ASTM D3574 Prove su schiume flessibili
La norma ASTM D3574 è un importante standard per la valutazione dei materiali cellulari flessibili, che comprende test sulle proprietà fisiche e meccaniche come la densità, la resistenza alla trazione e il comportamento alla compressione e alla fatica. ASTM D3574 è particolarmente utilizzata nella produzione di mobili, materassi e componenti automobilistici. Aiuta i produttori a garantire la qualità, il comfort e la durabilità dei loro prodotti, fornendo metodi di prova standardizzati per i test sui materiali.
Di seguito è riportata una panoramica dei test ASTM D3574 più comunemente utilizzati che richiedono l'uso di una macchina di prova universale ZwickRoell e di dispositivi di prova specifici. Per ottenere informazioni più complete, si consiglia di acquistare lo standard presso Beuth Verlag o tramite ASTM.
Panoramica di tutti i test Test A densità Test B forza di indentazione Test C forza di compressione Test E resistenza alla trazione Test F resistenza allo strappo Test H resilienza (ball rebound) Test I1-5 test di fatica Test J - L invecchiamento
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Panoramica di tutti i test ASTM D3574
ASTM D3574 include 19 prove diverse per la caratterizzazione delle schiume secondo le proprietà seguenti. Le prove segnate con * richiedo l’uso di macchine e dispositivi di prova ZwickRoell.
- Test A: Densità apparente (vedi anche ISO 845)
- Test B1: Deflessione della forza di indentazione (IFD) e B2 Base di misura residua dell’indentazione –Forza specificata (IRGL): Durezza di indentazione* (vedi anche ISO 2439)
- Test C: Deflessione della forza di compressione / Caratteristiche sforzo-deformazione in compressione* (vedi anche ISO 3386)
- Test D: Test di compressione a deflessione costante
- Test E: Resistenza alla trazione* (vedi anche ISO 1798)
- Test F: Resistenza allo strappo* (vedi anche ISO 8067)
- Test G: Test del flusso d'aria
- Test H: Test di resilienza (Rimbalzo con sfera)* (vedi anche ISO 8307, DIN 13014)
- Test I1 ... I4: Pre- e post-test delle schiume per diversi tipi di applicazione della forza. Mentre I1 è una prova statica, le prove da I2 a I4 sono eseguite come prove di fatica* (vedi anche ISO 3385: prova di fatica ad alto numero di cicli).
- Test da J a L: Test di invecchiamento* in diverse condizioni ambientali
- Test M: Tempo di recupero
- Test N: Perdita di isteresi
ASTM D3574 Test A e ISO 845
ISO 845 e ASTM D3574 test A descrivono la determinazione della densità apparente dei provini in schiuma flessibile calcolandola dalla massa e dal volume del provino; è indicata in kg/m3.
La densità apparente può essere determinata collegando una bilancia di precisione ZwickRoell al software di prova testXpert.
ASTM D3574 Test B
Per la determinazione della durezza di indentazione secondo la norma ASTM D3574, si deve fare una distinzione tra i due metodi B1 e B2:
Obiettivo, applicazioni e risultati dei metodi B1 e B2
- Test B1 ASTM D3574 Indentation Force Deflection, test IFD in cui viene misurata la forza necessaria per creare determinate indentazioni nella schiuma con una compressione specifica del 25% e del 65%. La durezza determinata è indicata come forza in Newton (nota anche come valore IFD) al 25% e al 65%.
- Test B2 ASTM D3574 Indentation Residual Gauge Length, test IRGL è indicato come base di misura residua di indentazione. Lo scopo principale di questo test è determinare lo spessore dell'imbottitura in schiuma per garantire una seduta confortevole per una persona media. L'ASTM D3574 B2 misura quindi la base di misura residua (spessore) del campione di schiuma che viene trattenuto dopo il carico con una forza definita di 4,5 N, 110 N e 220 N. I risultati sono indicati in mm come valori IRGL.
Provini secondo B1 e B2:
- Mentre la prova B1 specifica un metodo di laboratorio per misurare la durezza di indentazione su campioni standard (schiuma a blocchi), la ASTM D3574 B2 stabilisce che il prodotto finito (schiuma stampata) dovrebbe essere testato se possibile, purché ciò possa essere fatto su una superficie piana.
- Il provino standard secondo ASTM D3574 B1 viene ricavato da una sezione specifica del prodotto finito e ha dimensioni di almeno 380 mm x 380 mm x 100 mm.
