IL GRADO MARTENS

SCOPO:determinare la temperatura alla quale il provino subisce una deflessione di 6mm con un carico di 0.650 kg applicato ad una distanza Lp variabile.I valori ottenuti con questo procedimento possono servire a fare previsioni sul comportamento delle materie plastiche a temperature elevate ,limitatamente però a quelle applicazioni nelle quali i fattori.modo di applicazione del carico,sollecitazione,tempo,temperatura,siano uguali a quelli specificati nella presente unificazione.

CENNI TEORICI:

Le prove termiche sono direttamente correlate alla temperatura che influenza a volte sia le proprietà meccaniche che quelle elettriche.

Temperature molto basse aumentano la rigidità e spesso la fragilità,aumenta la resistenza a flessione,a trazione e il modulo di elasticità.Diminuisce invece l'allungamento.Per quanto riguarda i metodi di prova delle proprietà termiche si procede sottoponendo i provini a determinazioni meccaniche in ambiente termicamente controllato.

Le deformazioni a caldo sotto carico vengono osservate con metodi di prova diversi a sceonda della norma UNI di riferimento.

I valori caratteristici per le materie plastiche sono confrontabili soltanto se sono stati rilevati secondo lo stesso metodo.

Influiscono inoltre al tipo di azione della temperatura,la forma del manufatto di materiale plastico e le condizioni di produzione.In nessun caso quindi un valore caratteristico ottenuto secondo un metodo può essere convertito in un valore caratteristico secondo altri metodi poichè i tipi di sollecitazione in gioco sono diversi.

Questi metodi di prova vengono per lo più usati per il controllo di masse da stamgio, ma anche per la valutazione di manufatti o superfici piane dalle quali possono essere ricavate le provette prescritte per le prove.Il valore ottenuto offre la temperatura sino alla quale una provetta mantiene la sua forma sotto determinate sollecitazioni alla flessione.

Il metodo di prova è stato sviluppato per masse da stamgio a compressione ed è perciò utilizzabile soltanto per materiali plastici rigidi/duri ma in nessun caso per materiali plastici viscosi ed elastomeri.

Il metodo Martens che consiste nel determinare la temperatura alla quale il provino subisce una deflessione di 6mm con un carico di 0,650 kg,in base alle dimensioni della provetta deve essere calcolata la distanza Lp in cm tra il centro di gravità del peso Pp spostabile e l'asse longitudinale della provetta secondo la seguente formula:

Lp = 50/6 x ( bh^2 ) / Pp - [( Pp x La )] / Pp

Dove:

b=larghezza in cm della provetta

h=spessore in cm della provetta

Pp=valore in Kg del carico applicato

Pb=peso in Kg del braccio della levae del morsetto di fissaggio superiore

Lh=distanza in cm tra il centro di gravità del braccio della leva e l'asse longitudinale della provetta

Pa=peso in Kg dell'indice

La=distanza in cm tra l'asse longitudinale dell'eventuale indice e l'asse longitudinale delle provette.

La formula riportata qui sopra è usata solo per provette termoindurenti e avendo noi effettuato prove su provette termoplastiche viene riportata come semplice nozione aggiuntiva.

Analizzando la prova da un punto di vista meccanico si nota che la provetta viene sollecitata come una trave sottoposta a flessione.

il momento flettente aumenta nei tratti A e B fino a raggiungere il valore massimo, che rimane costante per tutta la lunghezza della provetta, è indipendente dalla lunghezza del tratto L.

La sollecitazione a flessione a cui si sottopongono queste provette è di 50 kg/cm^2,pertanto:

M / W = 50 Kg/cm^2

Il modulo di resistenza W della provetta, espresso in cm^2  è:

W = 1 / 6 bh^2

Poichè il momento flettente M esercitato sulla provetta è dato da:

M = ( Pp x Lp ) + ( Pb x Lh ) + ( Pa x La )

La distanza Lp in cm è data da:

Lp = 50 / 6 x ( bh^2 ) / Pp - [( Pb x Lh ) + ( Pa x La )]/ Pp

APPARECCHIATURA UTILIZZATA: L'apparecchiatura per l'esecuzione della prova comprende:

1-Una cella di riscaldamento a ventilazione forzata in cui un apposito regolatore consente di far aumentare la temperatura di 50 +/- 1°C, entro il campo da 20°C a 250°C.

2-Due termometri che permettano la lettura della temperatura con un approsimazione di 1°C,posti in prossimità delle due estremità delle provette.

3-Una dispositivo di fissaggio delle provette.

4-Un'apparecchiatura di segnalazione luminosa e acustica per indicare il momento esatto in cui la leva si è abbassata della misura prescritta.

PROVETTE:

Vengon stampate mediante stamgio ad iniezione,stamgio a compressione oppure ricavate mediante lavorazione meccanica con seghe da semilavorati oppure manufatti stampati .Le superfici devono essere esenti da punti difettosi.Non sono pretrattate.Le dimensioni sono unificate e riportate nella seguente tabella,è riportato anche il peso da utilizzare in relazione alla provetta. Avendo i nostri provini uno spessore inferiore a quello unificato ne abbiamo incollati due insieme raggiungendo degli spessori di circa 12 mm.

TIPO DELLA PROVETTA PESO Pp (Kg)

Normale (120x15x12) mm 0.650

Ridotta (60x15x4) mm 0.200

PROCEDIMENTO:

Ogni determinazione deve essere effetuata contemporaneamente su tre provette;la sollecitazione di flessione a cui si sottopone la provetta è di provetta è di 50 Kg/cm^2.

