Le prove di caratterizzazione dei compositi sono essenziali per le attività di sviluppo, produzione e controllo della qualità di un prodotto finito: i test di trazione, compressione, taglio, torsione, impatto, usura, invecchiamento termico e di caratterizzazione delle proprietà reologiche forniscono informazioni chiave alle aziende che operano nella filiera dei materiali compositi: dai produttori di fibre di carbonio e di vetroresine, ai laminatori e stampatori, agli studi di ingegneria e progettazione e così via dicendo.
A partire, infatti, dagli anni Settanta il mercato dei materiali compositi è in costante espansione: i compositi sono ampiamente apprezzati per la loro leggerezza, l’elevata resistenza meccanica, la rigidezza, l’assenza di corrosione galvanica, l’ottima coibentazione; oltre che per la loro versatilità e flessibilità di lavorazione, per la riduzione del peso e l’ottimizzazione dei costi di produzione.
Questo ha favorito un loro rapido sviluppo nei più svariati settori (automotive, aereospaziale, militare, nautico e aeronautico, sportivo biomedicale e così via) e nei più diversi ambiti di applicazione. La fibra di carbonio, ad esempio, viene sempre più spesso impiegata al posto dell’acciaio: oggi è ampiamente sfruttata per la produzione delle scocche delle auto da corsa, degli scafi delle imbarcazioni, delle strutture dei velivoli aerei e anche in molti articoli d’utilizzo sportivo, come le bici da corsa, le racchette da tennis, le calzature.
In realtà, ancora ai giorni nostri, l’evoluzione dei compositi è ancora in piena crescita. Da un lato perché i materiali compositi sono stati impiegati in settori a loro volta in fase di sviluppo, primo fra tutti quello delle energie rinnovabili dove le pale delle turbine eoliche richiedono materiali sempre più all’avanguardia e avanzati; dall’altro lato perché è inarrestabile la richiesta da parte di certi settori industriali di poter disporre di materiali con proprietà meccaniche e stabilità chimica elevate oltre che con un ottimo rapporto rigidezza / peso.
Cosa che ha sicuramente favorito, dagli anni Novanta ad oggi, l’incessante introduzione di nuove combinazioni di materiali sempre più performanti (come la fibra aramidica) e di nuove tecnologie di produzione, come la stampa additiva.
“Il kevlar, ad esempio, è una fibra sintetica aramidica inventata nel 1965 da Stephanie Kwolek, una ricercatrice della DuPont. La sua caratteristica principale è la grande resistenza meccanica alla trazione, tanto che a parità di massa è 5 volte più resistente dell’acciaio.
Il kevlar possiede anche una grande resistenza al calore e alla fiamma. Per le sue caratteristiche di resistenza viene utilizzato come fibra di rinforzo per la costruzione di giubbotti antiproiettile, di attrezzature per gli sport estremi e per componenti usati in aeroplani, imbarcazioni e vetture da competizione.” (Fonte)
Materiali compositi cosa sono:
Nella scienza dei materiali, i materiali compositi sono la combinazione di due o più materiali diversi, avente caratteristiche e proprietà specifiche e differenti dai singoli costituenti.
Solitamente uno dei due materiali componenti (o fasi) è discontinuo, più rigido e forte (questo materiale viene generalmente chiamato “rinforzo”), mentre il secondo materiale (o fase) è meno rigido, più debole e continuo (viene normalmente chiamato “matrice”). Le proprietà finali di un composito dipendono dalle proprietà dei costituenti, dalla geometria e dalla distribuzione delle fasi.
Tipologie di compositi:
I materiali compositi possono essere sia artificiali che naturali.
Compositi naturali
Alcuni esempi di materiali compositi presenti in natura sono il legno, in cui fibre di cellulosa sono disperse in una fase di lignina, e le ossa, in cui il collagene è rinforzato da apatite minerale.
Compositi sintetici
La fibra di carbonio e la resina epossidica sono invece chiari esempi di compositi artificiali.
Prove di caratterizzazione dei compositi: principali test di prova e strumenti
Specializzata nella fornitura di macchine di prova materiali, Amse S.r.l. propone una gamma completa di strumenti per l’esecuzione delle principali prove di caratterizzazione dei compositi.
