Temperatura di rammollimento a flessione secondo ASTM D648 e ISO 75
I materiali termoplastici perdono la loro rigidità e durezza quando sottoposti alle alte temperature. La temperatura di rammollimento a flessione (heat deflection temperature -HDT-, detta anche heat distortion t), descrive la temperatura alla quale un materiale plastico inizia a deformarsi sotto un carico predeterminato. Questo valore viene utilizzato nelle prove sui materiali per valutare la resistenza termica di un materiale. L'HDT si misura sottoponendo un provino definito a una temperatura crescente con un carico costante in un processo di flessione a 3 punti fino a raggiungere una deflessione definita.
Le norme ASTM D648 e ISO 75 descrivono la procedura di prova e regolano i requisiti per la configurazione e le condizioni di prova, come il carico, la geometria del provino e la velocità di riscaldamento, al fine di ottenere risultati comparabili a livello internazionale.
Un altro metodo rapido e semplice per determinare la temperatura di rammollimento a flessione delle materie plastiche (oltre ai metodi relativamente complessi come la calorimetria differenziale a scansione DSC o l'analisi dinamico meccanica DMA) è la temperatura di rammollimento Vicat VST secondo ISO 306 o ASTM D1525.
Obiettivo & applicazioni Normative di riferimento Provini Video Sequenza di prova Condizioni di prova ISO vs. ASTMStrumento per il rammollimento a deflessioneDownload Richiedi una consulenza FAQ
Perché è importante l’HDT e in quale ambito viene indagata
La temperatura di rammollimento a flessione è un valore puramente comparativo utilizzato per diversi scopi. Nel controllo qualità, aiuta a rilevare le deviazioni nella qualità del materiale durante la produzione. Come valore comparativo relativo, è importante per la selezione delle materie plastiche per applicazioni con carichi termici, ad esempio nel settore automobilistico, nelle applicazioni elettriche o nell'edilizia. Fornisce a sviluppatori e ingegneri informazioni sull'idoneità di un materiale per una determinata applicazione senza perdita di stabilità dimensionale. Con un valore HDT elevato il materiale rimane affidabile anche a temperature e carichi elevati. Tuttavia, i risultati non forniscono informazioni sulla temperatura massima di utilizzo del prodotto finito!
Temperatura di rammollimento a flessione - normative di riferimento
La norma ISO 75-1 descrive il metodo di prova generale per la determinazione della temperatura di rammollimento a flessione sotto carico. In tutte le parti della ISO 75, per la prova è ammessa solo la disposizione piana del campione.
La norma ISO 75-2 contiene requisiti specifici per le materie plastiche (comprese le materie plastiche caricate e le materie plastiche fibrorinforzate con fibre di lunghezza fino a 7,5 mm per la lavorazione) e l'ebanite. Sono descritti tre metodi di prova con diversi valori di sollecitazione di flessione costante all'inizio della prova:
- Metodo A: sollecitazione di flessione = 1,80 MPa
- Metodo B: sollecitazione di flessione = 0,45 MPa
- Metodo C: sollecitazione di flessione = 8,00 MPa
Il metodo può essere scelto liberamente, anche se si consiglia un carico iniziale più elevato per i campioni più rigidi. A seconda della sollecitazione di flessione applicata, i risultati variano notevolmente. Pertanto, lo stato di sollecitazione deve essere indicato con i risultati. Le misure hanno dimostrato che l'HDT di un campione in polipropilene aumenta da 57 °C a 99 °C a seconda che si utilizzi il Metodo A (1,8 MPa) o il Metodo B (0,45 MPa).
La norma ISO 75-3 contiene requisiti specifici per la determinazione della temperatura di rammollimento a flessione dei laminati termoindurenti ad alta resistenza e materie plastiche rinforzate con fibre lunghe (con lunghezza superiore a 7,5 mm prima della lavorazione). La sollecitazione di flessione viene calcolata come frazione (1/1000) del modulo di flessione del materiale testato a temperatura ambiente.
ASTM D648 contiene il metodo di prova standard per la temperatura di rammollimento a flessione delle materie plastiche sotto carico di flessione in posizione di taglio del campione. Esistono due metodi di prova basati sulla spaziatura (distanza delle linee di contatto tra il campione e i supporti):
- Metodo A: 101,6 ± 0,5 mm
- Metodo B: 100,0 ± 0,5 mm
Indipendentemente dal metodo, deve essere applicata una sollecitazione di flessione costante di 0,455 MPa o 1,82 MPa.
