CONTROLUL CALITATII PRODUSELOR POLIMERE

I. NOTIUNI INTRODUCTIVE

I.1. Material polimerice

Conform cu definitia IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) o substanta este polimer daca raspunde urmatoarelor trei cerinte:

1. Este formata din atomi legati prin legaturi covalente, in lanturi macromoleculare.

2. In structura moleculei se poate identifica un grup de atomi care se repeta, numit unitate structurala.

3. Numarul de unitati structurale (numit grad de polimerizare) este suficient de ridicat astfel incat adaugarea sau eliminarea unei unitati sa nu afecteze proprietatile mecanice ale substantei.

Caracteristicile de mai sus conduc la anumite particularitati ale clasei polimerilor, paricularitati care nu se regasesc in cazul altor clase de compusi mic-moleculari:

Numarul mare de atomi legati prin legaturi covalente face imposibila existenta unei ordonari spatiale bine precizate; in consecinta, structura unei molecule polimere este aceea de incolacire aleatoare, numita ghem macromolecular.

Lipsa ordinii la mica si mare distanta face ca polimerii sa apartina, ca regula generala, starii lichide, mai precis sub-starii amorfe.

In stare amorfa, polimerii sunt caracterizati de doua temperaturi de tranzitie de ordinul II, temperatura de tranzitie sticloasa (Tg) si temperatura de curgere (Tcu), ce separa 3 substari amorfe: starea sticloasa, starea inalt elastica si starea fluid viscoasa. De remarcat ca aceste temperaturi nu sunt in realitate temperaturi fixe ci intervale de temperatura de tranzitie).

Polimerii aflati in stare sticloasa (la temeraturi sub Tg) sunt rigizi si caracterizati de deformatii elastice reversibile dar reduse; la deformatii ce depasesc cateva procente apare ruperea. Polimerii din aceasta clasa sunt cunoscuti sub denumirea de materiale termoplastice sau materiale plastice.

Polimerii aflati in stare inalt-elastica (între Tg si Tcu) sunt elastomeri sau cauciucuri, caracterizati prin posibilitatea de a atinge, sub

1

sarcina, deformatii extrem de mari (pana la 600%-700%) si reversibile. Acestea se explica prin posibilitatea descolacirii ghemului macromolecular in urma aplicarii unei forte si sunt specifice polimerilor, nefiind regasite in cazul compusilor cu molecula mica.

In starea fluid viscoasa (peste Tcu) polimerii curg. In aceasta stare ei pot fi prelucrati, respectiv pot lua forma dorita pentru produsul finit. Caracteristic polimerilor in stare fluid viscoasa (numiti uneori, impropriu, si polimeri in stare topita) este viscozitatea extrem de ridicata (de 105-108

ori mai mare decat a apei) suprapusa cu caracteristicile elastice specifice cauciucurilor, ceea ce conduce la un comportament reologic non-newtonian si la proprietati visco-elastice. Consecinta directa a viscozitatii ridicate o constituie necesitatea utilizarii de presiuni foarte ridicate (100-1000 atm) in utilajele de prelucrare.

In anumite cazuri, caracterizate de ordine la nivel structural, unii polimeri pot prezenta si un continut de faza cristalina, dar aceasta este totdeauna insotita de faza amorfa, formand astfel structuri bifazice, cirstalin-amorfe. Temperatura de tranzitie caracteristica fazei cristaline este temperatura de topire, definita ca temperatura la care faza cristalina trece in faza amorfa corespunzatoare, aceasta putand fi fie cea inalt elastica, fie cea fluid viscoasa. Polimerii bifazici sunt utilizati fie ca materiale termoplastice, fie drept fibre sintetice. In cazul fibrelor sintetice, nu numai ca prezenta fazei cristaline este obligtorie, dar formatiunile cristaline (numite cristalite) trebuie sa fie orientate in lungul fibrei, formand structuri supramoleculare numite fibrile.

Masele moleculare ale polimerilor uzuali sunt de obicei cuprinse in intervalul 104-105 g/mol. Limita inferioara reprezinta granita oligomeri-polimeri; oligomerii sunt substante ce raspund primelor doua cerinte din definitia de mai sus dar in cazul acestora proprietatile mecanice depind de masa moleculara. Un exemplu care ilustreaza aceasta diferenta il constituie parafinele si cerurile, care pot fi considerati oligomeri ai polietilenei.

Limita superioara a domeniului maselor moleculare uzuale este impusa de un criteriu tehnico-economic: dupa depasirea pragului care separa oligomerii de polimeri, proprietatile mecanice ale compusilor macromoleculari raman practic neschimbate in timp ce viscozitatea topiturilor creste dupa o lege de tip cubic in raport cu masa moleculara; in aceste conditii curgerea se realizeaza cu mult mai dificil si impune utilizarea de presiuni si temperaturi din ce in ce mai ridicate in utilajele de prelucrare, deci costuri mai mari, fara un castig vizibil in ceea ce proveste proprietatile utile ale produsului finit.

La temperaturi ridicate, polimerii sufera o serie de procese de degradare. Temperatura la care incep sa se produca astfel de fenomene poarta numele de temperatura de descompunere. Aceasta temperatura

2

reprezinta limita superioara pentru procesele de prelucrare, in timp ce in utilizare temperatura maxima admisibila este una din temperaturile de tranzitie prezentate mai sus (de tranzitie sticloasa, de topire a fazei cristaline sau de curgere, in functie de domaniul de utilizare al polimerilor). Unii polimeri pot suferi, la temperaturi inalte, procese de depolimerizare; aceste reactii sunt folosite pentru recuperarea deseurilor, dar aceste cazuri sunt mai degraba exceptii. Temeratura de descompunere a polimerilor uzuali este mai degraba modesta, nedepasind 200-300ºC in mod normal. Exista insa si polimeri care pot lucra la temperaturi ridicate (500-800ºC), numiti polimeri termorezistenti.

La temperaturi reduse polimerii devin casanţi. Temperatura de casanta, sau de fragilitate, Tb (de la termenul in engleza "brittle" point) este temperatura minima de utilizare pentru materiale termoplastice, rasini sau fibre, in timp ce pentru cauciucuri limita inferioara a domeniului de utilizare este temperatura starii sticloase.

In afara caracteristicilor de mai sus, polimerii mai prezinta o serie de particularitati ce decurg din modul de sinteza al acestora:

Toate procesele de sinteza ale polimerilor (numite polireactii sau polimerizari) au un caracter aleator; in consecinta, orice polimer sintetic nu este alcatuit din molecule identice ci reprezinta un amestec de molecule cu aceeasi structura chimica dar grade de polimerizare diferite. Aceasta proprietate poarta numele de polidispersitate. Din punct de vedere practic polidispersitatea este un avantaj deoarece fractia de molecule cu masa ridicata asigura proprietati mecanice bune in timp ce prezenta unei anumite proportii de molecule cu dimensiuni mai mici asigura o lubrefiere interna, ce faciliteaza curgerea in stare fluid-viscoasa si confera o anumita flexibilitate produselor finite.

In prezenta unor reactivi specifici, macromoleculele pot fi legate unele de altele formand retele tridimensionale; produsele din aceasta categorie sunt cunoscute sub numele de rasini. De mentionat ca dupa ce reticularea s-a produs, rasinile devin insolubile si infuzibile, deci aceasta reactie trebuie sa se petreaca odata cu punera in forma pentru a permite obtinerea de produse utile.

Dupa domeniul de utilizare, din clasa polimerilor fac parte urmatoarele categorii de produse finite:

Materiale termoplastice (materiale plastice) Elastomeri (cauciucuri) Fibre sintetice Polimeri tridimensionali (rasini) Adezivi Materiale peliculogene (lacuri, vopsele, chituri, grunduri)

3

Polimeri cu utilizare speciala (produsi termorezistanti, polimeri cu aplicatii in optica, fluide polimere, polimeri cu aplicatii in biologie si medicina, etc.)

Materialele compozite sunt produse bi-fazice incluzand o matrice polimera in care sunt inclusi compusi anorganici sau alti polimeri, sub forma de particule, fibre, tesatri, etc. Cunoscute uneori sub denumirea alternativa de "materiale armate", sunt caracterizate de proprietati mecanice deosebit, fiind deseori utilizate pentru inlocuirea materialelor clasice (metal, beton portelan).

Fata de materialele clasice polimerii au cateva avantaje notabile: Greutatea specifica redusa (densitatea polimeilor se

incadreaza uzual in limitele 1000-2000 kg/m3, fata de aproximativ 3000 kg/m3 pentru metalele usoare si 8000 pentru fier si aliaje pe baza de fier).

Rezistenta la coroziune. Calitatea de izolatori electrici. Colorabilitate, inr-o gama larga de tonuri si nuante. Accesibilitate si pret redus.

I.2. Specificul industriei produselor din polimeri si al controlului de calitate in industria polimerilor

Fata de alte industrii chimice (solventi, reactivi, ingrasaminte, acizi, saruri, etc.) industria polimerilor are drept particularitate faptul ca obtinerea produsului finit implica doua etape distincte, si anume:

Sinteza compusilor macromoleculari, prin reactii de polimerizare sau transformari chimice ale unor polimeri preformati. In aceasta etapa se obtin de obicei produse in vrac (pulberi, granule, foi sau fire). Caracteristic productiei in vrac este faptul ca rezultatul procesului este infinit divizibil, cu alte cuvinte orice fractiune din produs are valoare de piata.

Prelucrarea polimerilor, proces prin care se obtin produse finite (obiecte cu forme si dimensiuni variate). Acest tip de produse, numite si produse fabricate, nu sunt infinit divizibile: de exemplu o anvelopa are valoare in timp ce numai o jumatate este rebut, un furtun avand lungimea de 10 m poate fi comercializat in timp ce bucati de cateva zeci de centimetri sunt in general inutilizabile.

In consecinta, si controlul de calitate trebuie adaptat la specificul productiei; daca in cazul industriei de sinteza recoltarea probelor urmareste criterii statistice specifice (realizarea omogenitatii prin recoltare din diverse puncte si amestecare inainte de analiza) pentru industria de prelucrare a polimerilor tehnicile de selectare a probelor sunt cele preluate din alte industrii ce au specific sistemul de fabricatie pe

4

loturi. Este vorba aici de selectarea unor subloturi si mai apoi a unor obiecte din fiecare lot, pentru control statistic.

De mentionat ca in cazul obiectelor din polimeri controlul "la bucata", respectiv al fiecarui obiect dintr-un lot de produse, se intalneste relativ rar, deoarece majoritatea aplicatiilor practice care implica obiecte din polimeri nu au un grad de periculozitate avansat, care sa impuna un astfel de control (obligatoriu, de exemplu, in cazul sudurilor realizate la recipientele ce lucreaza sub presiune). Exista insa si cazuri in care se realizeaza control individual, in conditiile in care proba este nedistructiva si costul operatiei este relativ redus, cum ar fi incercarea la presiune a furtunurilor, sau in cazurile in care exista cerinte speciale (de exemplu incercarea la strapungere a materialelor folosite drept izolatori electrici).

O alta caracteristica a domeniului prelucrarii polimerilor este aceea ca obiectele finite, asa-zise "din polimeri" in realitate sunt obtinute plecand de la amestecuri de polimeri, amestecuri in care compusii macromoleculari ocupa o proportie ce poate varia in limite foarte largi (de la 20-30% in cazul plastisolilor pana la peste 95% in cazul unor termoplaste). Alaturi de polimeri, amestecurile contin unul sau (de obicei) mai multi aditivi, substante mic-moleculare adaugate polimerilor pentru le imbunatati proprietatile, a usura prelucrarea si a reduce costurile specifice. In functie de natura polimerului si de tipul de produs finit ce urmeaza a fi obtinut, numarul aditivilor poate varia intre 1-2 si peste 10. Aditivii nu sunt clasificati in functie de structura lor chimica (deoarece o aceeasi substanta poate juca rol diferit in raport cu polimeri diferiti) ci dupa impactul asupra proprietatilor amestecului. Principalele clase de aditivi sunt:

Stabilizatorii, ce au rolul de a incetini viteza proceselor complexe de degradare chimica a polimerilor, procese ce se petrec ca urmare a actiunii factorilor de mediu (lumina, radiatii UV, oxigen, ozon, caldura, umiditate, ploi acide, solutii saline, etc. – factori cunoscuti sub numele general de intemperii) si poarta numele de procese de imbatranire a polimerilor. Prezenta stabilizatorilor mareste durata de serviciu a unui produs polimer de la cateva ore/zile la luni sau ani (zeci de ani in majoritatea cazurilor); din acest motiv stabilizatorii sunt prezenti practic in orice formulare a unui produs finit.

Plastifiantii si lubrefiantii au rolul de a reduce viscozitatea in stare de curgere, facilitatnd astfel prelucrarea. Cantitatile mari de plastifiant afecteaza insa si temperatura de tranzitie a polimerilor; valoarea Tg se reduce cu procentul de plastifiant, astfel incat este posibil, in anumite cazuri, ca u produs care este rigid in stare neplastifiata sa capete caracteristici de elastomer in amestec cu un procent ridicat de plastifiant. Produsele ce contin plastifiant au o rezistenta marita la soc, dar duritatea si rezistenta la tractiune sunt mai reduse. Plastifiantii sunt

5

prezenti in formularile pentru multe materiale termoplastice (si obligatorii in cazul PVC), in amestecurile pe baza de cauciuc, in unii adezivi dar in general absenti in cazul fibrelor sintetice.

Sarjele sunt substante pulverulente adaugate in polimeri pentru a reduce costurile specifice. Anumite sarje (negrul de fum, silicea de precipitare, etc.) au si rolul de a imbunatati rezistenta la tractiune si duritatea produselor. Acestea poarta numele de sarje active, sau ranforsante. Exista si sarje inerte (numite si diluante) ce nu influenteaza proprietatile polimerilor dar reduc pretul pe unitatea de masa. Majoritatea pulberilor pot fi folosite drept sarje diluante. In general se supun sarjarii cauciucurile si rasinile, dar cantitati variabile de sarje se gasesc si in compozitiile unor materiale plastice, adezivi sau vopsele.

Agentii de reticulare se adauga in cazul produselor care in forma finita formeaza retele tridimensionnale. Sunt adaugati atat in compozitiile pentru rasini si materiale compozite, cat si in cazul cauciucului, pentru a asigura vulcanizarea.

Colorantii (pigmentii) anorganici sau organici sunt prezenti in compozitiile vopselelor dar si al termoplastelor si rasinilor sau chiar al unor produse din cauciuc, in special cele destinate bunurilor de larg consum (mai rar in cazul produselor industriale).

Solventi sau diluanti – acestia se gasesc in compozitia multor adezivi si peliculogene si se foloasec si la prelucrarea din solutie a polimerilor. In produsele finite solventii si diluantii trebuie sa fie absenti: separarea se face in general prin evaporare, dar exista si cazuri in care polimerul este precipitat folosind un non-solvent.

Agenti de ignifugare: compusii clorurati sau Sb2O3 sunt prezenti in amestecurile pentru produsele ce lucreaza in medii unde exista un risc pronuntat de incendiu. Polimerii ce contin atomi de clor in structura sunt autoextinctibili.

Agentii de expandare (substante volatile sau care prin descompunere creeaza produsi gazosi) sunt prezentii in compozitiile pentru materiale celulare (spume).

Alti aditivi: agenti de antistatizare, agenti antiaderenti, fungicide si alte substante de protectie biologica, etc.

Necesitatea utilizarii de aditivi in industria de prelucrare impune existenta unei prime etape a procesului de productie, etapa in care are loc amestecarea tuturor componentelor retetei de fabricatie. De mentionat insa ca datorita caracterului macromolecular al polimerilor, amestecarea decurge rar la nivel molecular, ramanand in multe cazuri doar un proces la nivel microscopic. Din acest motiv amestecurile pe baza de polimeri sunt relativ neomogene, iar controlul de calitate trebuie sa tina cont de aceasta particularitate, impunandu-se realizarea de probe repetate, recoltate din puncte diferite ale produsului.

6

Un alt factor ce trebuie luat in considerare la recoltarea probelor pentru incercari este acela ca in utilajele de prelucrare, datorita presiunilor ridicate utilizate, are loc uneori o orientare a macromoleculelor intr-o directie preferentiala (un astfel de fenomen este cel cunoscut sub numele de "efect de calandrare"). In astfel de cazuri, standardele trebuie sa prevada si modul de obtinere a epruvetei, pe directia orientarii sau in directie perpendiculara. Restrictii similare se aplica si in cazul analizarii tesaturilor sau tricotajelor din fibre sintetice.

Avand in vedere ca in fata consumatorului final nu ajung nici polimerii ca atare (rezultati din sinteza) si nici semifabricatele (amestecuri pe baza de polimeri sau produse aflate in stadii intermediare de prelucrare), prezentul curs se va referi numai la metodele de control pentru produsele finite, comercializate ca bunuri de larg consum sau utilizate in industrie. Acestea fac parte din urmatoarele categorii:

Produse din materiale plastice.Produse pe baza de elastomeri.Fire si fibre sintetice sau tesaturi realizate din fibre sintetice. Adezivi.Materiale peliculogene.

7

II. CONTROLUL CALITATII PRODUSELOR DIN MASE PLASTICE, ELASTOMERI

SI FIBRE SINTETICE

Dupa cum este binecunoscut, si in domeniul produselor din polimeri (ca si in orice alt domeniu) prescriptiile de control de calitate trebuie sa prevada, indiferent de proprietatea avuta in vedere, urmatoarele elemente: modul de prelevare/pregatire a probelor de analizat, aparatura utilizata, conditiile de lucru, modul de notare si eventual de calcul a rezultatelor. Pentru fiecare produs in parte este de asemeni necesara cunoasterea standardului sau normei interne ce prevede valorile acceptabile pentru parametrii masurati.

Incercarile pe produse finite au avantajul de a permite evaluarea performantelor materialului dupa trecerea prin toate fazele procesului tehnologic (iar testele pot simula conditiile de exploatare), dar si dezavantaje legate de decelarea defectelor abia la sfarsitul fluxului de productie. De mentionat ca incercarile pe produse finite pot avea atat caracter general (masuratori mecanice, termice, electrice, ale rezistentei la diversi factori) cat si specifice, legate de natura aplicatiei produselor finite. Cateva exemple de determinari specifice sunt:

determinarea rezistentei la presiune hidraulica a tuburilor din materiale plastice sau cauciuc;

determinarea flexibilitatii (prin verificarea aparitiei fisurilor la indoirea pe dornuri cu diametre din ce in ce mai reduse, la o temperatura standardizata) si supletei (prin masurarea adancimii amprentei) pardoselilor din materiale plastice (in special PVC);

determinarea memoriei materialelor termoformate (prin masurarea deformatiilor aparute dupa incalzire pe o durata si la o temperatura standardizata);

determinarea inaltimii de cadere fara spargere a corpurilor cave, sacilor sau pungilor din materiale plastice;

determinarea rezistentei la torsiune (cu ajutorul unor chei dinamometrice) a obiectelor filetate;

determinarea permeabilitatii si caracteristicilor biologice ale ambalajelor.

II.1. Prelevarea probelor din produsele finite

a. Produse din cauciuc

8

Epruvetele se obtin, in general, prin decupare (stantare) cu ajutorul unor cutite standardizate (cutite de stanta). In cazul in care forma sau dimensiunile produsului finit nu permit obtinerea epruvetelor, acestea se obtin din placute de cauciuc vulcanizat pregatite separat (se foloseste acelasi amestec cu cel utilizat pentru obtinerea produsului iar vulcanizarea are loc in aceleasi conditii). Dupa prelevarea probei, aceasta este examinata pentru a vedea daca portiunea activa nu prezinta defecte (fisuri, bule de aer, fire deplasate in cazul stratificatelor cauciuc-panza, etc.). In cazul in care probele prezinata impresii de panza, denivelari sau sunt mai groase fata de valoarea standardizata acestea se supun polizarii (cu pietre de polizor standardizate si la o viteza de polizare de aprox. 20 m/s). Trebuie avut in vedere ca pe durata polizarii temperatura sa nu depaseasca 60 ºC. Dupa polizare probele se lasa in repaos minim 3 ore iar in buletinul de analiza se specifica daca probele au fost sau nu polizate.

In functie de natura incercarii se preleveaza mai multe probe, de obicei 3, urmand ca rezultatul sa fie prezentat sub forma de medie. Dupa prelevare, se masoara caracteristicile geometrice (acelea ce nu sunt fixate prin forma cutitelor de stanta, de exemplu grosimea), ca medie a valorilor obtinute in mai multe puncte. In cazul in care este necesara marcarea, se folosese o vopsea care sa nu modifice proprietatile produsului (de exemplu suspensie de ZnO in apa).

Intervalul dintre momentul vulcanizarii si cel al incercarii nu poate depasi 3 luni dar nici nu poate fi mai redus de 6 ore (in afara cazului in care standardul nu specifica explicit alta valoare); acest interval este necesar pentru relaxarea tensiunilor induse in material de operatia de decupare. Intervalul de timp poarta numele de timp de repaos, de odihna sau de conditionare, iar pe durata acestuia proba trebuie mentinuta in atmosfera standard de laborator (20±2ºC, umiditare relativa 65±5%), depusa pe suprafete plane sau pe suporturi speciale si ferita de lumina solara directa. In caz ca standardul nu specifica altfel, incercarea epruvetelor trebuie sa se produca in aceeasi atmosfera standard.

b. Produse din materiale plasticeIn cazul materialelor plastice, epruvetele sunt fie decupate (prin

stantare) din obiectele finite (in cazul foilor, filmelor, materialelor stratificate) fie – in cazul produselor de dimensiuni reduse, cu forme complicate sau care, din cauza rigiditatii, nu permit prelevarea probei – se obtin separat, prin injectia in matrite de forma standardizata a unei cantitati din materialul folosit pentru obtinerea respectivului produs finit. Obtinerea epruvetei se realizeaza in conditiile unui regim de prelucrare similar cu cel utilizat in cazul produsului finit.

c. Produse textile

9

In cazul firelor, cablurilor sau tesaturilor analizele nedistructive se realizeaza in puncte diferite ale bobinelor sau tesaturilor, in timp ce controlul destructiv va folosi portiunea de capat a balotului de tesatura sau bobinei de fir (este evident ca prelevarea unei probe din mijlocul unui astfel de produs este imposibila deoarece ii va reduce lungimea utila).

Indiferent de materialul epruvetei si de modul in care acesta a fost obtinuta, este necesara respectarea unor prescriptii generale:

inaintea incercarii epruvetele nu trebuie supuse vreunei actiuni fizice, mecanice sau chimica (daca standardul nu o prevede);

o epruveta folosita pentru o incercare nu poate fi supusa unei alte incercari chiar daca incercarea initiala nu a fost dusa pana la capat sau nu a condus la distrugerea epuvetei;

in cazul incercarii epruvetelor la alta temperatura decat cea ambianta agentul de incalzire/racire nu trebuie sa influenteze proprietatile materialului;

epruvetele supuse incercarilor destructive sunt examinate in locul unde s-a produs distrugerea, iar daca se constata prezenta bulelor, porilor, separarii straturilor, experimentul se repeta fosloind alta epruveta.

II.2. Proprietati mecanice

II.2.1. Incercarea la tractiune

Epruvetele utilizate pentru incercarea la tractiune au de obicei forma de haltera (mai rar se utilizeaza epruvete inelare), forma fiind lejer diferita in cazul materialelor termoplastice, termorigide sau elastomerilor. Lungimea portiunii active difera de asemeni, incadrandu-se intre 20 si 50 mm. Standardele de incercari prezinta forma si dimensiunile fiecarui tip de epruveta, in functie de care se construiesc cutite de stanta adecvate. Stantarea epruvetelor se face din placute vulcanizate sau obiecte finite in cazul elastomerilor si din placi presate in cazul produselor termorezistente. Pentru termoplaste se folosesc fie epruvete obtinute prin injectie fie prin aschiere din placi cu grosimea intre 3 si 10 mm. In cazul foliilor se folosesc epruvete de forma dreptunghiulara cu latimea de 10-15 mm si lungimea de 150-300 mm care se obtin prin taiere si nu prin stantare.

Dupa taiere si conditionare se masoara grosimea portiunii active (h) ca o medie a mai multor masuratori si se marcheaza portiunea activa, de lungime L0 standardizata. Suprafata transversala a sectiunii active se calculeaza ca S0 = b·h, unde b este latimea portiunii active (standardizata).

10

Aparatul utilizat poarta numele de dinamometru si consta, in principiu, dintr-un sistem de prindere a epruvetelor (doua cleme dintre care una este mobila sia lta fixa), un mecanism de producere a deformatiei cu masurarea fortei deformatoare, un mecanism de masurare a deformatiei si eventual un sistem (camera) de termostatare in cazul in care masuratorile se desfasoara la temperauri superioare celei ambiante. Aparatul poate fi utilizat pentru mai multe tipuri de masuratori, si anume:

Incercarea la rupere la tractiune consta in alungirea epruvetei pana in momentul ruperii acesteia. Se masoara forta necesara ruperii si lungimea portiunii active in momentul ruperii. Daca perechile forta-deformatie se masoara si la diverse momente inaintea ruperii, atunci se poate trasa si curba tensiune-deformatie. Pe baza acestor date se calculeaza urmatoarele marimi:

Rezistenta la rupere la tractiune este raportul dintre forta F masurata in momentul ruperii si aria sectiunii transversale a epruvetei,

r = F/S0.Alungirea relativa la rupere se calculeaza in functie de lungimea

initiala L0 a portiunii active si lungimea L1 in momentul ruperii:A = (L1-L0)/L0.Modulul de elasticitate reprezinta efortul unitar de tractiune necesar

pentru a alungi o epruveta pana la o alungire relativa data:E = P/ArS0

unde E este modulul de elasticitate, P este forta ce asigura alungirea impusa Ar, S0 este aria sectiunii transversale iar Ar are valorile 1, 2 sau 3 pentru alungiri date de respectiv 100%, 200% sau 300%.

Dupa cum este bine cunoscut, inaintea ruperii epruvetele din polimer sufera o reducere a sectiunii, ce se produce continuu in cazul elastomerilor si cu salt (reducere de sectiune pe o portiune a lungimii active) in cazul termoplastelor. Limita de curgere (forta la care incepe diminuarea sectiunii) reprezinta, pe curba tensiune-deformatie, ordonata primului punct in care se produce o crestere a alungirii fara cresterea sarcinii de tractiune.

Determinarea alungirii remanente la tractiune reprezinta cresterea relativa a lungimii unei epruvete de cauciuc vulcanizat care a fost supusa la un efort de tractiune si apoi lasata in repaos un anumit timp. Incarcarea se poate realiza in mai multe variante:

a. Alungirea remanenta la rupere se masoara dupa ruperea epruvetei.Cele doua prtiuni se scot din cleme, se aseaza pe o suprafata plana si neteda si se lasa in repaos 10 min. Partile rupte se apropie apoi una de alta la locul ruperii si se masoara distanta dintre reperele sectorului actIII.

11

b. Incercarea la alungire constanta impune o alungire la o valoare data (durata procesului de alungire fiind de 15 secunde) urmata de o menttinere a alungirii timp de 10 minute. Dupa incercare epruveta se scoate din cleme, se lasa in repaos timp de 10 minute si se masoara lungimea portiunii active.

c. Incercarea sub sarcina constanta este similara dar impune alungirea epruvetei folosind un efort unitar dat. Durata mentinerii sub sarcina este 24 de ore sau un multiplu al acestei perioade iar durata repaosului ulterior incetarii actiunii fortei deformatoare estre de 30 min.

II.2.2. Incercarea la compresiune

Aceasta incercare se executa diferit in functie de tipul materialului supus incercarii.

a. Elastomeri (STAS 7791-67)In cazul elastomerilor se determina deformarea remanenta la

compresiune definita ca fiind scaderea grosimii unei epruvete ce afost supusa la un effort de comprimare si apoi lasata in repaos un interval de timp dat. Incercarea se poate realiza sub o sarcina data sau la o valoare data a deformarii.

Epruvetele au forma unui disc circular cu diametrul de 29 ± 0.5 mm si inaltimea de 13 ± 0.2 mm in cazul incercarii sub sarcina constanta si de 13 ± 0.5 mm respectiv 6 ± 0.2 mm pentru incercarea la deformare constanta.

Incercarea sub sarcina constanta foloseste ca aparat de incercare un dispozitiv format dintr-un arc elicoidal si doua placi paralele asezate intr-un cadru de ghidare, intre care se introduce epruveta supusa incercarii. Sarcina poate fi exercitata cu ajutorul unui arc calibrat sau cu ajutorul unei masini de compresie. Masuratoarea se poate face la temperatura camerei sau – in cazul in cere se urmareste evidentierea efectelor imbatranirii – la temperaturi mai ridicate, caz in care dispozitivul se introduce intr-o etuva la temperatura indicata in standarde. Dupa incercare epruveta se lasa in repaos timp de 30 min la temperatura camerei si apoi se masoara deformarea remanenta la compresiune.

Incercarea la deformare costanta foloseste un dispozitiv de compresiune format din 2-3 placi plane paralele, dintr-un material rigid, separate de distantiere din otel calibrate pentru a asigura gradul de comprimare dorit si prinse intr-un cadru de ghidare. Epruvete este introdusa intre placi iar acestea sunt stranse pana la contactul cu distantierele folosind suruburi. In continuare se procedeaza similar cu cazul anterior.

12

b.Materiale termoplasticeMarimile determinate in cazul termoplastelor sunt tensiunea

normala de compresiune (raportul dintre sarcina de compresiune si aria sectiunii transversale initiale a epruvetei), deformarea la compresiune, limita de curgere (valoarea tensiunii nominale in momentul incercarii in care – pe curba tensiune-deformatie – apare cresterea deformarii fara cresterea corespunzatoare a tensiunii), rezistenta la compresiune (tensiunea maxima de compresiune suportata de epruveta, se masoara in momentul ruperii) si deformarea remanenta la rupere.

Epruvetele pot fi prisme drepte, cu baza patrata sau dreptunghiulara, cilindri cu h = 2.5·d sau tuburi drepte. Viteza de incercare depinde de inaltimea epruvetei (v = 0.3·h, in mm/min).

Aparatul utilizat este o masina de compresiune prevazuta cu indicator de sarcina si deformare.

II. 2.3. Determinarea duritatii

Duritatea materialelor este adesea o noţiune greu de definit. Majoritatea metodelor de determinare a durităţii se bazează pe aparate de tip penetrometru; ceea ce variază este forma (bilă, trunchi de con, sau ac) şi desigur, materialul din care este confecţionat corpul de pătrundere şi efortul mecanic aplicat. Este desigur evident că nu acelaşi aparat poate fi utilizat pentru măsurarea durităţii oricărui material. Astfel, pentru oţel se foloseşte aparatul Brinell, în timp ce pentru cauciuc, sau “materiale plastice” sunt necesare forţe mai mici (aparate Rockwell, Shore).

Rezultatele masuratorilor de duritate depind de aparatul utilizat, forma si dimesniunile epruvetei, forma corpului ce realizeaza penetrarea, durata ramanerii sub sarcina, si sunt de cele mai mult ori exprimate in unitati conventionale. Este posibila si exprimarea ca adancime de penetrare a unui corp sub o sarcina data sau ca forta necesara pentru a produce penetrarea unui corp de forma data in material, pe o anumita adancime impusa. In cele ce urmeaza vor fi trecute in revista, succint, principalele tipuri de aparate folosite pentru determinarea duritatii.

a. Durometrul Shore (SR 5441/2)Masurarea duritatii Shore se bazeaza pe masurarea fortei necesare

pentru a realiza patrunderea in proba a unui corp de forma tronconica sau conica sub actiuna unei sarcini exercitae de un arc calibrat. Pentru pătrunderea maximă indicaţia aparatului este 0, în timp ce pentru totala sa nepătrundere, instrumentul indică 1000Sh. Durometrul Shore este alcătuit dintr-un cadru, în care, prin intermediul fixatorului cu şurub este susţinut

13

dispozitivul de măsurare a durităţii, compus din arc, ştift, rozetă, cuiul de penetrare şi acul indicator. Gradaţiile instrumentului sunt trecute pe un cadran, iar în partea inferioară există o piesă de sprijin şi o placuţă prin care trece cuiul penetrator.

In functie de duritatea materialelor se folosesc scarile Shore A (pentru elastomeri sau materiale plastice flexibile) si Shore D (pentru materiale rgide). Durometrele difera prin forma corpului penetrator (tronconic pentru Shore A si conic pentru Shore D, SR 8643) precum si prin domeniul de forte pentru care este calibrata scala aparatului. Incercarea se realizeaza pe placute sau chiar pe obiecte finite, in cazul in care acestea prezinta pereti plani. Printre avantajele metodei se pot mentiona portabilitatea aparatului (forta de apasare se exercita manual) si faptul ca incercarea este nedistructiva.

b. Masurarea duritatii in grade internationale (IRHD – International Rubber Hard Degree, SR 5441/1)

Principiul metodei consta in masurarea adancimii de patrundere a unei bile in material, sub o sarcina data. Aparatul utilizt ceste compus dintr-un penetrator terminat cu o bila (sfera), un dispozitiv de aplicare a sarcinii, un dispozitiv pentru masurarea adancimii de penetrare. Probaba, sub forma de placuta, se aseaza sub picior de presare plat, perpendicular pe axa penetratorului si prevazut cu un ortificiu ce permite trecerea penetratorului. Sarcina depinde de natura materialului supus incercarii iar duritatea se masora fie in mm/100 fie in grade conventionale de duritate. In acest ultim caz gradul zero de duritate corespunde unui modul de elasticitate nul iar gradul 100 unui marterial cu modul de elasticitate infinit.

c. Durometrul Brinell este tot un dispozitiv cu bilă ce poate fi folosit numai pentru materiale plastice foarte rigide (SR 5871); bila este din oţel călit, de regulă cu diametrul de 5 mm. Principiul metodei constă în măsurarea adîncimii de pătrundere a bilei în materialul de încercat. Duritatea, H (N/mm2) se calculează ca:

Duritate = (Sarcina aplicată)/(Aria urmei)H = F/Dhd. Durometrul Rockwell foloseşte de asemenea bile de oţel (cu

diametre diferite) drept corpuri de penetrare. Valorile duritatii Rockwell sunt întotdeauna indicate printr-un simbol, reprezentînd mărimea penetratorului, sarcina şi scara de citire utilizată.

Tabelul 1.Tipuri de durometre Rockwell

Nr. Scara Sarcina Diametrul penetratorului

14

Rockwell () (kgf) (cm)1 R 10-60 1,272 L 10-60 0,6353 M 10-100 0,6354 E 10-100 0,3175

Se plasează epruveta (placă cu suprafaţă minimă de 6 cm2) pe suport şi se aplică o sarcina data, (ex 10 daN) şi se stabileşte punctul zero după 10 secunde; se aplică imediat sarcina maximă. Se inregistrează numărul total de diviziuni pe care îl înregistrează indicatorul după 15 secunde; o rotaţie completă a acului indicator reprezintă 100 diviziuni.

Duritatea Rockwell se calculează cu formula: Rockwell = 150 – pătrunderea totală (diviziuni pe scală)

e. Durometrul Barcol (SR 11333) permite determinarea durităţii la materialele termorigide armate, sau nearmate. Aparatul este alcătuit din carcasă, sistem cu ac indicator, picior de susţinere, penetrator cu vîrf tronconic, pîrghie cu tijă ghidată, piuliţă de ghidaj superior, arcul etc.

Un grad Barcol reprezintă 0,0076 mm adîncime de pătrundere a vîrfului penetratorului. Duritatea Barcol are valori cuprinse între 0 şi 100.

II.2.4. Rezistenta la sfasiere

Incercarea la sfasiere consta in ruperea unei epruvete dupa crestarea ei pe o anumita adancime, sub actiunea unei sarcini progresive de tractiune in directie longitudinala. Se utilizaeaza in cazul produselor din cauciuc si a celor din materiale termoplastice flexibile (folii, filme, foi, piele sintetica, etc.).

Aparatul utilizat este tot dinamometrul, ca si in cazul rezistentei la tractiune, dar modul de realizare a incercarii este de asa natura incat propagarea deformatiei se realizeaza in directie perpendiculara fata de cea in care actioneaza forta.

Epruvetele (STAS 4030-68) au forme diferite, toate fiind insa variante ale tipului haltera curbata (fig. 1.). In cazul in care materialul supus incercarii este anizotrop, epruvetele se stanteaza in doua directii, cea a calandrarii sau profilarii si cea perpendiculara. Dupa conditionare se masoara, cu ajutaorul unui micrometru, grosimea epruvetei apoi aceasta se cresteaza cu o lama ascutita, pozitia crestaturii fiind cea indicata in fig. II.1. Adancimea crestaturii trebuie sa fie cea standardizata si aceasta trebuie sa fie perfect centrata. In cazul foliilor, epruvetele au forma dreptunghiulara cu crestatura (asa zis-a forma "pantalon").

15

Modul de lucruSe fixeaza epruveta in clemele dinamometrului si se supune

tractiunii cu viteza constanta pana la rupere. In momentul ruperii se citeste pe scala aparatului sarcina care a provocat ruperea. Rezistenta la sfasiere se exprima ca raportul intre forta de rupere si suprafata transversala a epruvetei (produsul dintre grosime si latimea in zona crestaturii). Rezultatul se exprima ca medie a cel putin 4 incercari.

II.2.5. Determinarea aderentei

Incercarea se realizeaza in cazul produselor stratificate si consta in determinarea fortei de tractiune necesare desprinderii a doua straturi. In cazul in care unul din straturi este textil (tesatura, fire, retea cord) acesta este desemnat sub numele de pliu. Se folosesc doua metode, metoda dnamometrica si metoda cu greutati.

a. Metoda dinamometrica foloseste ca aparat un dinamometru. Epruvetele au forma diferita in functie de produsul supus incercarii, astfel:

In cazul produselor cu suprafata plana (benzi transportoare, piele sintetica, materiale pentru pardoseli) epruvetele au forma dreptunghiulara cu latinmea de 25 ± 0.5 mm si cu lungime suficienta pentru a asigurabdezlipirea pe o distanta de minim 100 mm. Se obtin prin stantare pe directia de calandrare (in cazul insertiilor textile pe directia firelor tesaturii).

In cazul tuburilor se decupeaza inele care apoi se se sectioneaza pe directia generatoarei, se supun aplatizarii sub o sarcina corespunzatoare apoi se obtin epruvete de forma dreptunghiulara, fie prin

16

(a) (b)

Fig. II.1. Forma epruvetelor utilizate pentru incercarea la sfasiere (linia punctata indica pozitia crestaturii): (a)

epruvete utilizate pentru incercarea materialelor termoplastice si elastice; (b) epruvete utilizate in cazul

elastomerilor.

taiere pe directia circumferintei tubului, fie pe directia generatoarei, in functie decum o permite diametrul tubului si cum sunt postate elementele de insertie textila (daca este cazul).

Dupa un interval de conditionare de 24 ore in atmosfera standard de laborator epruvetele se desfac (manual sau cu ajutorul unui cleste, la unul din capete, pe o lungime standardizata, astfel incat sa fie puse in evidenta toate straturile componente. Se introduc in dinamometru, corpul epruvetei fiind fixat in clema fixa iar stratul supus dezlipirii in cea mobila. Se supun dezlipirii pe o lungime de minim 100 mm, incercrea fiind realizata astfel incat axele straturilor prinse in cleme si linia de dezlipire sa se situeze in acelasi plan. Aderenta se exprima ca raport intre forta necesara dezlipirii si latimea epruvetei. De mentionat ca, pe durata dezlipirii, forta necesara sufera o serie de variatii (oscilatii) datorata aderentei diferite in diferite puncte. Din aceasta cauza, forta se exprima ca medie a citirilor la mai multe momente pe intervalul de dezlipire sau ca medie a valorilor in jurul carora oscileaza indicatorul de masura al fortei.

b. Metoda cu greutati este mai rar folosita, fiind utilizata in special in cazul tuburilor. Epruvetele sunt sub forma de inele sectionate pe directia generatoarei pana la adancimea stratului ce urmeaza a fi dezlipit. Acestea se aseaza pe dornuri cu diametrul egal cu diametrul interior al tubului, care se suspenda pe un suport iar pe partea dezlipita a epruvetei se aplica o sarcina impusa, cu ajutorul unei cleme, de care sunt fixate greutati pe un support fixat cu ajutorul unui carlig. Sarcina (constand in greutatea clemei, carligului, suportului si a greutatilor aplicate succesiv pe support) este crescuta pana la dezlipirea stratului. Rezultatul se exprima fie ca sarcina maxima la care straturile nu se dezlipesc intr-un timp dat, fie ca sarcina minima ce produce dezlipirea intr-un timp dat.

II.3. Proprietati termice

II.3.1. Temperaturi caracteristice

Deşi temperaturile (tranziţiile fizice de ordinul II, sau de ordin superior) caracteristice polimerilor sunt Tb, Tg şi Tcu, totuşi în practică se măsoară alte temperaturi. Acest fapt se justifică mai ales prin raţiuni de

17

ordin istoric în dezvoltarea industriei de polimeri. Printre cele mai cunoscute valori ce se determină în mod current, se situează temperatura Martens şi punctul de înmuiere Vicat. În ambele cazuri este vorba de dispozitive specifice cu caracter semiempiric.

Dispozitivul pentru determinarea temperaturii Martens se plasează într-o etuva cu aer cald. Sarcina mobilă se fixează astfel încât să realizeze în epruvetă (de formă standardizată) un efort unitar de încovoiere egal cu 50 daN/cm2. La capătul braţului pîrghiei, la o distanţă de 240 mm de axa epruvetei, se fixează indicatorul pentru măsurarea deformării, care trebuie să permită măsurarea deplasării capătului liber al pîrghiei, pînă la valoarea de 6 mm. Temperatura înregistrată în acest moment se numeşte temperatura lui Martens – vezi şi SR 6174. Este evident că temperatura Martens se apropie de temperatura de tranziţie sticloasă.

Determinarea punctului de înmuiere Vicat are drept scop caracterizarea “înmuierii” polimerilor lineari (rareori reticulaţi) sub acţiunea temperaturii. Principiul metodei constă în măsurarea temperaturii la care un ac de oţel, cu secţiunea de 1 mm2, încărcat cu o sarcină de apăsare, pătrunde cu 1 mm într-o epruvetă de polimer (fie material termoplastic, sau ebonită). Temperatura corespunzătoare (în 0C) se numeşte punct de înmuiere Vicat (fig. II.2.). În funcţie de sarcina cu care este încărcat acul, distingem două variante: A = 1 kgf; B = 5 kgf. Varianta care trebuie aplicată în fiecare caz în parte se indică în standardul (sau norma internă referitoare la material) corespunzător.

Aşa cum s-a menţionat anterior, una din temperaturile caracteristice polimerilor este “temperatura de sfărâmare” sau “brittle point” notată cu Tb. În practică, temperatura Tb se măsoară sub denumirea de “temperatură de fragilitate la frig” (SR- 6129). Principiul metodei constă în determinarea temperaturii la care 50% din epruvetele încercate prezintă fisuri, sau ruperi (dupa încercarea la şoc). Standardul menţionat descrie aparatul recomandat. Mediul de lucru este alcoolul etilic, răcit treptat cu ghiaţă carbonică.

18

II.3.2. Indicele de fluiditate

În cazul polietenei, sau a copolimerilor săi, indicele de fluiditate (IF) reprezintă cantitatea de material (în grame), presată în decurs de 10 minute la temperatura de 1900C, printr-o filiera normală sub o anumita sarcină. In cazul polipropilenei principiul este acelasi dar se modifica fie temperatura de lucru fie sarcina sub care se face masuratoarea. În figura 3 se prezintă o secţiune printr un aparat pentru determinarea indicelui de fluiditate. Modul de lucru rezultă din examinarea figurii menţionate.

Determinarea indicelui de fluiditate se execută in doua variante: A – materiale cu IF de la 0,15 pînă la 25; B – materiale cu IF de la 25 pînă la 250.

Metoda este des utilizata in domeniul prelucrarii maselor plastice deoarece permite exprimarea, cu ajutorul unei singure marimi, a mai

19

Figura II. 2. Schema unui dispozitiv pentru determinarea punctului Vicat:

1.Tijă; 2. Penetrator; 3. Scală; 4. Greutate standardizată;

5. Nivelul lichidului pentru termostatare.

multor caracteristici (masa moleculara, grad de ramificare, dimensiunea ramificatiilor, indicele de polidispersie).

II.3.3. Determinarea stabilitatii termice a PVC si copolimerilor inruditi

Stabilitatea termica a PVC, copolimerilor clorurii de vinil sau a amestecurilor pe baza de PVC se defineste ca fiind timpul in minute din momemtul in care produsul este supus unei temperaturi date pana in momentul in care incepe degajarea acidului clorhidric. Detectarea acestuia se face cu ajutorul unei hartii imbibate cu rosu de Congo ce este suspendata deasupra unei eprubete ce contine amestecul de incercat, sub

20

Figura II.3. Dispozitiv pentru măsurarea indicelui de fluiditate conform SR 9047:

1.Cilindru de oţel; 2. Piston; 3. Repere; 4. Termometru cu mercur; 5.Filieră standardizată; 6. Greutate

interschimbabilă; 7. Degajare; 8. Sistem de fixare;

9. Cilindru interior.

forma de pulbere, granule sau bucati taiate fin din filme, folii, obiecte finite. Incalzirea se face prin introducerea eprubetei cu proba intr-o baie de ulei incalzita la 160±1ºC, 180±1ºC sau 200±1ºC.

II.4. Proprietati de exploatare

In acest capitol se vor prezenta o serie de teste standard ce umaresc comportamentul produselor polimere in conditiile uzuale de utilizare. Evident, procesele ce se petrec pe perioada de viata a produselor sunt relativ lente, iar in laborator se simuleaza acest comportament dar in mod accelerat. In afara acestui tip de teste, pentru produsele complet noi este posibila si testarea efectiva in conditii de utilizare, dar acest lucru implica perioade mari de timp, de obicei de ordinul anilor.

II.4.1. Determinarea rezistentei la imbatranire accelerata

Incercarea la imbatranire consta in compararea rezultatelor incercarilor mecanice inainte si dupa imbatranirea (naturala sau accelerata) a produselor si exprimarea rezultatelor sub forma de pierdere/castig de proprietate (procentual). In general prin imbatranire scad modulul de elasticitate, rezistanta la tractiune, alungirea la rupere in timp ce duritatea intregistreaza o crestere. In afara indicilor fizico-mecanici, imbatranirea duce si la modificarea aspectului suprafetelor (fisuri, zone intarite sau inmuiate, etc.).

Pentru realizarea fenomenului de imbatranire accelerata exista mai multe metode, si anume:

a. Metoda termostatului cu aer cald consta in determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale epruvetelor inainte si dupa expunerea lor, in etuva, la actiunea aerului, la presiune atmosferica, in conditii de temperatura si durata stabilite. Epruvetele au forma si dimensiunile impuse de standardele pentru incercarile mecanice ce urmeaza a fi realizate dupa imbatranire (mai multe la numar, dupa cum o prevede standardul incercarii mecanice) si conditionate adecvat. Un set similar de epruvete se supune incercarilor fara imbatranire (in nici o situatie nu se accepta incercarea acelorasi epruvete inainte si dupa imbatranire, indiferent de metoda de imbatranire). Etuva utilizata trebuie sa aiba capacitatea astfel aleasa incat volumul epruvetelor sa nu depaseasca 10 % din spatiul liber al etuvei, sa permita circulatia aerului cald cu viteza redusa (3-10 reimprospatari pe ora) in directie ascendenta iar termometrul sau termocuplul sa fie montat in centrul spatiului in care sunt dispuse epruvetele. Epruvetele (carora li s-a masurat in prealabil grosimea) sunt

21

introduse in epruveta pe suporturi astfel incat sa fie indepartate la cel putin 10 mm una de alta si la 50 mm fata de peretele etuvei. Este de preferat ca in etuva sa fie introduse doar epruvete confectionate din acelasi material, deoarece unii componenti volatili ai amestecurilor pot migra, in curent de aer cald, de la o proba la alta.

Imbatranirea se realizeaza la o temperatura data (de exemplu pentru elastomeri temperaturile de imbatranire pot fi 70 ± 1 º C, 100 ± 1 º C, 125 ± 2 º C, 150 ± 2 º C, 175 ± 2 º C, 200 ± 2 º C, 250 ± 3 º C) si pe o durata impusa (24, 72, 168, 240 ore sau multiplu de 168 ore).

Dupa imbatranire epruvetele se conditioneaza timp de 16 ore pana la 6 zile apoi se supun incercarilor fizico-mecanice.

b. Metoda cu oxigen sub presiune consta in expunerea epruvetelor la actiunea oxigenului sub presiune in conditii de temperatura si durata precizate. Se foloseste o camera de oxigen sub presiune, cu pereti grosi, din otel inoxidabil, prevazuta cu o placa de siguranta care sa reziste la 35 atm si cu un manometru. Camera este imconjurata de un fluid (apa, aer) care sa permita mentinerea constanta a temperaturii (70 ± 1 º C). Dispunerea epruvetelor in interiorul camerei se face vertical, astfel incat sa fie expuse la oxigen pe toata suprafata. Acestea nu trebuie sa fie in contact una cu alta si nici cu peretii camerei. Incercarea are loc la o temperatura data si o presiune a oxigenului standardixata (pentru elastomeri 21 atm si 70 ± 1 º C). Dupa incheirea perioadei de incercare (24 ore sau un multiplu al acesteia) se reduce presiunea oxigenului progresiv iar epruvetele se supun conditionarii 16 ore pana la 6 zile apoi se supun incercarilor mecanice.

c. Imbatranirea sub actiunea radiatiilor ultraviolete consta in expunerea epruvetelor la actiunea radiatiilor solare cu intensitate marita a radiatiilor ultraviolete (u.v.) Criteriul principal de evaluare a rezistentei la lumina este diminuarea alungirii si rezistentei la rupere, alaturi de observarea suprafetei (a adancimii crapaturilor). Sursa de lumina este un arc electric produs intre doi electrozi de carbune (astfel incat sa se obtina un spectru asemanator cu cel solar dar mai bogat in radiatii u.v.) Aparatul trebuie sa fie prevazut cu o instalate de control a intensitatii luminoase. Epruvetele se monteaza pe rastele sub sursa luminoasa, la un unghi de 30º fata de verticala. Temperatura de lucru este standardizata.

d. Imbatranirea in aer umed se realizeaza pentru a simula conditii tropicale (caldura combinata cu umiditate). In acest sens se foloseste o camera climatica compusa dintr-o camera de control (unde sunt montate ventilatoare pentru circulatia aerului, traductoare de temperatura, dispozitive pentru emiterea de radiatii ultraviolete si

22

infrarosii si un psihrometru – dispozitiv pentru masurarea umiitatii), o camera de comanda (continand dispozitive de comutare, masurare, reglare, intregisrtrare, etc.) casmera agregatelor (dispoztiv frigorific, termostat, midificator, releu de control al temoperaturii) si unagregat de racire. Epruvetele, anterior conditionate timp de 24 ore, se introduc in camera de control si sunt supuse alternativ unor cicluri de caldura umeda si radiatii solare. Un ciclu de caldura umeda (24 ore) consta in mentinerea timp de 12 ore la 40ºC si umiditae relativa 95% si 5 ore la 25ºC si umiditate relatica 95%, restul timpului fiind afectat incalzirii si respectiv racirii progresive (ciclul simuleaza alternanta termica zi-noapte). Numarul d ecicluri se stabileste functie de tipul de protectie climataica si categoria de exploatare in intervalul 7 – 56. Atunci cand se impun si cicluri de radiatie solara atunci dupa 24 ore de caldura umeda se intercaleaza 48 ore de radiatie solara (folosind un o lampa similara celei prezentate mai sus). Dupa incercare epruvetele se conditioneaza 60-90 min in atmosfera standard de laborator apoi de supun incercarilor fizico-mecanice.

e. Imbatranirea in conditii normale se realizeaza prin mentinerea epruvetelor suspendate vertical, in aer liber (de exemplu pe acoperis). Durata incercarii se stabileste in functie de conditiile de exploatrare ale respectivului produs sau material.

II.4.2. Determinarea rezistantei la ozon a vulcanizatelor din cauciuc

Incercarea rezistentei la ozon consta in expunerea, intr-o camera etansa, la o temperatura determinata, intr-o atmosfera ce contine o concentratie stabilita de ozon, a epruvetelor alungite static.

Aparatura utilizata se compune din: Camera de incercare – un spatiu etans, termostatat

(temperatura de lucru trebuie sa fie reglabila cu o precizie de ± 2ºC) cu volum de minim 0,1 m3, ales astfel incat volumul epruvetelor si dispozitivului de prindere sa nu depaseasca 1/10 din volumul camerei, prevazuta cu sistem de iluminare, termometru, ventilator pentru omogenizarea aerului ozonizat si ferestre de observare a epruvetelor.

Sursa de aer ozonizat – un tub cu descarcari electrice sau o lampa de radiatii ultraviolete. Reglarea concentratiei de ozon se face prin modificarea dimensiunii electrozilor in primul caz sau prin variatia tensiunii aplicata lampii in cel de-al doilea caz. Este posibila si varierea debitului de aer sau diluarea aerului ozonizat.

23

Suport rotativ pentru epruvete, perforat pentru a permite circulatia aerului ozonizat. Viteza de rotatie este de 2 rot/min.

Dispozitiv pentru reglarea vitezei medii de circulatie a aerului ozonizat (viteza minima impusa este de 8 mm/s).

Mijloace pentru determinarea concentratiei ozonului. Principala metoda consta in absorbtia O3 intr-o solutie tampon de KI si dozarea I2 cu tiosulfat de sodiu conform reactiilor:

Epruvetele sunt de forma paralelipipedica cau latimea de 10 mm, grosimea de 2 mm si lungimea portiunii dintre cleme inainte de tensionare de 40 mm, obtinuta prin vulcanizare (nu se admit epruvete obtinute prin taiere sau polizare). Portiunea fizata intre cleme trebuie acoperita cu un lac rezistent la ozon, de exemplu pe baza de polietilena sulfoclorurata. Epruvetele sunt supuse conditionarii minim 16 ore. Conditionarea se face la alungirea impusa, in conditii standard de laborator.

Incercarea se realizeaza prin introducerea suportului cu epruvetele alungite (alungirile uzuale sunt 10, 20 respectiv 40%)si conditionate in camera de ozon, la oconcentratie a ozonului intre 50±5 ppm si 200±20 ppm, la temperatura de 30±2ºC. Epruvetele se examineaza pentru observarea aparitiei fisurilor (utilizand o lupa cu putere de marire de 7:1) dupa 2, 4, 8, 16, 24, 48, 72, 96 ore. Rezultatul se exprima ca durata de timp de expunere fara aparitia fisurilor.

II.4.3. Determinarea rezistentei la solventi si agenti chimici

Natura incercarilor grupate sub titlul general de mai sus depinde mult atat de natura materialului supus incercarii (termoplastice, elastomeri, fibre sintetice) cat si de destinatia finala a produsului finit. Este evident ca fiecare produs va fi incercat in mediile in care este probabil sa functioneze in conditii normale de utilizare. In cele ce urmeaza sunt prezentate cateva exemple de teste de rezistenta atat la gonflare cat si la actiunea unor medii reactive.

a. Determinarea rezistentei la solventi a vulcanizatelor din cauciuc consta in determinarea caracteristicilor fizico-mecanice inainte si dupa imersiia in lichide. Se masoara variatia volumului, a dimensiunilor liniare, a masei specifice, a rezistentei si alungirii la rupere, a modulului si duritatii dupa imersie.

Mediile de imersie utilizate sunt prevazute in standarde, norme interne si caiete de sarcini si sunt alese in functi de natura lichidelor cu

24

care vine in contact in timpul utilizarii prousul finit. In afara solventilor puri (hidrocarburi aromatice sau alifatice) se pot folosi si medii de imersie standard, ce sunt amestecuri de solventi organici sau uleiuri. Epruvetele sunt de forma si dimensiunile aeferente incercarii pentru care se compara rezultatele conditionate in prealabil minim 3 ore in atmosfera standard de laborator. Imersia se realizeaza fie in vase inchise etans (cu capac) fie in pahare Berzelius acoperite, timp de 24 ore, 72 ore, 3 zile, 7 zile si multipli de 7 zile. Temperatura de lucru poate fi cea ambianta sau mai ridicata in cazul in care acest lucru este specific conditiilor de exploatare a produsului.

Dupa expirarea perioadei de imersie epruvetele se scot din lichidul de incercare iar daca este cazul se racesc prin introducere intr-un vas cu solvent de imersie proaspat, timp de 30-60 min, in atmosfera standard de laborator apoi se elimina surplusul d elichid fie prin tamponare usoara cu o hartie de filtru (in cazul lichidelor volatile) fie prin spalare cu un lichid volatil urmata de stergere cu hartie de filtru, apoi sunt supuse cantaririi, masurarii dimensiunilor sau incercarilor mecanice. Rezultatele se exprima ca difernta procentruala fata de valoarea anterioara imersiei.

b. Determinarea rezistentei materialelor termoplastice la actiunea agentilor chimici. Metoda consta in imersarea completa in agentul chimic lichid sau solutia acestuia, la o temperatura si pe o durata de timp stabilite, si verificarea aspectului, masei si dimensiunilor inainte si dupa imersare.

Epruvetele sunt obtinute prin formare, injectie sau compresiune si au forma unor discuri cu diametrul de 50±1 mm si grosimea de 3±0.2 mm. Acestea sunt supuse conditionarii la 23±2º C si umiditate relativa 50±5% timp de 88 ore. Inainte de imersare epruvetele se cantaresc la balanta analitica si li se masoara dimensiunile cu ajutorul unui micrometru sau subler.

Temperatura de incercare depinde de conditiile de exploatare ale produsului si se alege din urmatoarea lista: 0±1ºC, 23±2ºC, 40±2ºC, 50±2ºC, 70±2ºC, 80±2ºC, 100±2ºC,125±2ºC, sau valori superioare, al inmterval de 25ºC. Durata de incercare este de 1 sau 3 zile sau 1, 2, 4, 8, 16, 26, 52 si 78 saptamani.

Imersarea se realizeaza in recipiente inchise in care se introduce agent chimic in volum de 8 cm3/epruveta. In cazul in care probele au tendinta de dizolvare sau contin substante extractibile, volumul de agent chimic trebuie sa fie de minim 20 cm3/epruveta. Daca durata incercarii depaseste 7 zile, agentul chimic se reimprospateaza saptamanal. Agentii chimici sau solutiile de agenti chimici cel mai frecvent utilizate sunt prezentati in tabelul 2.

25

Dupa terminarea incercarii probele imersate in solutii apoase se spala cu apa distilata, cele imersate in lichide nevolatile se spala cu lichide volatile inerte apoi se sterg cu hartie de filtru sau cu o tesatura uscata, dintr-un material care nu lasa scame, apoi se cantaresc si li se masoara dimensiunile. In cazul in care incercarea urmareste determinarea componentelor extrase in timpul imersarii, atunci epruvetele se usuca in etuva la 50±2ºC, apoi sunt cantarite.

Rezultatele se exprima ca pierdere/castig procentual de masa sau dimesniuni.

Tabelul 2. Agenti chimici sau solutii apoase utilizate la incercarea materialelor plastice.