Intaglio e preparazione dei provini
La preparazione dei provini è rilevante ai fini dell’affidabilità del test di prova in relazione agli standard previsti dalle normative di riferimento. Per quanto riguarda i compositi in particolare, diversi sono gli strumenti di preparazione utilizzati dai laboratori di prova per le attività di Ricerca e Sviluppo (R&D) e di Controllo della Qualità (QC):
AMSE Intagliatrice manuale: Le intagliatrici manuali a coltello intercambiabile sono utilizzate per l’esecuzione dell’intaglio (Notch) su campioni usati per prove d’impatto secondo i metodi Charpy e Izod in funzione di quanto richiesto dalle normative internazionali di riferimento.
AMSE Intagliatrice motorizzata: Le intagliatrici motorizzate a coltello intercambiabile sono utilizzate per l’esecuzione dell’intaglio (Notch) su campioni usati per prove d’impatto secondo i metodi Charpy e Izod in funzione di quanto richiesto dalle normative internazionali di riferimento.
AMSE Fresatrice: Disponibile in due modelli, lo strumento è composto da una fresatrice motorizzata e di una serie di dime di riferimento per ricavare provini in materiale polimerico.
AMSE Misuratore della profondità di intaglio: Strumento per misurare la profondità dell’intaglio dei provini per test di impatto.
Mini pressa per stampo provini: La pressa ad iniezione è molto utile per la produzione di un’ampia varietà di campioni di prova da laboratorio come placchette colore, provini per prove di trazione e di impatto nonché piccoli componenti da sottoporre a prove meccaniche.
Pressa ad iniezione
AMSE propone una gamma completa di strumenti scientifici per la preparazione dei provini. La pressa ad iniezione è stata specificamente progettata per produrre un’ampia varietà di campioni di prova da laboratorio.
Fresatrice
AMSE propone una gamma completa di strumenti scientifici per la preparazione dei provini. Lo strumento si compone di una fresatrice motorizzata e di una serie di dime di riferimento per ricavare provini in materiale polimerico.
Intagliatrici e brocciatrici
AMSE propone una gamma completa di strumenti scientifici per la preparazione dei provini: intagliatrici e brocciatrici.
Misuratore della profondità di intaglio
Strumento per misurare la profondità dell’intaglio dei provini per test di impatto. Collegabile a PC tramite porta RS 232 per la preparazione e stesura di rapporti.
Prove di impatto sui compositi
I test di impatto sono prove di caratterizzazione dei compositi utili a misurare la capacità di un materiale di resistere agli urti: questi test di prova distruttivi misurano l’energia necessaria per rompere, con un unico colpo, un provino di dimensioni normalizzate, intagliato nella sua metà più lunga e appoggiato su due sostegni.
Tra gli strumenti di prova disponibili anche sul nostro catalogo web, segnaliamo:
AMSE Pendoli Charpy e Izod: La gamma dei pendoli AMSE comprende diversi opzioni tra cui scegliere in funzione del metodo di prova (Charpy o Izod) e del range di energia necessario (0,5J – 50 J).
Prove meccaniche e funzionali sui compositi
Queste prove di caratterizzazione dei compositi forniscono informazioni importanti sulle proprietà meccaniche di un materiale sottoposto a forze statiche o dinamiche, quali ad esempio:
- La resistenza-deformazione di un materiale sottoposto a carichi diversi di schiacciamento (Resistenza alla compressione)
- La capacità di resistere alla scalfittura e all’abrasione (Durezza)
- La capacità di resistere frattura (Tenacità)
- La resistenza alla trazione (Snervamento / Rottura)
- La resistenza alla fatica
- La resistenza alle alte temperature (temperatura di inflessione per calore HDT e la temperatura di fusione o rammollimento del polimero Vicat).
Per un approfondimento ti rinviamo alla lettura di questo articolo:
Prova di compressione su materiali compositi secondo ASTM D6641
La prova di trazione è una prova di caratterizzazione che riveste una grande importanza, perché consente di esaminare il comportamento dei materiali polimerici sottoposti a prove di resistenza a trazione e valutarne la struttura.
Molte prove meccaniche e funzionali dei compositi possono essere eseguite grazie all’impiego dei Sistemi di prova universale che consentono di effettuare valutazioni importanti sulle proprietà meccaniche del prodotto.
