«PROVE SU MATERIALI ELASTOMERICI E PLASTICI (PIGMENTATI E VERNICIATI)» LABORATORI PLASTLAB

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1 CONVEGNO «PROVE SU MATERIALI ELASTOMERICI E PLASTICI (PIGMENTATI E VERNICIATI)» MATERIALI ELASTOMERICI: PROVE IRHD E MicroIRHD PER NUOVE OPPORTUNITA PER MIGLIORARE LA QUALITA DEGLI ARTICOLI IN GOMMA STAMPATA ed ULTIME INNOVAZIONI NEL SETTORE AUTOMOTIVE RELATORI: Facciano Carlo Mercoledì 28 OTTOBRE 2015 ISEO (BS) c/o ISEOLAGO HOTEL&SPA LABORATORI PLASTLAB ANALISI, FORMAZIONE, RICERCA per le materie plastiche, verniciate, metalliche, gomma e lavorazioni laser

2 LA STORIA Durezza deriva dal latino e significa duro, resistente. Le prove di durezza della gomma furono inizialmente eseguite con i durometri per metalli, quali Vickers, Rockwell, Brinell. La misurazione risultava inaffidabile per la deformazione dei metalli sotto indentazione, cosa che non capitava con gli elastomeri. Albert Shore ( ) fonda la sua società di strumenti e nel 1915 sviluppa il durometro con quadrante. 2

3 LA STORIA Nel 1941 Fred Shore, fratello di Albert, sviluppa il modello rotondo, il più conosciuto sino all avvento dei modelli digitali. Successivamente, dopo vari passaggi di proprietà, la società venne incorporata dalla INSTRON nel

4 Durezza della gomma è: misurare l attitudine dei materiali elastomerici alla penetrazione applicando una forza tramite un corpo metallico; la misurazione avviene secondo scala arbitrari da 0 (elevata penetrazione, materiale morbido) a 100 (scarsa penetrazione, materiale rigido); la forza di reazione alla penetrazione dipende dalle caratteristiche viscoelastiche del vulcanizzato; la gomma è un materiale viscoelastico, coesistono entrambi gli stati. 4

5 Di conseguenza in un test di misurazione della durezza avremo che: Il valore immediato è dato dalle caratteristiche elastiche; Il valore successivo, cioè l affondamento è legato alla componente viscosa. 5

6 Articoli vulcanizzati in modo non uniforme avranno caratteristiche viscoelastiche diverse!!!! Conseguentemente comportamenti diversi in fase applicativa, quali ad es. Isteresi 6

7 Compression set o tension set, con risultati diversi 7

8 Esistono molte scale di durezza, applicabili ai vari materiali in base alle loro caratteristiche. Scala SHORE Forza contatto Penetratore Spessore provini Range utilizzo A 12,5 N Tronco conico 35 Min 6 mm B 12,5 N Conico 30 Min 6 mm Gomme rigide, plastica C 50 N Tronco conico 35 Min 6 mm Plastica e gomma semirigide D 50 N Conico 30 Min 6 mm Gomme dure, plastica DO 50 N 0 12,5 N 00 3,924 N Semisfera 3/32 pollici Semisfera 3/32 pollici Semisfera 3/32 pollici Min 6 mm Min 6 mm Min 6 mm Tessili Gomme morbide Tessuti, gomme espanse 000 Geli, gomme espanse 8

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10 Scala IRHD Forza applicata Penetratore Spessore provini Range utilizzo IRHD N 8,3 N +-1,5 Sferico 2,5 mm 8-10 mm IRHD L 8,3 N +-1,5 Sferico 5 mm mm IRHD H 8,3 N +-1,5 Sferico 1 mm 8-10 mm Micro IRHD 235 mn Sferico 0,4 mm 1-5 mm

11 In questa sede ci occuperemo di: IRHD MicroIRHD Shore A In particolare delle peculiarità della IRHD e MicroIRHD, che stanno sempre più diventando mezzi di valutazione rapidi ed efficaci nel controllo qualità dei manufatti in 11 gomma.