Agent chimic Concentratie(%) Agent chimic Concentratie(%)

Acetat de etil AcetonaAcid acetic glacial

Acid acetic 5

Acid clorhidric

36; 10 Acid azotic 70; 40; 10

Acid sulfuric 93; 30; 3 Alcool etilic 95; 50Alcool metilic Apa distilataBenzen Solutie Na2CO3 20; 2Solultie NaCl 10 DimetilformamidaEter etilic HeptanSolutie NaOH 60; 10; 1 PerhidrolPetrol lampant Tetraclorura de carbonToluen Ulei de transformatorUlei alb

c. Determinarea pierderilor de plastifiant prin metoda cu carbune actIII. Metoda urmareste determinarea pierderilor de plastifiant dintr-un material termoplastic, prin volatilizare, in conditii stabilite de timp si teperatura si in prezenta de carbune actIII. Se folosesc epruvete sub forma de disc, cu diametrul de 50±1 mm si grosime 1±0.1 mm, anterior cantarite. Pe fundul unei cutii metalice cilindrice cu diametrul de 100 mm se depun cca. 120 cm3 carbune activ (cernut si uscat sub vid la 70ºC pana la masa constanta, apoi epruvetele, alternanbd cu cate un strat de carbune activ de 120 cm3. Cutia se inchide cu un capac si se introduce intr-o baie termostatata la 70±1ºC, timp de 24 ore. Dupa incercare epruvetele se recantaresc iar pierderea de plastifiant se exprima procentual.

26

II.4.4. Determinarea rezistentei la uzura (abraziune)

Metodele de laborator pentru determinarea rezistentei la uzura incearca sa stabileasca acele conditii de incercare care sa asigura conditii cat mai asemanatoare cu cele din exploatare in privinta tipului de deformare suferita de produs, a marimii sarcinii ce actioneaza asupra acestuia, a tipului de uzura, a vitezei de deformare, etc. Uzurometrele au constructii diferite dar se bazeaza pe principiul frecari unei prbe de polimer pe o suprafata abraziva. Rezultatele incercarilor se pot exprina in doua moduri:

ca rezistanta la abraziune reprezentand volumul pierderilor in urma uzurii;

ca indice de abraziune prin raportarea rezultatelor la cele obtinute folosind un amestec standard.

a. Determinarea rezistentei la abraziune folosind uzurometrul Akron

Metoda consta in rotirea unei epruvete pe suprafata unui disc abraziv urmata de cantarire si exprimarea reztatelor ca procent de pierderi. Epruvetele au forma de rondele gaurite (in vederea fixarii in aparat) si planul de rotatie este inclinat la 15º sau 25º fata de planul discurilor. Forta de apasare este de 4.5 kgf iar numarul de rotatii ale discului este standardizat (intre 125 si 4000). In timpul incercarii proba este periata pentru indepartarea prafului rezultat.

b. Determinarea rezistentei la abraziune folosind uzurometrul Du Pont

Uzurometrul Du Pont consta intr-un disc vertical imbrcat cu hartie abraziva ce se roteste uniform cu viteza de 34-40 rot/min. Se utilizeaza 2 epruvete cu sectiunea patrata montate la capatul unei parghii care asigura cintactul intre intreaga suprafata a epruvetei si suprafata de uzura. Greutatea cu care este apsata proba este de 3.82 kg. suprafata abraziva se curata continuu prin suflare cu aer comprimat uscat si lipsit de impuritati. Incercarea se realizeaza pe o durata de timp standardizata (intre 0.5 si 16 min) iar indicele de abraziune se determina ca raport intre pierderea volumetrica a probei de analizat si piederea volumetrica a unui amestec standard.

c. Determinarea rezistentei la abraziune folosind uzurometrul Schopper

27

Metoda urmareste sa imbunatateasca reproductibilitatea incercarilor, slaba in cazurile anterioare datorita modificarii calitatii suprafetei abrazive prin lipirea particolelor de materila rezultate din uzura probei. In cazul uzurometrului Schopper, proba parcurge –pe toata durata incercarii – o portiune neutilizata a suprafetei abrazive. In acest sens se foloseste un cilindru rotativ orizontal imbracat cu hartie abraziva pe suprafata caruia este apasata proba cu ajutorul unui brat aflat in miscare in lungul generatoarei cilindrului; in consecinta proba parcurge un traseu elicoidal pe suprafata laterala, abraziva, a cilindrului. Proba este de forma cilindrica. Viteza de rotatie a suprafetei abrazive este de 40 rot/min iar drumul parcurs de epruveta este de 400 mm la o rotatie. Inaintarea suportului epruvetei este de 4 mm la fiecare rotatie a cilindrului. Lungimeqa totala a traseului pentru o incercare este de 40 m (100 rotatii).

II.5. Incercari in conditii dinamice

Incercarile dinamice se refera la situatia in care viteza cu care are loc experimentul este suficient de mare incat materialul sa nu se poata relaza intre doua modificari semnificative a starii sale. Din aceasta categorie fac parte atat incercarile la soc cat si cele de tip oscilant (repetarea rapida a unor cicluri incarcare/descarcare).

II.5.1. Rezistenta la soc

Modul de determinare a rezistentei la soc depinde atat de natura materialului supus incercarii (rigid sau elastic) cat si de tipul produsului confectionat din materialul respectIII. In cele ce urmeaza vor fi prezentate cateva metode des utilizate in industrie.

a. Determinarea rezistentei la incovoiere prin socMetoda se foloseste in cazul produselor din materiale rigide

(termoplastice sau termoreactive) si este definita ca lucrul mecanic consumat pentru ruperea unei epruvete prin incovoiere in timp scurt, raportata la suprafata epruvetei.

Epruvetele folosite sunt paralelipipedice, fara crestatura sau cu crestatura (fig. 1.5).Dimensiunile paralelipipedului sunt lungime 120±2 mm, latime 15±0.5 mm si grosime 10±0.5 mm sau lungime 50±1 mm, latime 6±0.2 mm si grosime 4±0.2 mm Crestatura are forma de U, orientata perpendicular pe axa epruvetei. si cu adancimea de 1/3 din grosimea epruvetei.

28

Aparatura este formata dintr-un pendul prevazut cu un ciocan pendular de lovire a epruvetei de 10 kgf, respaciv 40 kgf. Ciocanul loveste proba in sensul prezentat in figura iar dupa rupere basculeaza in partea opusa. Un dispozitiv cu ac si cadran permite masurarea inaltimii de urcare a ciocanului. In absenta epruvetei, ciocanul urca pana la o inaltime foarte apropiata de cea de la care a cobarat (diferenta fiind datorata frecarilor). In prezenta probei, o parte din energia pendulului este absorbita pentru a prduce ruperea, iar inaltimea de urcare este mai redusa. Scala permite citireas directa a lucrului mecanic de rupere. Rezistenta la incovoiere prin sco se determina ca raport intre lucrul mecanic de rupere si sectiunea activa (v. fig. II. 4). Este utila si examinarea raportului intre rezistenta la incovoiere a epruvetelor cu si fara crestatura, in vederea evidentierii rolului eventualelor fisuri sau defecte ale produselor incercate.

b. Determinarea rezistentei la soc a foliilorMetoda consta in stabilirea masei care, in cadere libera, provoaca

ruperea a 50% din epruvetele incercate, in conditii determinate. Epruvetele sunt portiuni de folie fara fisuri, cute sau alte defecte ce sunt imobilizate intr-un dispozitiv de prindere in pozitie orizontala. Corpul care provoaca ruperea este de forma semisferica si permite adaugarea de greutati aditionale. Corpul este lasat sa cada deasupra foliei de la o inaltime determinata. Se realizeaza un numar mare de incercari (minim 20) la greutati variabile, pana in momentul in care se obtin 50% ruperi. Calculul greutatii minime de rupere se face pe baze statistice.

c. Determinarea elasticitatii la soc a cauciucului vulcanizatElasticitatea reprezintă proprietatea de revenire la forma şi

dimensiunile iniţiale odată cu îndepărtarea efortului deformator. După cum se ştie, elastomerii (polimeri aflaţi la temperaturi superioare temperaturii de tranziţie sticloasă) manifestă înaltă elasticitate, de natură cinetică, entropică, spre deosebire de elasticitatea tip oţel, ce prezintă o natură entalpică. Totuşi, elasticitatea materialelor polimere reprezintă o

29

sens percutie

Figura II.4. Forma epruvetei crestate pentru incercarea la soc.

mărime ce se măsoară cu aparate "tradiţionale”. Acestea se bazează pe principiul pendulului, iar ceea ce se măsoară de fapt, este transformarea energiei potenţiale în energie cinetică şi lucru mecanic de deformare (ce se disipează sub formă de energie internă suplimentară).

Astfel (metoda Izod), conform SR 5570, energia potenţială iniţială a pendulului este 5 kgf·cm; pe o scală gradată se măsoară înălţimea de revenire a pendulului după ciocnirea cu epruveta de cauciuc. O variantă a metodei constă în utilizarea pendulului Lüpke (SR 9055). Pendulul este compus dintr-o bară cu masa de 350 g, avînd capătul de lovire de forma unei emisfere cu diametrul de 12,5 mm. Bara este suspendată prin patru fire subţiri, astfel încât aceasta să rămînă în poziţie orizontală atunci cînd pendulul descrie un arc de cerc cu raza de 2 m.

II.5.2. Rezistenta la flexiuni repetate si propagarea fisurilor

Indoirea repetata a cauciucului vulcanizat produce aparitia in material a unor fisuri slab vizibile sau a unor punte slabe, ce devin puncte de concentrare a tensiunilor. Datorita caracterului oscilatoriu al deformatiei, maximele locale ale tensiunii nu se pot echilibra si provoaca cresterea progresiva a microfisurilor conducand la distrugerea materialului.

Epruvetele utilizate pentru incercare au forma unor fasii cu lungimea activa de 75 mm si cu o adancitura centrala. Aparatul utilizat (flexometrul De Mattia) este format dintr-un cadru in care se fixeaza doua randuri de cleme (mobile si fixe) montyate pe o bara orizontala. Clemele mobile pot efectua o miscare alternativa in directie verticala, provocand astfel indoirea repetata a epruvetelor. Dupa pornirea aparatului de urmareste, la intervale regulate (dupa un numar dat de cicluri) aparitia primelor fisuri. Acestea sunt comparate cu o scala standard cu 10 gradatii, astfel:

Grad A – aparitia catorva fisuri imprastiate, vizibile cu ochiul liber, in zona centrala a epruvetei.