Disponibili in svariati modelli a seconda della gamma di prove e dell’ambito di utilizzo:
Macchine di prova universale serie AGS-V: La serie Shimadzu AUTOGRAPH AGS-V è progettata per offrire un supporto versatile e funzionale per i test. Con oltre 100 anni di esperienza nella produzione di macchine di prova, Shimadzu ha creato l’AGS-V per garantire che le operazioni di test siano più sicure ed efficienti.
Macchine idrauliche serie UH: Le macchine di prova universali servo-idrauliche (UH-X) e ad alte prestazioni (UH-FX), facilitano l’esecuzione di prove di “stress control” e “strain control”(in conformità con la norma ISO 6892) e eliminando la necessità di prove preliminari.
Macchine di prova universale serie EZ Test: Serie mono colonna, ideale in qualsiasi ambito in cui le forze in gioco siano relativamente basse.
Macchine di prova universale serie AGS-X2: La serie Shimadzu AUTOGRAPH AGS-X2 rappresenta un nuovo standard per le valutazioni di resistenza. Offrendo prestazioni superiori al suo modello precedente (AGS-X), questa macchina universale si adatta a un’ampia gamma di applicazioni. Il design moderno ed elegante integra controlli di alto livello, un funzionamento intuitivo e la massima attenzione alla sicurezza.
Macchine di prova universale serie AGX-V2: SHIMADZU fornisce una vasta gamma di macchine di prova universali (meglio conosciute come dinamometri) in grado di rispondere alle più svariate applicazioni riguardanti settori come quello dei polimeri, metalli, gomma, alimentare, medicale, farmaceutico, cosmetico, automotive, compositi e molti altri.
Macchine di prova universale serie AGS-V
SHIMADZU fornisce una vasta gamma di macchine di prova universali (meglio conosciute come dinamometri) in grado di rispondere alle più svariate applicazioni.
Macchine idrauliche serie UH
Le macchine di prova universali servo-idrauliche (UH-X) e ad alte prestazioni (UH-FX), controllate da computer e dotate di morse idrauliche, presentano un’interfaccia operatore migliorata grazie all’adozione di un ampio pannello touch screen a colori.
Macchine di prova universale serie EZ Test
SHIMADZU fornisce una vasta gamma di macchine di prova universali (meglio conosciute come dinamometri) in grado di rispondere alle più svariate applicazioni
Macchine di prova universale serie AGS-X2
SHIMADZU fornisce una vasta gamma di macchine di prova universali (meglio conosciute come dinamometri) in grado di rispondere alle più svariate applicazioni.
Macchine di prova universale serie AGX-V2
SHIMADZU fornisce una vasta gamma di macchine di prova universali (meglio conosciute come dinamometri) in grado di rispondere alle più svariate applicazioni
Altri strumenti utili per l’esecuzione delle prove meccaniche sui compositi sono:
AMSE HDT/Vicat: AMSE propone una gamma completa di strumenti scientifici per la determinazione delle temperature HDT e Vicat dei materiali polimerici. Normative di riferimento: ISO 75, ISO 306, ASTM D648, ASTM D1525 ed altre equivalenti.
AMSE Environmental Stress Cracking (ESCR): L’Environmental Stress Cracking è la causa più comune di rottura dei manufatti in plastica. L’ESC può essere definito come l’accelerazione dello stress cracking dovuta al contatto con un fluido (liquido o vapore, per esempio soluzioni caustiche sul polipropilene) o con agenti “rigonfianti” senza degradazione chimica.
SHIMADZU Macchine per prove a fatica Serie Servopulser: Disponibili in modelli elettromeccanici ed idraulici in funzione dei carichi e delle frequenze da raggiungere, questi strumenti consentono di valutare la capacità di un polimero di resistere al processo di deformazione e rottura se sottoposto a determinati carichi di fatica variabili nel tempo.
Test di resistenza al crack tensionale ambientale (ESCR)
L’Environmental Stress Cracking può essere definito come l’accelerazione dello stress cracking dovuta al contatto con un fluido (liquido o vapore, per esempio soluzioni caustiche sul polipropilene) o con agenti “rigonfianti” senza degradazione chimica (si tratta di un meccanismo puramente fisico).
Macchine per prove a fatica Serie Servopulser
Shimadzu fornisce una vasta gamma di macchine per prove a fatica con capacità variabile. Disponibili in modelli elettromeccanici ed idraulici in funzione dei carichi e delle frequenze da raggiungere.