Video: Durezza di indentazione secondo ASTM D3574 Test B
Test, configurazione e risultati
Per la prova è previsto un dispositivo definito nella ASTM D3574 Test B con un penetratore circolare piatto di 203 mm di diametro. Il dispositivo di compressione ZwickRoell per schiuma flessibile può essere utilizzato per prove standard secondo i metodi B1 e B2. Il prodotto finito (B1) o il provino standard (B2) viene schiacciato su un piatto 400 X 400 mm, perforato con fori di ventilazione per consentire la rapida fuoriuscita dell'aria durante la prova.
Durante il test, viene misurato, in condizioni definite con precisione e visualizzato in un grafico forza-spostamento indentazione, il comportamento di deformazione della schiuma flessibile. La prova prevede cicli di precarico per il condizionamento del provino, seguiti da un ciclo di misurazione in cui vengono determinati i valori caratteristici.
La durezza da indentazione viene descritta anche nelle norme ISO 2439 e DIN 53579-1, oltre che in una serie di metodi di prova specifici per l'industria automobilistica. Anche per questi test, ZwickRoell ha a disposizione i dispositivi di prova adatti.
ASTM D3574 test C
ASTM D3574 Test C descrive la prova di deflessione della forza di compressione su schiume flessibili per la determinazione delle proprietà di compressione. Questa prova misura la forza necessaria per ottenere una compressione del 50% sull'intera superficie dei campioni di schiuma.
Provini secondo ASTM D3574 test C:
- Il provino standard raccomandato secondo la norma ASTM D3574 test C ha una dimensione minima di 50 x 50 x 25 mm. Sono preferibili campioni più grandi. La superficie deve essere di almeno 2500 mm2 e avere uno spessore minimo di 20 mm.
Video: Test di durezza in compressione secondo ASTM D3574 Test C
Test, configurazione e risultati
- ASTM D3574 Test C descrive lo sforzo a compressione dell'intera superficie del provino. I piatti di compressione devono quindi essere più grandi del provino da testare. Le schiume a cellule chiuse richiedono fori di ventilazione di 6,5 mm nei piatti di compressione.
- La prova prevede 2 cicli di precarico dal 75% all'80% dello spessore originale, seguiti da un ciclo di misurazione in cui il provino viene schiacciato al 50% del suo spessore. L'altezza iniziale, importante per il risultato della prova, viene determinata direttamente prima del ciclo di misurazione (nel caso della norma ISO 3386, prima del primo ciclo di precarico).
- Il risultato è lo spessore del provino in mm dopo il ciclo di misurazione e la forza di compressione CFD in kilopascal. Viene indicato anche come capacità di carico, caratteristica di sforzo-deformazione in compressione, prova CFD (Compression Force Deflection) o CLD (Compression Load Deflection).
La durezza a compressione è descritta anche nella norma ISO 3386, oltre che in una serie di metodi di prova specifici per l'industria automobilistica, ma ne differisce in termini di contenuto tecnico. I risultati non possono essere confrontati direttamente tra i due metodi.
ASTM D3574 Test C - Requisiti particolari della tecnologia di prova
La misurazione delle curve sforzo a compressione-deformazione secondo la norma ASTM D3574 test C presenta una serie di requisiti speciali per la tecnologia di prova.
- Correzione della deformazione della macchina: il telaio di carico e il sensore di forza presentano una deformazione intrinseca sotto carico. Ciò significa che la distanza del piatto di compressione è effettivamente maggiore di quella specificata. Questa deformazione intrinseca viene registrata dal software di prova ZwickRoell testXpert e utilizzata per la correzione che, per garantire la corretta distanza del piatto di compressione durante i tempi di mantenimento, deve avvenire online mentre il test è in corso.
- Le funzionalità speciali del software comprendono la registrazione e il calcolo dello spessore del provino, il precalcolo delle compressioni percentuali, la gestione di due punti di zero del percorso e di due spessori del provino (se necessario), il calcolo conforme agli standard dei risultati e il reporting.
ASTM D3574 Test E Resistenza alla trazione
La prova E della norma ASTM D3574 determina l'effetto di una forza di trazione sul materiale espanso. Oltre a registrare un diagramma sforzo-deformazione, l'attenzione si concentra sulla determinazione dei valori massimi di resistenza alla trazione e di deformazione a rottura. Questo metodo è usato per comparare materiali nel controllo qualità.
Anche la norma ISO 1798 tratta la prova di trazione su schiuma flessibile, ma differisce nel contenuto tecnico, per questo i risultati non possono essere direttamente confrontati tra i due metodi.
Provini secondo ASTM D3574 Test E
I provini, a forma di dumbbell (provino spallato), vengono normalmente ricavati da pezzi finiti o da una lamiera. Devono essere punzonati con un penetratore esattamente come definito nella norma. Il punzone deve essere affilato e privo di intagli per evitare che il provino presenti bordi lacerati. Il provino consigliato corrisponde al provino spallalo tipo A secondo ASTM D412 con una lunghezza di 140 mm e uno spessore da 3 a 14 mm. ZwickRoell offre presse da taglio con coltelli standardizzati.
Test e requisiti della macchina di prova
- Il dispositivo per le prove di trazione deve essere dotato di una cella di carico per misurare la forza massima applicata. (Immagine zwickiLine)
- Per afferrare i provini spallati si possono usare sia gli afferraggi a vite con inserti a guancetta piatta, sia gli afferraggi pneumatici. Questi ultimi esercitano una pressione uniforme sulle superfici di serraggio, che aumenta con l'aumentare della tensione per evitare che il provino scivoli. (Immagine afferraggio)
- L'allungamento può essere misurato con estensimetri con braccetto o estensimetri non a contatto, oppure tramite la corsa della traversa. Gli estensimetri clip-on, agganciati al provino, non sono generalmente adatti alla schiuma flessibile. Per misurare la deformazione a rottura, ZwickRoell offre estensimetri meccanici e ottici longstroke, i quali registrano l'estensione del provino nella base di misura definita.
ASTM D3574 Test F Resistenza allo strappo
La prova F della norma ASTM D3574 descrive la determinazione della resistenza allo strappo di un materiale in schiuma pre-danneggiato.
I provini che corrispondono alla prova F della ASTM D3574 sono di tipo A con dimensioni di 152,4 millimetri (6") x 25,4 millimetri (1") x 25,4 millimetri (1") in cui viene effettuato un taglio di 40 millimetri (1,5") lungo il campione (campione a pantalone).
La norma ISO 8067 tratta lo stesso argomento, ma differisce per il tipo di provino, per cui i risultati non possono essere confrontati direttamente. Mentre la prova F dell'ASTM D3574 consente solo l'uso di provini di tipo A, l'ISO consente l'uso di provini angolari standardizzati. Nei test interlaboratorio, il metodo A (provino a pantalone) ha avuto una dispersione fino al 36% e con il metodo B secondo ISO 8067 (provino angolare) fino al 12%.
Il test di resistenza allo strappo può essere eseguito con una macchina di prova elettromeccanica zwickiLine. Essendo le forze relativamente basse, può essere utilizzata una cella di carico con accuratezza di misurazione Classe 1. La misurazione dello spostamento non è necessaria, poiché la resistenza allo strappo viene calcolata in base alla forza massima misurata durante la prova e allo spessore medio del provino: resistenza allo strappo:N/m = F/T x 10³
Il software di prova testXpert controlla la sequenza del test e valuta la resistenza dello strappo secondo la normativa.
ASTM D3574 Test H e ISO 8307 Resilienza al rimbalzo
Nel test H ASTM D3574, la resilienza al rimbalzo viene misurata facendo cadere una sfera d'acciaio su un campione di schiuma e misurando l'altezza del rimbalzo. Il test H della norma ASTM D3574 è identico a quello della norma ISO 8307.
Il pendolo a rimbalzo con sfera ZwickRoell soddisfa i requisiti della norma ed è costituito da un tubo di plastica verticale e trasparente in cui è possibile far cadere una sfera d'acciaio con un diametro di 16 mm / 16,3 g da un'altezza di 500 mm. L'altezza di rimbalzo viene misurata con una barriera fotoelettrica. I risultati vengono valutati automaticamente.
ASTM D3574 test J, K, L prove di invecchiamento
Le prove J, K e L della ASTM D3574 descrivono diversi tipi di test di invecchiamento accelerato, che analizzano gli effetti dell'ossidazione e/o dell'idrolisi sulle proprietà meccaniche della schiuma.
- Prova di invecchiamento J: effetto dell'invecchiamento in autoclave a vapore (vedere anche ISO 2440).
- Prova di invecchiamento K: effetto dell'invecchiamento a caldo in un forno a circolazione d'aria (vedere anche ISO 2439).
- Prova di invecchiamento L: effetto dell'invecchiamento a calore umido in una camera a temperatura (senza equivalente ISO).
