Analisi del comportamento a trazione di un polipropilene caricato ...

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA
DIPARTIMENTO DI INNOVAZIONE MECCANICA E GESTIONALE
PROGETTO “PROCESS”
Modellazione e controllo della morfologia di polimeri semicristallini in
condizioni di processo
RELAZIONE
Analisi del comportamento a trazione di un polipropilene
caricato con farina di legno
Responsabile Tecnico Scientifico:
Prof. Paolo F. Bariani
Relatori:
Ing. Alberto Gava

RESOCONTO DELLE PROVE A TRAZIONE
SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE
Le prove meccaniche sono state condotte presso il Laboratorio Net Shape Forming (Dipartimento di
Innovazione Meccanica e Gestionale, Università di Padova) per studiare il comportamento a
trazione del materiale Greenwood. In particolare sono stati determinati il modulo elastico ed il
carico unitario a rottura.
NORMA DI RIFERIMENTO
Le prove a trazione sono state condotte secondo le modalità previste dalla norma UNI EN ISO 527-
2:1997. La norma specifica le condizioni di prova per determinare le proprietà a trazione di
materiali termoplastici rigidi e semirigidi. I metodi vengono applicati nell’uso di provette che
possono essere sia stampate alle dimensioni scelte, sia lavorate a macchina da lastre ottenute per
stampaggio ad iniezione o estrusione.
MATERIALE SOTTOPOSTO A PROVA
Tre composizioni differenti di legno-polimero sono state prese in considerazione. Identificazione
completa del materiale sottoposto a prova (tipo, fonte, natura, metodo di produzione, trattamenti
eventuali) è di pertinenza dell’azienda Bizeta.
Il modulo elastico ed il carico unitario a rottura sono stati determinati in due condizioni differenti di
prova:
a) a secco (atmosfera di prova a 25°C)
b) in condizioni sature (provino immerso in acqua fino a raggiungere saturazione).
TIPO DI PROVETTA
La norma 527-2 prevede l’utilizzo di provette sagomate ad asse rettilineo di tipo 1B. La lunghezza
delle zone di afferraggio (vedere dis. 1) è stata prolungata in modo da prevenire rotture o
scivolamento nei morsetti. I provini sono stati lavorati a macchina da Bizeta S.r.l.

A A
Dis. 1: dimensioni provetta 1B
SEZ A-A
ATTREZZATURA
A) Macchina di prova
Le prove a trazione sono state condotte mediante macchina di prova MTS 322-5t, disponibile presso
il laboratorio Net Shape Forming (Università di Padova). La macchina è conforme alla ISO 5893 e
soddisfa le specifiche previste dalla norma UNI EN ISO 527.
Due spine di centraggio sono vincolate agli afferraggi per orientare il provino in modo tale che il
suo asse principale coincida con la direzione della forza passante per il centro di serraggio. La
pressione di serraggio dei morsetti può essere regolata in modo da prevenire un possibile
scivolamento della provetta. L’acquisizione del carico e della relativa deformazione avviene
mediante software della MTS System Corporation, installato in un computer connesso in rete con la
macchina di prova.
B) Estensometro
Durante le prove si è fatto uso di un estensometro della MTS System Corporation, modello n°
632.53F-11. Esso è in grado di determinare la variazione di lunghezza della provetta per un tratto di
25 mm con accuratezza di misura di 0,03 mm (calcolata secondo metodo di propagazione
dell’incertezza di Kline Mc Clintock).

PROCEDIMENTO
a) Dimensioni delle provette
Al momento della prova a trazione sono stati consegnati dall’azienda Bizeta tre tipi di provini
(numerati 1,2,3), ciascuno in due condizioni differenti di prova (a secco, saturo d’acqua). In accordo
con Bizeta si è deciso di sottoporre a prova un numero di tre provette per ogni misura di modulo
elastico e carico unitario a rottura. I dati riguardanti le prove, per le quali si è prodotto uno
scivolamento dei morsetti od una rottura entro 10 mm dai morsetti, non sono stati inclusi
nell’analisi ed ulteriori provini sono stati sottoposti a prova.
Prima di cominciare l’analisi, i campioni sono stati controllati visivamente. Si è potuto verificare
come le superfici ed i bordi fossero privi di incisioni, difetti, infossature superficiali e bave. Una
mancanza di planarità (valore medio di 1,5mm) è stata riscontrata per i provini immersi in acqua.
Ciascuna provetta è stata misurata mediante calibro centesimale. Larghezza e spessore di ciascun
provino sono stati registrati in modo da accertare che fossero entro le tolleranze indicate dalla
norma 527-2. Per le provette immerse in acqua sono state riscontrate dimensioni maggiori rispetto a
quelle previste dalla normativa . Si è comunque deciso di tenere la prova a trazione anche per i
provini immersi in acqua, considerando una sezione media della provetta maggiore di quella
riconosciuta dalla normativa e confrontando i dati in termini di carico unitario (forza di trazione per
unità di area della sezione trasversale). Larghezza e spessore medio misurati vengono riportati in
tabella seguente:
Condizione di prova Larghezza media (mm) Spessore medio (mm)
A secco 10 4,01
Satura d’acqua 10,36 4,18
Tab. 1: dimensioni provette
b) Bloccaggio
Ciascuna provetta è stata posta fra i morsetti in modo tale che il suo asse longitudinale coincidesse
con la direzione di trazione della macchina di prova. Le prime prove sono state condotte con
l’obiettivo di determinare una corretta pressione di serraggio. Un valore pari a 1MPa è risultato
sufficiente ad evitare lo scivolamento dei provini durante la prova.
c) Precarico
Per evitare un precarico eccessivo durante il bloccaggio della provetta, si è deciso di chiudere il
secondo afferraggio in controllo di carico (e non di spostamento) e di verificare che il precarico

iniziale fosse inferiore al valore massimo previsto dalla normativa (10x10 -4 MPa). Dopo la chiusura
dei morsetti si sono azzerrati i valori di spostamento, carico e deformazione.
d) Regolazione dell’estensometro
Si è posizionato l’estensometro in modo tale che le asticelle di misura fossero a contatto con la
superficie della provetta e distanziate di 25 mm (lunghezza iniziale prevista dal modello di
estensometro in nostro possesso). Durante le prime prove si è collocato l’estensometro in diversi
punti della sezione a lati paralleli. Per differenti provini dello stesso materiale si è riscontrato un
tratto elastico ed un carico unitario a rottura coincidenti, ad indicare l’indipendenza dei risultati
dalla posizione dell’estensometro.
e) Velocità di prova
Per provette di tipo 1B la norma 527-2 sancisce una velocità di prova pari a 1mm/min.
f) Registrazione dei dati
Sono stati acquisiti:
- il tempo (s) fino a rottura
- il carico (N)
- la deformazione (mm/mm)
- lo spostamento della parte mobile della macchina di prova (mm).
Lo spostamento della griffa inferiore è stato acquisito con l’obiettivo di avere un controllo
immediato sul valore di deformazione calcolato dall’estensometro.
g) Data di prova
Le prove sono state condotte Mercoledì 4 e Giovedì 5 Ottobre (2006).
h) Analisi dei dati
In accordo con la norma 527-2 sono stati calcolati:
- il carico unitario a trazione
- il modulo elastico.
Vengono di seguito riportati i risultati delle singole prove (in termini di carico
unitario/deformazione), il valore medio del modulo elastico ed il valore medio del carico unitario a
rottura per i 3 provini (Tab.2).

Carico unitario (N/mm2)
Carico unitario (N/mm2)
7
6
5
4
3
2
1
Curva di flusso: materiale 1 a secco
0
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045 0,005
Deformazione (mm/mm)
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
Curva di flusso: materiale 1 immerso in acqua
0
0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009
Deformazione (mm/mm)
1A
1D
1E
1B
1D
1E

Carico unitario (N/mm2)
Carico unitario (N/mm2)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Curva di flusso: materiale 2 a secco
0
0,00E+00 1,00E-03 2,00E-03 3,00E-03 4,00E-03 5,00E-03 6,00E-03 7,00E-03
6
5
4
3
2
1
Deformazione (mm/mm)
Curva di flusso: materiale 2 immerso in acqua
0
0,00E+00 2,00E-03 4,00E-03 6,00E-03 8,00E-03 1,00E-02 1,20E-02 1,40E-02 1,60E-02 1,80E-02
Deformazione (mm/mm)
2
2A
2B
2C
2D
2E

Carico unitario (N/mm2)
Carico unitario (N/mm2)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Curva di flusso: materiale 3 a secco
0
0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008
6
5
4
3
2
1
Deformazione (mm/mm)
Curva di flusso: materiale 3 immerso in acqua
0
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014
Deformazione (mm/mm)
3A
3B
3E
3E
3F
3H

Materiale 1 Materiale 2 Materiale 3
A secco Saturo A secco Saturo A secco Saturo
E (MPa) 1630,2 757 2263 826 2007 900
σR (MPa) 5,7 3,8 8,7 4,9 8,1 4,8
Tab. 2: valori medi per il modulo elastico ed il carico unitario a rottura
Concludendo:
- sono state ricavate almeno tre curve carico unitario/deformazione per ogni materiale, così
come da accordo con Bizeta S.r.l.
- i dati riguardanti le prove, per le quali si è prodotto uno scivolamento nei morsetti od una
rottura prematura, dovuta al manifestarsi di un difetto, non sono stati inclusi nell’analisi
- la modesta ripetibilità delle misure è da imputare al diverso grado di omogeneizzazione del
materiale per i diversi provini.
- il modulo elastico ed il carico unitario a rottura sono stati calcolati come media aritmetica
delle diverse prove
- i materiali 2 e 3 presentano simile comportamento a trazione
- il carico a rottura si riduce sensibilmente nel caso di provini immersi in acqua.