Provini secondo ASTM D648 e ISO 75
Per i test sui materiali, i campioni vengono normalmente realizzati mediante stampaggio a iniezione in determinate condizioni. In questo modo i risultati sono altamente riproducibili.
Anche la lavorazione meccanica di parti o piastre, ad esempio per testare tubi o componenti automobilistici, è consentita in base alle norme ISO 75 e ASTM D648. Quando si prelevano campioni anisotropi da piastre, è importante assicurarsi che siano ricavati sia in direzione longitudinale che trasversale per rilevare le differenze direzionali.
I requisiti dei campioni secondo ISO 75 e ASTM D648 sono elencati nella tabella seguente:
| Provini: | ISO 75-1 e ISO 75-2 | ASTM D648 |
|---|---|---|
| Allineamento | Posizione piana | Posizione di taglio |
| Stampaggio a iniezione | Lunghezza: 80 ± 2,0 mm Larghezza: 10 ± 0,2 mm Spessore: 4 ± 0,2 mm | Lunghezza min: distanza tra i supporti +12,7 mm Larghezza: 3-13 mm Spessore: 12,7 ± 0,5 mm |
| Da piastre/componenti | Spessore: 3-13 mm; preferibile 4-6 mm | Spessore: 3 mm o più spesso |
| Quantità | Almeno due provini* | Almeno due provini |
I provini sono allineati a coppie con i lati opposti (sui quali viene applicato il carico) rispetto al bordo di carico.
Video: Temperatura di rammollimento a flessione secondo ISO 75 e ASTM D648
Il video presenta la procedura di prova per la determinazione della temperatura di rammollimento a flessione secondo ISO 75 e ASTM D648 e della temperatura di rammollimento Vicat secondo ISO 306 e ASTM D1525, utilizzando lo strumento di deflessione termica Amsler All-round e il nostro software di prova testXpert.
Procedura e requisiti di prova secondo ISO 75 e ASTM D648
Per la temperatura di rammollimento a flessione, la perdita di rigidità viene misurata utilizzando un metodo di flessione a tre punti. A tal fine, un campione viene posizionato sui supporti in posizione piana (ISO 75) o verticale (ASTM D648). Il pistone di carico HDT può essere montato utilizzando uno strumento di centratura. In questo modo si garantisce il parallelismo tra il punzone di flessione e i supporti e si evitano errori dovuti al disallineamento.
Il peso da utilizzare deve essere calcolato in base alle norme. Questa operazione viene eseguita sia secondo ISO 75 che ASTM D648 e può essere eseguita nel software di prova testXpert. I parametri principali sono le dimensioni dei campioni, la distanza tra i supporti e la sollecitazione da applicare in base al metodo di prova scelto.
Dopo aver raggiunto la temperatura iniziale richiesta (ISO 75 >27 °C, ASTM D648 temperatura ambiente), il dispositivo viene calato nel recipiente di olio riscaldato e i campioni vengono caricati con i pesi, la prova viene avviata con un tempo di attesa di 5 minuti. Il tempo di attesa di 5 minuti viene impostato per compensare parzialmente lo scorrimento (che alcuni materiali presentano quando sono sottoposti alla sollecitazione di flessione specificata).
Viene quindi registrata la distanza iniziale del creep, si azzera la deflessione e si aumenta la temperatura a una velocità di riscaldamento uniforme di 120 ± 10 °C/h secondo ISO 75 o di 2 ± 0,2 °C/min (≙ 120 ± 12 °C/h) secondo ASTM fino a raggiungere la deflessione standard.
Il risultato della prova HDT è la temperatura alla quale è stata raggiunta una deflessione di 0,25 mm (ASTM) o una deformazione a flessione dello 0,20 % (ISO).
La tabella seguente mostra un confronto tra i parametri più importanti della ISO 75 (parti 1 e 2) e della ASTM D648.