Prima di eseguire la prova si controllano le dimensioni delle provette rilevandole in corrispondenza della mezzeria delle provette stesse con la precisione di 0,1 mm.

Per ogni provetta viene utilizzato il corrispondente peso Pp posto sul braccio della leva del dispositivo di fissaggio alla distanza Lp.

Ogni provetta viene inserita nei due morsetti del dispositivo di fissaggio,che si trova in un primo tempo all'esterno del termostato,in modo tale che al superficie più larga della provetta, larga cioè 15 mm,appoggi sugli appositi supporti.Le provette devono risultare in posizione verticale ed i bracci delle leve in posizione orizzontale.

Il dispositivo di fissaggio con le tre provette viene introdotto nel termostato a 20 +/- 2°C ed i dispositivi indicatori sono portati a zero.Vengono anche regolati i contatti degli apparecchi di segnalazione luminosi e acustici in posizione tale da indicare un abbassamento di 6 mm del braccio della leva.

Viene collegato ed acceso il termostato.

La cella di riscaldamento viene regolata in maniera che la temperatura aumenti gradualmente di 50 +/- 1°C all'ora.

Appena il braccio della leva si è abbassato di 6 mm in seguito all'azione del calore sulla provetta,sarà letta la temperatura.Se si verificasse un incoveneniente visibile sulle provette,la prova dovrà essere ripetuta o scartata.

In caso di prove successive il termostato dovrà essere raffrreddato a 20 +/- 2°C prima di introdurre nuove provette.

RISULTATI:

Le seguenti prove sono state effetuate su provini di polistirolo,ed è stato mantenuto costante il peso Pp pari a 0,650 Kg mentre è stato variato il braccio Lp.

1° Prova:

Dimensione della provetta (mm) Temperatura (°C)

120.10x15.10x12.20 83.2

120.10x15.10x12.25 84.3

120.10x15.10x12.45 77.4*

Tmedio=83.75°C

2° Prova:

Dimensione della provetta (mm) Temperatura (°C)

120.15x15.05x12.45 80.3

120.05x15.10x12.30 77.5

120.15x15.05x12.30 79.2

Tmedio=79°C

3° Prova:

Dimensione della provetta (mm) Temperatura (°C)

120.00x15.05x12.25 73.3

120.05x15.10x12.30 57.5*

120.15x15.05x12.30 76.4

Tmedio=74.85°C

4° Prova:

Dimensione della provetta (mm) Temperatura (°C)

120.10x15.10x12.25 69.4*

120.10x15.10x12.25 63.6

120.05x15.10x12.30 64.8

Tmedio=64.2°C

Analizzando i dati ottenuti,variando il braccio Lp,ci si accorge che il braccio e al temperatura sono inversamente proporzionali,si nota infatti che all'aumentare del braccio diminuisce la temperatura.Alcuni valori (*) non sono stati utilizzati in quanto troppo distanti dalla media delle altre misure.

5°Prova:

Sono stati lasciati tre provini in acqua alla temperatura di 23°C per il tempo di quattro settimane.Eseguendo poi la medesima prova con questi provini e con il braccio pari a 70 mm abbiamo notato che:

Prima:

Dimensione della provetta (mm) Peso (Kg)

120.10x15.10x12.30 21.980

120.15x15.15x12.25 21.980

120.10x15.10x12.35 22.160

Dopo:

Dimensione della provetta (mm) Peso (Kg) Temperatura(°C)

120.10x15.10x12.30 21.980 81.5

120.10x15.15x12.25 21.980 81.5

120.10x15.10x12.35 22.160 73.5*

Tmedio=81.5°C

Anche in questo caso un valore è risultato inesatto,i motivi sono gli stessi delle considerazioni precedenti.Analizzando gli altri due valori ci si accorge che a parità di peso e di braccio le temperature dei provini immersi in acqua sono maggiori rispetto a quelli in condizioni normali.Questo significa che l'aumento iniziale della temperatura è utilizzato per asciugare il provino e non per riscaldarlo,infatti al loro interno si è venuta a formare deel' umidità.

6° Prova:

L'ultima prova è stata eseguita sui provini termoindurenti che raggiungono temperature maggiori come si può notare dalla seguente tabella.

Dimensione della provetta (mm) Temperatura (°C)

119.50x14.95x10.30 150.7

119.50x14.85x10.05 160.5

119.60x14.90x10.20 150.4

Tmedio=153.9°C

Le differenze tra le temperature sono dovute agli stessi fattori che interessavano i provini termoplastici ed inoltre la struttura reticolata dei termoindurenti si piega più difficilmente.

CONCLUSIONI:

La stabilità dimensionale termica secondo Martens corrisponde alla temperatura in °C che viene raggiunta quando la leva di carico si è abbassata di 6 mm.I valori calcolati si discostano spesso fra di loro perchè molte volte le condizioni di riscaldamento delle provette non concordano (grande influenza della velocità di flusso dell'aria circolante).Le variazioni di temperatura possono essere dovute alla caratteristiche di stamgio del pezzo,a strutture interne leggermente diverse e a una distribuzione disomogenea della colla tra le due parti del provino.I valori ottenuti con questo procedimento possono servire a fare previsioni sul comportamento delle materie plastiche a temperature elevate,limitatamente però a quelle applicazioni nelle quali nelle quali i fattori(modo di applicazione del carico,sollecitazione,tempo,temperatura)siano uguali a quelli specificati nella prova da noi eseguita.