HDT Vicat manuale
AMSE propone una gamma completa di strumenti scientifici per la determinazione delle temperature HDT e Vicat dei materiali polimerici.
Prove di densità dei compositi
La densità di un materiale composito, definita come il rapporto tra la massa e il volume occupato, costituisce uno tra i parametri caratterizzanti. Tra gli strumenti di prova utilizzabili, indichiamo:
AMSE Strumento per determinare la densità apparente: Lo strumento è progettato per determinare la densità apparente di granuli e polveri. È ideale per il controllo qualità delle materie prime.
Sono disponibili vari modelli che variano in base alla metodologia di prova prevista dalla normativa di riferimento.
Prove elettriche sui compositi
Nella maggior parte dei casi i compositi sono materiali ad elevata conducibilità elettrica. Le prove servono a misurare la capacità di un materiale di favorire il passaggio di corrente a livello superficiale o strutturale interno. Tra gli strumenti di prova indicati per l’esecuzione di questi tipi di test, segnaliamo:
Teraohmetro HM 307 DE: Il teraohmetro HM 307 DE viene utilizzato per determinare la resistenza elettrica di superficie e di volume applicata ai materiali plastici dielettrici sottoposti a tensioni definite. Normative internazionali di riferimento: ISO284, ASTM D257, ASTM D1169 ed altre equivalenti.
Prove di invecchiamento dei compositi
Le prove di invecchiamento sono prove di caratterizzazione dei compositi utili a misurare il grado di usura e di degrado che può subire un materiale sottoposto all’azione di agenti esterni (condizioni meteorologiche, agenti chimici) o per sua stessa struttura.
Tra gli strumenti di prova più indicati, segnaliamo due tipologie di camere di invecchiamento:
UV Tester
AMSE propone una gamma completa di camere per prove di invecchiamento accelerato UV. I raggi ultravioletti sono il principale fattore di danneggiamento della maggior parte dei materiali. Si utilizzano lampade UV per simulare radiazioni con lunghezza d’onda ridotta.
Xenon tester
AMSE propone una gamma completa di camere per prove di invecchiamento accelerato Xenon. L’invecchiamento artificiale dei rivestimenti o l’esposizione dei rivestimenti alla radiazione Xeno filtrata viene eseguita al fine di ottenere il grado di variazione di una proprietà selezionata dopo una certa esposizione radiante H e / o l’esposizione radiante necessaria per produrre un certo grado di invecchiamento.
UV tester
AMSE propone una gamma completa di camere per prove di invecchiamento accelerato UV.
Xenon tester
AMSE propone una gamma completa di camere per prove di invecchiamento accelerato Xenon.
Prove termiche sui compositi
Data la varietà dei compositi naturali e sintetici presenti sul mercato, studiare il comportamento di un materiale sottoposto a variazione di temperatura fornisce informazioni essenziali come:
- la sua dilatazione termica
- la sua capacità termica
- la sua conduttività termica
- la sua resistenza a temperatura
- la sua resistenza allo shock termico.
Il principio di funzionamento di queste prove consiste nel ricavare informazioni sul materiale riscaldandolo o raffreddandolo in maniera controllata e verificandone così la risposta in termini di temperatura. Tra gli strumenti utili per l’esecuzione delle prove termiche sui compositi segnaliamo:
Forno a muffola: Forni a muffola per trattamento termico con vari intervalli di temperatura e capacità fino a 1300ºC.
Mini stufe e mini incubatori: Soddisfano tutte le applicazioni termostatiche di piccola entità. Disponibili nelle versioni da 8 Litri e 20 Litri.
Incubatore refrigerato: Incubatore adatto a tutte le applicazioni di incubazione dove è necessario lavorare ad una temperatura inferiore all’ambiente.
Forni e stufe
AMSE propone una gamma completa di Stufe a convezione naturale e forni che soddisfano tutte le applicazioni termostatiche.
Disponibili anche mini nelle versioni da 8 Litri e 20 Litri
Forno a muffola
AMSE propone una gamma completa di forni a muffola per calcinazione, rinvenimento, trattamento termico con vari intervalli di temperatura e capacità fino a 1300ºC.
Incubatore refrigerato
Incubatore adatto a tutte le applicazioni di incubazione dove è necessario lavorare ad una temperatura inferiore all’ambiente.