Il principio di questo metodo può essere applicato a molte proprietà. In primo luogo, i test vengono effettuati senza aver eseguito alcun trattamento ai provini, come descritto in precedenza. Poi si ripetono allo stato invecchiato, ad esempio dopo l'invecchiamento termico (7 giorni a 140 °C) o dopo l'invecchiamento per idrolisi (5 ore a 120 °C).
Il calore può essere usato selettivamente per l'invecchiamento. L'equazione di Arrhenius descrive l'accelerazione delle reazioni chimiche nel tempo. Secondo la regola di van't Hoff, la velocità delle reazioni chimiche raddoppia per ogni aumento di 10 °C della temperatura.
ASTM D3574 Test I Test di fatica
Le prove da I1 a I5 della ASTM D3574 descrivono cinque metodi di prove a fatica a carico costante sulle schiume:
- Test I1: prova statica a deflessione costante
- Test I2: prova di fatica dinamica, taglio del rullo a forza costante
- Test I3: prova di fatica dinamica, martellamento a forza costante (equivalente alla ISO 3385 )
- Test I4: prova di fatica dinamica, cuscino di moquette
- Test I5: prova di fatica dinamica, martellamento a deflessione costante
Obiettivo e scopo della prova di fatica secondo ASTM D3574 prova I3
L'obiettivo della prova di fatica (prova di martellamento a carico costante) secondo ASTM D3574 I3 è la determinazione del comportamento/invecchiamento a lungo termine di un materiale in schiuma attraverso un carico meccanico costante. La prova può simulare, ad esempio, il carico applicato alla seduta del veicolo durante un viaggio.
Eseguire una prova di fatica secondo ASTM D3574 I3
Il test completo è suddiviso in tre fasi:
- Fase 1: misurazione iniziale: determinazione della durezza dell'indentazione secondo la ASTM D3574 prova B1 valore IFD al 40% di compressione (o ISO 2439, metodo A) e determinazione dell'altezza iniziale (d1) dopo il precarico con 4,5 N +/- 0,5N.
- Fase 2: prova di fatica mediante applicazione di un carico di compressione definito di 750 N +/- 20 N a una frequenza di 1,17 Hz a un provino di schiuma di 380 x 380 mm con un penetratore circolare e un piatto di compressione inferiore perforato più grande del provino.
- Il provino viene sottoposto a 8.000 cicli (circa 2 ore) secondo la procedura A, oppure a 80.000 cicli (circa 19 ore) secondo la procedura B utilizzando una macchina per prove di fatica. La procedura C prevede 12.000 cicli a una velocità ciclica più lenta (circa 20 h) ed è utilizzata soprattutto per le schiume viscoelastiche.
- Fase 3: viene ripetuta la misurazione della fase 1, prendendo l'altezza iniziale (e quindi il punto zero di compressione) dalla prima misurazione.
Il risultato è la determinazione della perdita di durezza (differenza del valore IFD in kPa) e della perdita di altezza / spessore del provino ((d1-d2)/d1 x100%).
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Macchine di prova per i test sulle schiume flessibili secondo ASTM D3574
Per le prove su schiume flessibili secondo ASTM D3574 ZwickRoell offre una gamma completa di prodotti:
- La macchina di prova universale della serie zwickiLine è adatta ai metodi di prova con provini standard secondo la norma ASTM D3574 prova B forza di indentazione, prova C forza di compressione, prova E resistenza alla trazione e prova F resistenza allo strappo ed è disponibile in quattro diverse gamme di forza (0,5/1/2,5/5 kN) e tre altezze del telaio di carico.
- La macchina di prova universale della serie ProLine consente anche i test sui componenti, l'installazione di piatti di compressione con una larghezza fino a 400 mm e permette di eseguire prove con forze più elevate.
- La nostra macchina di prova CLine è specializzata in prove su schiume stampate di grandi e piccole dimensioni. Con una Fmax di 5 kN o 10 kN e con prolunghe della base fissate con cerniere, consente anche di testare sedili (1000 x 1450 mm) e materassi (1000 x 2000 mm) con l'ausilio di un tavolo scorrevole. Ciò la rende particolarmente adatta al controllo regolare della produzione.
- La macchina di prova elettromeccanica (servoattuatore elettromeccanico), che consente un'elevata velocità di carico, può essere utilizzata per la determinazione della durezza di indentazione e a compressione, nonché per le prove di fatica grazie alla sua semplice possibilità di conversione. Con l'uso di attrezzature opzionali di retrofit, può essere utilizzata anche per prove di invecchiamento in zone climatiche particolari con l'uso di una camera a temperatura condizionata corrispondente.