Requisiti di prova per ASTM D648 vs ISO 75
| ISO 75-1, ISO 75-2 | ASTM D648 | ||
|---|---|---|---|
| Dispositivo di prova | Raggio supporto | 3 ± 0,2 mm | 3 ± 0,2 mm |
| Distanza supporto | 64 ± 1 mm | Metodo A: 101,6 ± 0.5 mm Metodo B: 100,0 ± 0,5 mm | |
| Resistenza a flessione: | Metodo A: 1,80 MPa Metodo B: 0,45 MPa Metodo C: 8,00 MPa | 1,82 MPa 0,455 MPa | |
| Temperatura | Temperatura di avvio | < 27 °C | Temperatura ambiente |
| Velocità aumento temperatura | 120 ± 10 °C/h 12 ± 1 °C/6 min | 2 ± 0,2 °C/min 10 ± 1 °C/5 min ≙120 ± 12 °C/h | |
| Posizione termometro | Non più di 12,5 mm dal centro del provino | Non più di 10 mm dal provino , senza toccarlo | |
| Risultato | Deflessione standard | 0,20 % | 0,25 mm |
| Ripetibilità | se i singoli risultati si discostano di oltre 2 °C per le plastiche amorfe o l'ebanite o di oltre 5 °C per i materiali semicristallini | – |
Strumento di deflessione termica secondo ISO 75 e ASTM D648
Con lo strumento di deflessione termica Amsler Allround 6-300, ZwickRoell dispone di un dispositivo motorizzato con una sequenza di prova completamente automatizzata per la determinazione delle temperature Vicat e di deflessione termica fino a 300 °C secondo tutti gli standard ASTM e ISO. La misurazione avanzata dello spostamento e il controllo della temperatura garantiscono risultati accurati e ripetibili. Un design facile da usare e orientato alla sicurezza senza compromessi garantisce comfort e sicurezza. L'unità è disponibile con 2, 4 o 6 stazioni di prova con avvio automatizzato del processo di raffreddamento, immersione motorizzata del campione e applicazione del carico. Lo strumento di deflessione termica può essere utilizzato autonomamente tramite il touch screen o collegato a un PC. Con il software di prova testXpert, i risultati possono essere ulteriormente analizzati.
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FAQ
La temperatura di rammollimento a flessione (Heat Deflection Temperature), detta anche heat distortion temperature, è una proprietà del materiale che descrive la temperatura alla quale un materiale plastico inizia a subire una deformazione plastica quando viene sottoposto a un carico predeterminato. Questa proprietà viene testata principalmente per i termoplastici e i termoindurenti ed è un importante indicatore della capacità di carico termico di un materiale.
ISO 75 descrive il metodo di prova generale per la determinazione della temperatura di rammollimento a flessione delle materie plastiche e definisce i requisiti per la configurazione e le condizioni di prova, quali il carico, la geometria del campione e la velocità di riscaldamento, in modo da ottenere risultati comparabili a livello internazionale. La temperatura di rammollimento a flessione fornisce informazioni sulla temperatura alla quale la plastica inizia a deformarsi in presenza di un determinato carico.
La temperatura di rammollimento a flessione ASTM D648 è un parametro del materiale che descrive la temperatura alla quale la plastica inizia a deformarsi sotto un determinato carico meccanico (sollecitazione di flessione costante di 1,82 MPa o 0,455 MPa) e un'influenza termica (aumento della temperatura a una velocità di riscaldamento uniforme di 2°C/min in un bagno d'olio). La norma ASTM D648 descrive il metodo di prova per la determinazione del valore HDT. Il valore HDT è la temperatura ad una deflessione di 0,25 mm.
Il diagramma dei risultati presenta spesso curve irregolari, come mostrato nell'immagine. Questo fenomeno è perfettamente normale ed è dovuto al comportamento della plastica stessa. Il calore rilascia tensioni interne parzialmente congelate, che fanno muovere il campione verso o contro la direzione della prova. Durante il rilascio di queste elevate tensioni residue, è possibile che venga registrato un breve spostamento di misura negativo, che causa le curve irregolari nel risultato. Tali irregolarità variano a seconda del materiale e della composizione. Tuttavia, non influiscono negativamente sul risultato, poiché le sollecitazioni interne vengono già eliminate quando si raggiunge la temperatura più elevata. L'espansione termica dei campioni non ha molta importanza. Diventa più rilevante, invece, quando si utilizzano provini larghi in posizione di taglio.
Se si esclude che le differenze nei risultati siano dovute alla geometria del provino o al materiale, un problema usuale è il corretto allineamento del bordo di carico HDT con i supporti. Un allineamento errato del bordo di carico può portare a grandi differenze nei risultati a causa delle forze trasversali. Queste forze trasversali non si verificano se il bordo di carico è allineato correttamente.
È importante utilizzare campioni preparati con la massima cura perché le irregolarità possono portare a risultati errati. Ad esempio, i campioni che presentano una sbavatura sui bordi producono risultati diversi. Questo vale soprattutto per i metodi di prova che utilizzano solo forze e pesi ridotti. In questo caso, può accadere che il provino si appoggi sulla sbavatura e il superamento di questa irregolarità viene registrato come spostamento misurato durante la prova.