 0⁰, unidirezionali 90⁰, bilanciati e simmetrici e discontinui casuali.
ASTM D3039 può essere utilizzato sia per rinforzi in fibra continui che discontinui, ma la disposizione del provino laminato deve essere bilanciata e simmetrica rispetto alla direzione del test per garantire che il provino non si torce o si distorce mentre è sotto carico.

Schede dei campioni
È pratica comune nelle prove sui compositi utilizzare linguette per proteggere il materiale del campione da eventuali danni causati dalle pinze. ASTM D3039 non richiede linguette, ma ne consiglia l'uso durante i test sui materiali unidirezionali.
Le linguette possono essere incollate al campione o tenute in posizione mediante attrito (ad esempio tela smeriglio).

Misurazione del campione
Prima del test, è necessario misurare l'area della sezione trasversale del campione. Questo viene fatto misurando la larghezza e lo spessore in tre punti all'interno della sezione del misuratore e calcolando la media delle misurazioni.

Dispositivi per la misurazione dei campioni
Quando una o entrambe le superfici sono irregolari, per misurare lo spessore è necessario un micrometro con interfaccia sferica.
Se entrambe le superfici sono piatte, è possibile utilizzare un micrometro con interfaccia sferica o piatta.
Utilizzare un calibro o un micrometro con un'incudine piatta per misurare la larghezza del campione.
Migliore pratica: per eliminare la possibilità di errori di input e per migliorare l'efficienza, utilizzare un dispositivo di misurazione automatica del campione in grado di trasmettere le misurazioni direttamente al software di test.
La funzione Dispositivo automatico di misurazione dei campioni di Bluehill Universal consente agli operatori di collegare fino a due dispositivi (micrometri o calibri) contemporaneamente.

Impugnature e allineamento dei provini
Le pinze di trazione utilizzate per trattenere i provini compositi devono fornire una pressione sufficientemente forte e uniforme per evitare che il provino scivoli durante il test.

Impugnature consigliate
Morsetti manuali a cuneo di precisione
Morsetti idraulici a cuneo
Entrambi i tipi di pinze forniscono una forza di bloccaggio affidabile e utilizzano un design del corpo mobile che riduce al minimo le forze di compressione durante il caricamento di un provino.