12 DUROMETRO IRHD: CARATTERISTICHE Applicazione di una forza in modo costante. Penetratore di tipo sferico. Prova NON DISTRUTTIVA, non c è indentazione del materiale analizzato. Esecuzione prova in due successive fasi: PRIMA FASE: contatto della sfera con il campione sotto la sollecitazione di un Precarico (0.29 N); Dopo 5 secondi azzeramento della penetrazione nel provino. SECONDA FASE: Applicazione del Carico (5.4 N) e lettura della penetrazione dopo 30 secondi. La durezza è calcolata in base alla corsa del penetratore da 0 a 1.8 mm secondo una scala di durezza non lineare che va da 100 (penetrazione nulla) a 30 IRHD (penetrazione 1.8 mm). Nella misurazione microirhd l affondamento è di 0,3 mm anziché 1,8 mm. 12

13 DUROMETRO IRHD IRHD precarico IRHD applicazione carico 30 secondi 13

14 DUROMETRO IRHD La curva di rilassamento della durezza è approssimata dall equazione: H(t) = H(1s) + a Log(t) Dove: H(t) è la durezza t secondi dopo l applicazione del carico H(1s) è la durezza misurata dopo 1 secondo dall applicazione del carico a Log(t) è il coefficiente di diminuzione della durezza nel tempo (negativo). Nel seguito, per semplicità, nomineremo a come coefficiente di rilassamento della durezza. 14

15 DUROMETRO IRHD Se nella rappresentazione della curva di rilassamento l asse dei tempi è espresso in forma logaritmica invece che lineare, l equazione precedente è rappresentata da una retta di cui a è il coefficiente angolare. La correttezza del modello nel rappresentare la curva di rilassamento della durezza è testimoniata dal coefficiente di correlazione r2 che assume sempre valori molto vicini ad 1. 15

16 DUROMETRO IRHD 16

17 DUROMETRO SHORE: CARATTERISTICHE Penetratore tronco-conico di diam mm e corsa 2.5 mm Molla calibrata che esercita una forza di penetrazione proporzionale alla corsa del penetratore. Spostamento del penetratore rapportato ad una scala di durezza che va da 0 a 100 punti Shore A. Forza di accostamento al provino di 1 kg Lettura della durezza dopo secondi. Spessore del campione di almeno 6 mm Prova distruttiva, indentazione del materiale 17

18 DUROMETRO SHORE 18

19 DUROMETRO SHORE: POSSIBILE CORRELAZIONE IRHD E SHORE Tra le due misurazioni esiste una correlazione, molto approssimativa (1) e dipendente in larga misura dalla natura e formulazione della mescola, che può essere riassunta dalla seguente formula: IRHD circa= SHORE A+ 4 A sostegno di ciò riportiamo alcune prove di confronto effettuate su polimeri e formulazioni diverse Compound SHORE A 3 secondi IRHD NR EPDM

20 DUROMETRO SHORE Fattori che influenzano gli esiti della prova: SPESSORE dei provini; DURATA della prova; TEMPERATURA. 20

21 DUROMETRO SHORE 21

22 SHORE: PRO E CONTRO L UTILIZZO DELLE DUE SCALE PRO CONTRO Facilità di esecuzione Prova distruttiva, indentazione provino Strumento portatile Risultati dipendenti dal tempo di esecuzione della prova Non in grado di discernere accuratamente gradi diversi di vulcanizzazione Mancata scomposizione delle componenti elastiche e viscose 22

23 IRHD: PRO E CONTRO L UTILIZZO DELLE DUE SCALE PRO Risultati più attendibili, non dipendenti dal tempo di esecuzione prova Gradi diversi di vulcanizzazione, ad esempio diverse impronte stesso stampo, sono evidenziati Scomposizione delle componenti elastiche e viscose CONTRO Prova più lunga, 40 secondi circa Strumentazione da banco 23

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26 CORRELAZIONE GRADO DI VULCANIZZAZIONE E PROPRIETÀ DEI MANUFATTI 26

27 CONCLUSIONI FINALI La prova di IRHD, ed in particolare MicroIRHD, è in grado di fornire dati significativi sul grado di vulcanizzazione dei manufatti, permettendo di valutarli in tempi decisamente più rapidi rispetto a prove più impegnative quali il COMPRESSION SET. 27

28 CONTATTI Telefonicamente 011/ Fax 011/ Via mail info e prove info@plastlab.it formazioneformazione@plastlab.it Sito web Iscrizione alla newsletter Social «Plastlab scarl» Bibliografia Understanding the IRHD and Shore Methods used in Rubber Hardness Testing- Presented at meeting of Rubber Division, America Chemical Society, Orlando (Florida), September 21-24, 1999 Ing. Mauro Belloni- GIBITRE INSTRUMENTS, Industria della Gomma-Elastica, Aprile 2000 Ringraziamenti Si ringrazia la GIBITRE INSTRUMENTS, Ing. Mauro Belloni, per l utilizzo delle immagini. LABORATORI PLASTLAB ANALISI, FORMAZIONE, RICERCA per le materie plastiche, verniciate, metalliche, gomma e lavorazioni laser