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09/12/2014
01/12/2014
14/11/2014
 
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VALUTAZIONE DI MATERIALI PLASTICI PER UTILIZZI A TEMPERATURE ELEVATE
 

Nel valutare il comportamento di un materiale ad alte temperature sono fondamentali, anche se da considerare sempre con un certo grado di approssimazione rispetto all’utilizzo reale dei particolari, le determinazioni della temperatura di rammollimento Vicat e della temperatura di flessione sotto carico (HDT).

Mentre la prima temperatura indica sostanzialmente il limite di temperatura oltre il quale il materiale incomincia a perdere consistenza solida e inizia il processo di fusione o rammollimento, la seconda fornisce un’indicazione più relativa alla condizione in cui nell’applicazione è prevista anche una sollecitazione meccanica.

Nel caso di determinazione dell’HDT quindi si valuta in quale intorno di temperatura c’è il rischio che il materiale possa portare il provino, o in prospettiva il particolare, a deformarsi a causa della sollecitazione a cui è sottoposto, perdendo così la sua funzionalità.

Per alcuni materiali il valore di HDT è molto inferiore rispetto a quello di Vicat, più di quanto non avvenga normalmente, e se la loro scelta fosse fatta solo in funzione della temperatura di rammollimento si andrebbe incontro al rischio di un utilizzo non idoneo.

Come per tutte le prove è fondamentale confrontare risultati ottenuti nelle medesime condizioni di prova, considerando che, le norme inerenti spesso individuano, al riguardo più possibilità, ad esempio per simulare condizioni applicative più o meno severe.

 
VALUTAZIONE DELLA DEGRADAZIONE DI MATERIALE PLASTICO MEDIANTE DETERMINAZIONE DELL'INDICE DI FLUIDITA'
 

La determinazione dell’indice di fluidità oltre a fornire un dato molto significativo relativo al materiale plastico considerato e alle sue proprietà (il cosiddetto grado o melt index), permette anche di ricevere una indicazione riguardo la degradazione che il materiale ha subito nel corso della sua trasformazione.

Con una certa frequenza al CESAP giungono richieste di consulenza per definire le cause di rottura di un manufatto e spesso la determinazione dell’indice di fluidità ci ha aiutato a capire se all’origine del problema poteva esserci un fenomeno di degradazione del materiale.

In effetti l’aumento di fluidità del materiale causato da una eccessiva sollecitazione termo-meccanica subita nel corso della trasformazione corrisponde ad una diminuzione del peso molecolare medio delle macromolecole e quindi ad un decremento delle caratteristiche meccaniche (rigidità, resistenza a rottura).

Dunque confrontando l’indice di fluidità ottenuto sul particolare difettoso con il valore di riferimento relativo ad un particolare identico ma ritenuto idoneo, se il valore del primo è significativamente superiore al secondo si può ipotizzare una correlazione tra la degradazione riscontrata e il problema presentatosi sul manufatto.

Un’altra possibilità è quella di confrontare l’indice di fluidità ottenuta da un manufatto e confrontarlo con quello del materiale in granuli utilizzato per la sua produzione.

In questo caso però non ci si deve aspettare che i due valori coincidano in quanto il materiale presente nel manufatto, avendo già subito un processo di trasformazione, presenta generalmente un indice di fluidità più elevato rispetto al granulo originale.

E’ necessario quindi definire quale è il rapporto ritenuto fisiologico tra i due valori di fluidità, considerando che diversi materiali hanno diversa tendenza alla degradazione, e verificare la corrispondenza di questo rapporto (solitamente si individua un range di valori) per tenere sotto controllo la costanza della qualità di produzione.

In caso di polimeri rinforzati con fibra vetro il rapporto tra trasformazione e proprietà del manufatto è da esaminare ancor più criticamente in quanto l’eccessivo frazionamento delle fibre comporta una drastica diminuzione delle caratteristiche meccaniche, causata in questo caso più che dalla degradazione del polimero dalla diminuita lunghezza media delle fibre, e a maggior ragione un aumento dell’indice di fluidità del materiale.

 
ESEMPIO DI ANALISI DI MATERIALE PLASTICO MEDIANTE FT-IR E DSC
 
Una tra le richieste più frequenti è quella relativa all’identificazione di un materiale incognito e al riguardo si può ottenere una risposta esauriente eseguendo una spettroscopia infrarossa (FT-IR) e una calorimetria a scansione differenziale (DSC).
La spettroscopia infrarossa fornisce uno spettro che indica a quale lunghezza d’onda assorbono i legami chimici presenti nel materiale quando questo viene colpito dalla radiazione infrarossa, che opera su lunghezze d’onda e quindi energie tipicamente associate ai legami polimerici.
Nell’esempio di analisi riportata il materiale identificato era una poliammide 6 e il suo spettro infrarosso corrisponde in pratica ad una impronta digitale, ossia è assolutamente unico in funzione del materiale analizzato.
La calorimetria a scansione differenziale evidenzia invece le transizioni termiche caratteristiche della matrice polimerica, ovvero la temperatura di fusione nel caso di polimeri cristallini o la temperatura di transizione vetrosa per quelli amorfi.
Sempre considerando l’esempio della poliammide 6 il relativo termogramma DSC mostra nel suo andamento un picco il cui punto di massimo è associato alla sua temperatura di fusione che, essendo localizzata a circa 220°C, ci indica che la matrice poliammidica rilevata dalla spettroscopia è in particolare quella di una PA 6, che tipicamente fonde nell’intorno della temperatura riscontrata (l’energia evidenziata nel grafico come area sottesa dal picco di fusione fornisce invece una indicazione relativa alla percentuale di cristallinità presente nel polimero).
Quindi le due analisi forniscono informazioni molto complementari tra di loro nel definire la composizione del materiale da identificare.
 
 spettro infrarosso
 termogramma DSC



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