Prova di trazione di materiali polimerici

Fonte: Roberto Leon, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Virginia Tech, Blacksburg, VA

I materiali polimerici sono ampiamente utilizzati nelle strutture civili, con usi che vanno dai sigillanti molto morbidi ai tubi più rigidi nei sistemi idrici e delle acque reflue. La definizione più basilare di un polimero è una struttura molecolare con subunità ripetute. Il termine polimero deriva dal greco, dove "poly" significa molti, e "-mer" significa unità di base. I monomeri, o singoli mers, sono le unità ripetitive specifiche. Con i polimeri, la struttura, compresa la lunghezza della spina dorsale in carbonio e la flessibilità variabile, determinerà le proprietà del polimero. I polimeri sono classificati in 3 sottocategorie: materie plastiche, elastomeri e polimeri a barre rigide. Le materie plastiche sono ulteriormente suddivise in termoindurenti,che non si ammorbidiscono al riscaldamento, e termoplastici,che si ammorbidiscono quando riscaldati e si induriscono al raffreddamento. Inoltre, i termoplastici sono per lo più polimeri lineari o ramificati con poca o nessuna reticolazione, mentre i termoindurenti presentano una struttura 3D e hanno un'ampia reticolazione. Gli elastomeri, o gomme, sono lunghe catene a spirale e possono essere allungate al doppio della lunghezza originale, ma si contrarranno di nuovo alle dimensioni originali quando rilasciate, mentre i polimeri a barre rigide non si allungano e sono strutture cristalline forti.

In questo laboratorio, esamineremo diversi materiali polimerici, tra cui polietilene ad alta densità (HDPE), cloruri di polivinile (PVC), nylon e metacrilato di metile (acrilico) al fine di comprendere l'ampiezza e la diversità delle curve stress-deformazione per questi materiali e come le loro proprietà meccaniche influenzano le loro prestazioni.

1. Ottenere campioni di trazione tipici di materiali polimerici acrilici, nylon, HPDE e PVC.
2. Utilizzando un micrometro, misurare la larghezza e lo spessore in diverse posizioni lungo l'albero di ciascun campione per determinare le dimensioni medie della sezione trasversale. Registrare la larghezza e lo spessore medi misurati di ciascun campione sulla scheda tecnica.
3. Posizionare il campione nelle impugnature. Assicurarsi che almeno l'80% di ciascuna estremità sia saldamente attaccato alle impugnature, il che contribuirà

I guasti tipici per questi materiali sono mostrati in Fig. 1 a Fig. 4. La Fig. 1 mostra la progressione del fallimento in un polietilene, con una collo iniziale e una successiva progressione del collo su e giù per il campione mentre le catene polimeriche si srotolevano. Il materiale in polietilene ad alta densità, se caricato lentamente, può allungarsi fino a diverse volte la sua lunghezza iniziale (Fig. 2). Il PVC, d'altra parte, mostra una progressione del fallimento simile, ma con d...

La Fig. 9 mostra la grande variazione delle caratteristiche di deformazione del carico per diversi polimeri. Il comportamento varia da puramente forte, elastico e fragile per il campione acrilico a morbido, altamente viscoelativo e molto duttile per l'HDPE. Questi riflettono le proprietà estreme dei termoindurenti (acrilico) al termoplastico (HDPE, nylon e PVC). È interessante notare che il PVC, che viene spesso utilizzato in finiti e torte nei nostri edifici e nelle nostre case, mostra un buon equilibrio di resisten..