Materiali plastici con buone proprietà meccaniche

Nelle applicazioni in cui i componenti in materiale plastico sono progettati per resistere agli sforzi, le proprietà meccaniche dei polimeri giocano un ruolo fondamentale. Alcune delle caratteristiche meccaniche principali di un materiale includono:
SFRT - Strength, Formability, Rigidity, Toughness Proprietà rilevabili dal diagramma sforzo-deformazione.
  • Resistenza (S): misura della resistenza meccanica di un materiale al carico, è lo sforzo misurato in ordinata.
  • Rigidità (R): misura della resistenza di un materiale alla deformazione, è la pendenza della curva.
  • Durezza: misura della resistenza di un materiale alla deformazione sotto un carico di compressione concentrato.
  • Tenacità (T): capacità di un materiale di assorbire energia durante una sollecitazione, è l'area sottesa al grafico.

Queste proprietà possono essere studiate e confrontate tra diversi prodotti utilizzando metodi di prova standard. Per esempio, proprietà come la resistenza e la rigidità a trazione di un materiale plastico possono essere determinate secondo la norma EN ISO 527, applicando per breve tempo un carico monoassiale mediante una prova di trazione. Le tipologie di risultato e i valori comuni osservati durante questa prova sono riepilogati nel seguente grafico, a seconda del comportamento del materiale:

Tensile test Esempi di grafico sforzo-deformazione a trazione per materiali fragili, tenaci e morbidi.

Ensinger effettua test delle proprietà meccaniche su tutti i materiali semilavorati, i relativi risultati vengono forniti nelle nostre schede tecniche di prodotto. Queste informazioni consentono agli utenti di confrontare in modo diretto e affidabile le proprietà fisiche di diversi materiali per ingegneria.

In alcuni casi, comparando i dati Ensinger con quelli di altre fonti, potrebbero comparire valori apparentemente dissimili. Questo è solitamente causato da standard di prova diversi (es. ISO invece che ASTM), condizioni di prova diverse (es. diversa velocità di applicazione del carico) oppure da tipologie di provino diverse. La differenza potrebbe derivare dal fatto che la maggior parte della documentazione disponibile in letteratura riguardo ai termoplastici si basa su risultati ottenuti con provini stampati a iniezione, mentre i dati forniti nelle schede tecniche Ensinger si basano su campioni fresati da semilavorati estrusi. Il livello di cristallinità e l’orientamento delle eventuali fibre di rinforzo è diverso nei due casi, e questo comporta differenze a volte significative nei valori misurati.

Resistenza meccanica - a trazione e flessione

Resistenza a flessione e resistenza a trazione sono tra i valori più utilizzati per confrontare i materiali. I materiali plastici Ensinger con elevata resistenza alla trazione includono:

L’aggiunta di rinforzo in fibra di carbonio e di vetro nei materiali estrusi migliora solitamente la resistenza a trazione e flessione, ma l’effetto è più limitato che nei campioni prodotti con stampaggio a iniezione.

Rigidità - Modulo di elasticità a trazione e flessione

La rigidità dei materiali plastici viene espressa dal modulo elastico. Tra i prodotti Ensinger non caricati con i migliori valori di rigidità ci sono TECASINT 4111 (PI), TECAPEEK (PEEK), TECAST (PA 6 C), TECAFORM AD (POM-H), e TECAPET (PET).

Per ottenere i massimi valori del modulo di elasticità, sono disponibili numerosi materiali rinforzati con fibra di carbonio o fibra di vetro, per esempio:

Resistenza alla compressione

Resistenza alla compressione [MPa]

Compessive strentgh [MPa]
La resistenza alla compressione offre una buona indicazione delle capacità di carico a breve termine di diversi materiali plastici. Viene misurata applicando una forza crescente su campioni cilindrici o cubici fermati tra due piastre, misurando pressione e allungamento. 
 
Con i termoplastici, la proprietà di resistenza alla compressione a rottura non sempre è una misurazione rilevante, perché per molti materiali duttili il campione si deforma senza giungere a una rottura vera e propria. Ed anche una deformazione eccessiva sotto carico non è certo un fattore di successo per un'applicazione industriale. Per queste ragioni, il carico di compressione non viene solitamente indicato a rottura, ma ad un livello di deformazione fissata (solitamente 1%, 2% o 10%). È molto importante controllare le condizioni di esecuzione dei test prima di confrontare valori di resistenza alla compressione provenienti da diverse fonti!
 
L’aggiunta di cariche come fibra di carbonio o di vetro solitamente aumenta la resistenza alla compressione del polimero, ma l’effetto macroscopico è più visibile nelle prestazioni a lungo termine che in quelle a breve termine, a causa del miglioramento delle proprietà di resistenza al creep.

Prodotti compositi rinforzati con fibre:

Tenacità - Resistenza agli urti

Resistenza a trazione [MPa]
 
Strength - Stress [MPa]
La resistenza agli urti dei termoplastici si misura solitamente con le prove Charpy o Izod. Una piccolo provino rettangolare viene colpito da un pendolo ad alta velocità e viene misurata l’energia assorbita durante la rottura del campione; maggiore è il valore, migliore sarà la resistenza agli urti. In caso di campioni che non si rompono perché fatti in materiali plastici con elevata resistenza gli urti e che quindi non forniscono valori utili, il test viene ripetuto con un intaglio sul campione, per facilitare la rottura ed ottenere informazioni in condizioni più severe.


I materiali plastici con elevata resistenza agli urti sono:
 
  • TECAFINE PE

Durezza

Durezza a penetrazione di sfera [MPa]

Ball impression hardness [MPa]
La durezza superficiale si può misurare in molti modi diversi, uno dei metodi più comuni per testare i termoplastici è chiamato “durezza a penetrazione di sfera”.

Una sfera metallica di dimensioni standard viene pressata nel materiale con una forza e per un tempo ben definiti. L'impronta che ne rimane al termine permette di definire il valore di durezza del materiale testato.
Un altro metodo comune per testare la durezza viene indicato come prova di durezza Rockwell.


I materiali caricati con fibre di carbonio o di vetro mostrano la durezza superficiale più elevata, i migliori materiali con riferimento a questa proprietà sono: