Proprietà nel breve periodo - Solvay Plastics

Fatica
Fatica
Quando un materiale viene sottoposto ciclicamente a sforzo, le
rotture si verificheranno a livelli di sforzo molto inferiori alla
resistenza limite del materiale nel breve periodo. Un buon esempio
di un’applicazione che implica lo sforzo ciclico è un ingranaggio.
Con la rotazione dell’ingranaggio conduttore, e la conseguente
rotazione dell’ingranaggio condotto, ciascun dente, uno dopo
l’altro, è sottoposto ad uno sforzo a cui segue per un certo periodo
di tempo uno sforzo basso o nullo, sino a quando quel dente viene
nuovamente impegnato nella rotazione. Molte applicazioni sono
caratterizzate da fatica, dove il carico ciclico non è altrettanto
evidente. Altri esempi includono boccole utilizzate per la guida di
alberi rotanti, componenti soggetti a vibrazione e ciascun
componente rotante in una pompa o in un compressore.
Questo fenomeno è ben noto nei metalli ed i metallurgisti hanno
coniato il termine "limite di resistenza alla fatica" per
rappresentare lo sforzo ciclico massimo a cui un materiale può
essere sottoposto illimitatamente. Generalmente, questo sforzo
corrisponde allo sforzo più elevato che non causa la rottura dopo
10 milioni (10 7 ) di cicli di carico. Sebbene il termine "limite di
resistenza alla fatica" sia utilizzato talvolta nell’ambito progettuale
di materiali plastici, la risposta della plastica allo sforzo ciclico è
più complessa di quella dei metalli, pertanto un limite di
resistenza non può essere definito in modo rigoroso.
Nel misurare e/o confrontare la resistenza alla fatica dei materiali
plastici, è determinante specificare il modo (tensile, compressivo o
flessionale), la frequenza ed il profilo dello sforzo. I dati di
resistenza alla fatica sono stati generati in base alla norma ASTM
D 671. Questo metodo utilizza una trave a sbalzo con un carico
costante. In questo caso specifico, è stato utilizzato un provino
per trazione di tipo "A", ad una frequenza di 30 Hz ed una
macchina Sontag Universal Testing Machine, modello SF-01-U.
Le curve di resistenza alla fatica a flessione per i gradi di
polietersulfone RADEL A puri e rinforzati con fibra di vetro sono
riportate in figura 34. Sebbene queste prove siano state eseguite
sulle resine della serie RADEL A-200A, risultati analoghi sono
previsti per le resine della serie A-300A.
Figura 34
Resistenza alla fatica a flessione del RADEL A
Proprietà termiche
I modi in cui un materiale risponde alle variazioni della
temperatura ambientale rappresentano le proprietà termiche del
materiale stesso. Queste comprendono: modifiche in resistenza e
rigidità; modifiche delle dimensioni; modifiche chimiche dovute a
degrado termico oppure ad ossidazione; ammorbidimento, fusione
o svergolamento; modifiche nella morfologia; semplici variazioni
della temperatura. Le proprietà dei materiali allo stato fuso
vengono descritte nella sezione relativa alla lavorazione, mentre il
comportamento di questi materiali durante la combustione viene
descritto nella sezione relativa alle proprietà di combustione.
Temperatura di transizione vetrosa
Generalmente, quando un polimero viene riscaldato diventa
progressivamente meno rigido fino a quando non raggiunge uno
stato gommoso. La temperatura alla quale il materiale passa da
uno stato vetroso ad uno stato gommoso viene definita
temperatura di transizione vetrosa (Tg). Tale dato è importante in
quanto in corrispondenza di questa temperatura si verificano
numerose variazioni fondamentali. Queste comprendono variazioni
del volume libero del polimero, dell’indice di rifrazione,
dell’entalpia e del calore specifico. La tabella seguente riporta un
elenco delle temperature di transizione vetrosa per il polisulfone
UDEL, il polietersulfone RADEL A ed il polifenilsulfone RADEL R.
Le temperature di transizione vetrosa delle resine RADEL sono di
35 °C superiori a quelle del polisulfone UDEL. Questa differenza si
traduce in migliori prestazioni termiche.
Tabella 15
Temperatura di transizione vetrosa
Temperatura di
transizione vetrosa*
Resina
°F °C
UDEL 365 185
RADEL A 428 220
RADEL R 428 220
* La temperatura di transizione vetrosa è definita come l’inizio della
variazione della capacità termica misurata utilizzando la calorimetria
differenziale a scansione. Generalmente, il valore misurato viene
arrotondato ai 5 °C più vicini.
Variazioni nelle proprietà meccaniche
Con l’aumentare della temperatura ambiente, i materiali
termoplastici diventano sempre più morbidi fino a diventare fluidi.
Prima di questo punto, l’ammorbidimento può essere registrato
tracciando un grafico che rappresenti il modulo elastico rispetto
alla temperatura ambiente.
Classificazione delle resine termoplastiche
Le resine termoplastiche vengono spesso suddivise in due classi:
amorfe e semicristalline. La figura 35 evidenzia in modo generale
la differenza nella risposta alla temperatura di questi due tipi di
resine. Il modulo delle resine amorfe diminuisce lentamente
all’aumentare della temperatura fino a quando non viene
raggiunta la temperatura di transizione vetrosa (Tg).
Sforzo, kpsi
a
Sforzo, MPa
Cicli a rottura
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