Significato delle principali proprietà dei materiali - 2M-Italia
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14 Oct Significato delle principali proprietà dei materiali

dinamometroResistenza a trazione
Tutti gli accessori termoplastici hanno un livello di resistenza oltre il quale, se sollecitati ulteriormente, si verifica una rottura. Conoscere qual è il punto di rottura, e di conseguenza la resistenza, di un accessorio termoplastico – si tratti di una fibbia, di un rivetto, di un bottone o altro componente – è quindi di fondamentale importanza. In particolare per le fibbie, il test che viene effettuato regolarmente è la misura della resistenza a trazione.

Per misurare la resistenza a trazione di una fibbia è necessario inserire il provino nel nastro e bloccarlo in un macchinario, chiamato dinamometro, che ne tira con velocità regolare una delle due estremità numerose volte. Per mantenere costante la velocità di allungamento, il dinamometro incrementa la quantità di forza che sta esercitando, aumentando così la sollecitazione sul provino, fino a quando questo non si rompe.

La resistenza alla trazione di una fibbia è quindi la sollecitazione necessaria per romperla, e per calcolarla bisogna effettuare una divisione: la forza necessaria alla macchina per rompere il provino, divisa per l’area del provino stesso.

La sua unità di misura sarà quindi N/cm2 o più comunemente il Megapascal (MPa).

Modulo a trazione
Misurare il modulo di un materiale significa verificare la sua resistenza alla deformazione. Tale valore si calcola tramite lo stesso strumento usato per la resistenza a trazione delle fibbie, tuttavia in questo caso non si calcola la sollecitazione, ma lo sforzo che si applica sul campione.

L’obiettivo è misurare l’allungamento massimo che può subire il materiale termoplastico senza subire alterazioni di forma una volta che è stato rilasciato. Per effettuare la misura si aumenta lentamente lo sforzo, si calcola l’allungamento ad ogni incremento di forza e si raggruppano i dati così ottenuti in un grafico, chiamato curva sforzo-deformazione, che riporta appunto lo sforzo in relazione alla deformazione.

L’altezza della curva nel punto in cui il materiale termoplastico si rompe è la cosiddetta resistenza a trazione, mentre la sua pendenza è il modulo a trazione. Se la curva ha una pendenza ripida, il campione avrà un alto modulo, cioè resisterà bene alla deformazione, viceversa, se avrà pendenza bassa, si deformerà facilmente.

L’unità di misura del modulo è sempre N/cm2.

Tenacità
La tenacità di un materiale indica la sua capacità di assorbire energia di deformazione prima di rompersi. Si calcola misurando l’area sottesa dalla curva sforzo-deformazione.

Considerando che la base di tale triangolo rappresenta la deformazione subita dal materiale termoplastico, mentre l’altezza rappresenta lo sforzo imposto dalla macchina, la tenacità sarà proporzionale alla moltiplicazione dei due valori.

Poiché lo sforzo è proporzionale alla forza necessaria a rompere il provino e la deformazione è misurata in unità di lunghezza – rispetto a quanto il provino si è allungato – allora lo sforzo per la deformazione è proporzionale alla forza moltiplicata per la distanza.

La tenacità misura quindi l’energia che un materiale può assorbire, proprio perché, in termini fisici, una forza moltiplicata per una distanza equivale a energia.

Esiste quindi una sottile differenza tra la resistenza e la tenacità. La prima indica infatti la forza per rompere un campione, mentre la seconda indica l’energia per rompere un campione. È importante notare che affinché un materiale sia resistente non è necessario che sia anche tenace.

Osservando il grafico qui sotto ci possiamo infatti rendere conto che un materiale termoplastico può essere resistente e non tenace (curva blu), cioè potrebbe necessitare di molta forza prima di rompersi, ma non di molta energia. Un prodotto con tali caratteristiche si dice fragile e benché sia resistente non si deforma molto prima di rompersi. È quindi la deformazione che permette al campione di dissipare energia e di allungarsi il più possibile prima di rompersi.

Per questi motivi, nella scelta di quale materiale utilizzare, di solito si sacrifica la resistenza a favore della tenacità.

Modulo a flessione, resistenza all’urto Charpy con/senza intaglio
La resistenza all’impatto misura la quantità di energia che un materiale può assorbire prima di rompersi. Il test d’impatto fornisce quindi un’indicazione della capacità di un materiale di assorbire un carico improvviso senza rompersi.

Questo test può essere effettuato sia previo intaglio del materiale da colpire, sia mantenendo il materiale intatto. Per effettuare tali prove si utilizza uno strumento chiamato pendolo di Charpy, il cui nome deriva dal suo ideatore Augustin Georges Albert Charpy.

Si tratta di uno strumento composto da un’asta che da un lato ha una cerniera fissata alla base, mentre dall’altro ha una mazza. La mazza ha una forma aerodinamica ed è munita di una lama dal profilo standard.

Con il pendolo di Charpy si possono trarre numerose informazioni sul materiale termoplastico, tra cui la forma più indicata da produrre per assorbire gli urti e una misura della temperatura utile a prevenire la frattura.

Densità
La densità di un oggetto si calcola dividendo la sua massa per il suo volume.
La massa di un oggetto è quella che comunemente viene definita peso, cioè il valore indicato dalla bilancia, mentre il volume di un oggetto regolare si può calcolare moltiplicando la profondità per la lunghezza e l’altezza.

Esistono due variabili che possono influire sulla densità: la temperatura, che agisce come coefficiente di dilatazione, e la pressione, che invece ne favorisce la compressione.

Tutti i materiali termoplastici comunemente utilizzati hanno densità note, riscontrabili anche quando soggette a variazioni di pressione e temperatura su specifiche tabelle.