Grad B – numar mai mare de fisuri, fara insa ca acestea sa inainteze in adancime.

Grad C – fisuri cu o oarecare adancime si avand latimea egala cu lungimea (forma standard de fisurare).

Grad D - fisuri concentrate pe linia centrala.Grad E - fisuri de 1-2 mm lungime si latime 2/3 din lungime – este

gradul cel mai inaintat admis drept satisfacator pentru o proba.Grad F - crapaturile s-au unit intr-o fiura larga, situata in centrul

epruvetei.Grad G – marginile crapaturii ajung pana aproape de margimile

adanciturii de pa epruveta.

30

Grad H, J, K – marginile crapatuirii ajung pana cuprind toata latimea epruvetei.

Rezistenta la flexiuni repetate se exprima prin numarul de kilocicli necesari reproducerii unei fisuri de grad C sau prin logaritmul zecimal al acestui numar.

II.5.3. Rezistenta la intinderi repetate

Incercarea se realizeaza pentru amestecurile de cauciuc ce trebuie sa posede o elasticitate deosebita. Metoda consta in determinarea rezistentei la intinderi repetate, la o alungire data (de obicei mai redusa de 25% in valoarea alungirii la rupere) iar rezultatul se eexprima ca numar de deformatii necesare pentru aparitia fisurilor (se foloseste scala cu 10 gradatii de mai sus) sau distrugerea epruvetei.

Aparatul utilizat este flexometrul De Mattia, la care se modifica distanta intre clemele mobile si cele fixe astfel incat epruvetele sa fie alungite atunci cand distanta dintre cleme este maxima. Epruvetele au forma de haltera sau de benzi longitudinale.

II.5.4. Rezistenta la compresiuni repetate

Metoda urmareste compararea cantitatii de caldura generata si a caracteristicilor de oboseala a amestecurilor din cauciuc atunci cand sunt supuse compresiunilor repetate. De mentionat ca in acest caz nu exista o corelare directa intre conditiile de laborator si cele de exploatare; totusi metoda permite obtinerea de concluzii privind comportarea pe durata serviciului a produselr vulcanizate.

In general, proba consta in supunerea unei epruvete din cauciuc la o comprimare rapida, in conditii determinate, si in masurarea revenirii si cresterii temperaturii epruvetei, a schimbarilor de dimensiuni si a timpului necesar distrugerii probei.

Aparatul utilizat este flexometrul Goodrich. Acesta poate aplica o sarcina definita, cu o frecventa ridicata, la o amplitudine ridicata. Incercarea se poate face fie la sarcina constanta fie la deformare (comprimare) constanta. Aparatul este format din doua platoruri izolate termic, cel superior fiind in contact (prin intermediul unei parghii) cu un excentric ce se roteste cu viteza de 1800 rot/min, producand sarcina oscilanta. Este de asemeni prevazut cu un dispozitiv micrometric pentru masurarea deformarii si un termocuplu plasat in centrul platoului inferior pentru determinarea temperaturii probei. Flexometrul poate fi prevazut si cu o camera de incalzire pentru incercari la temperaturi mai mari decat cea ambianta. Valoarea deformatiei se stabileste cu ajutorul unui calibru pe baza caruia se regleaza cursa platoului mobil. Epruvetele folosite sunt

31

cilindrice, cu inaltimea de 25.4 mm si diametrul de 17.8 mm. Incercarea poate avea fie o durata determinata (pana cand nu se mai observa o crestere a temperaturii, fapt echivalent cu distrugerea epruvetei) fie se poate conduce pana in momentul aparitiei fisurilor (conform scarii prezentate anterior), fiind determinat numarul de cicluri de comprimare necesare.

II.5.5. Rezistenta la incovoiere si la torsiune repetata

Principiul incercarii consta in supunerea unei epruvete cilindrice din cauciuc la actiunea concomitenta a unor forte de incovoiere si torsiune: in acest scop epruveta este incovoiata dupa un anumit unghi si inaceasta pozitie esre rotita cu o viteza de 950 rot/min. Materialul este supus succesiv la eforturi de intindere si compresiune datorate deformatiei de incovoiere. La aceste deformatii iau parte toate straturile materialului, trecand succesiv prin zona tensiunilor maxime la intindere si compresiune.

Aparatul utilizat este un electrometor pe al carui ax este fixat unul din dispozitivele de prindere ale epruvetei si un lagar in care se roteste al doilea dispozitiv de prindere. Lagarul gliseaza pe un ghidaj arcuit si poate fi fixat la un unghi oarecare fata de axul motorului.

Epruvetele au forma cilindrica cu inaltimea de 100 mm si diametrul de 20 mm prevazute cu un canal central cu diametrul de 4 mm in care se introduce un termocuplu pentru masurarea temperaturii in timpul determinarii. Daca se doreste reducerea duratei inceracrii, la mijlocul inaltimii epruvetei se face o crestatura inelara cu adancimea de 0.4 mm. Rezultatul incercarii se exprima ca numar de cicluri sau timp (in ore) necesar distrugerii epruvetei. O alta marime caracteristica o constituie alungirea relativa a stratului exterior al epruvetei (in %), calculata cu relatia:

= (R1/R0-1)·100unde R1 este raza exterioara a epruvetei neincovoiate iar R0 este raza liniei neutre a epruvetei.

II.6. Incercari specifice materialelor textile(fibre, cabluri, tesaturi)

Acestea pot reprezenta produse finite pentru industria de profil sau pot fi materii prime pentru produse compozite. Determinarile uzuale includ:

Determinarea sarcinii si alungirii la rupere a firelor se realizeaza folosind un dinamometru avand urmatoarele caracteristici:

32

distanta intre cleme de 500 mm, viteza de deplasare a clemei mobile reglabila astfel incat timpul mediu de rupere sa fie de 20 ± 3 sec, precizia de indicare a sarcinii de rupere sa fie de ± 1 % iar a alungirii de ± 1 mm. Firele supuse incercarii se conditioneaza anterior in atmosfera standard de laborator (temperatura 20 ± 2 ºC si umiditate relativa 65 ± 2 % iar in cazul fibrelor cu umiditate mai mare decat repriza se supun uscarii, la 50ºsi umiditate relativa de maxim 25%. Repriza reprezinta adosul de apa la materialul uscat pana la masa constanta si este stabilita in functie de natura fibrei (de exemplu 8.5% pentru bumbac, 13% pentru viscoza si 5% pentru poliamide). Incercarea propriu-zisa consta in determinarea sarcinii de rupere (in gf sau kgf) si a alungirii relative la rupere. (STAS 7272-65).

Masurarea umiditatii relative a unui material textil consta in determinarea continutului de apa raportat la masa materialului uscat. Se realizeaza prin cantarirea, la balanta analitica, a unei probe de material inainte si dupa uscare in etuva la 105-110 ºC. Uscarea se realizeaza pana cand diferenta intre doua cantariri succesive, realizate la interval de 20 min, este mai mica de 0.1%. (STAS 7691-66)

Determinarea masei specifice a tesaturilor se realizeaza folosind probe (epruvete) de forna patrata, cu dimensiunile de 100 x 100 mmm decupate folosind un sablon si cantarite la balanta analitica. Masa specifica reprezinta raportul intre masa in grame si suprafata probei, exprimata ca o medie a valorilor obtimnute pentru 10 probe prelevate din portiuni diferite ale tesaturii.

Desimea tesaturilor reprezinta numarul de fire din urzeala sau batatura existent pe o lungime de 10 cm tesatura. Determinarea se poate face fie prin numarare (eventual folosind o lupa) sau prin destramare. Se exprima ca medie a determinarilor pe mai multe esantioane.(STAS 6140-60)

Determinarea sarcinii si alungirii la rupere a tesaturilor se realizeaza similar cu cazul firelor cu deosebirea ca epruvetele (cu lungime de 500 mm si latime de 300 mm pentru lana si 400 mm pentru alte tesaturi) se decupeaza in cele doua sensusi (al urzelii si bataturii). Inainte de incercare de pe marginile epruvetei se scot fire astfel incat latimea finala ramasa sa fie de 50 mm. Se masoara sarcina si alungirea la rupere si se exprima ca medie a 5 determinari pentru fiecare sens. (STAS 6143-60)

Determinarea finetei firelor se realizeaza prin cantarirea unor lungimi standardizate de fir. Rezultatele se exprima fie ca numar metric (numarul de metri de fir ce cantaresc un gram) fie ca denier (greutatea, in grame, a unui fir de 9000 m) fie ca text (greutatea, in grame, a unui fir de 9000 m). Lungimea firului luat spre analiza depinde de finete si de situeaza intre 200 m pentru fire sub 12.5 tex si 10 m pentru fire peste 200 tex. (STAS 7271-65)

33

III. METODE DE TESTARE MECANICĂ A ÎMBINĂRILOR ADEZIVE

Rezistenţa la solicitări mecanice constituie cea mai importantă condiţie a cărei îndeplinire decide utilizarea îmbinărilor adezive. Standardele de încercări mecanice prevăd forma şi dimensiunile epruvetelor precum şi tipul constructiv al dispozitivelor de testare. În cazul unor situaţii particulare, se pot utiliza norme interne, aplicate de fiecare mare firmă producătoare de adezivi. Deosebirile dintre aceste acte normative nu sunt principiale deoarece principalele metode de testare mecanică beneficiază de recunoaştere universală.

În toate cazurile, se măsoară forţa necesară producerii fracturii, aplicată pe o anumită direcţie faţă de planul peliculei de adezIII. Alternativ, este posibilă măsurarea lucrului mecanic consumat pentru dezlipirea completă a epruvetelor. Pentru a asigura comparabilitatea, în ambele cazuri mărimile măsurate se transformă în mărimi intensive, prin raportare la suprafaţa îmbinării. Unităţile de măsură sunt, în acest ultim caz:

sau

În funcţie de durata solicitării (modul de variaţie în timp a efortului aplicat din exterior), metodele de testare aparţin uneia din următoarele categorii:

Teste la solicitare statică – în aceste cazuri, efortul exterior creşte lent şi monoton până la atingerea limitei de rezistenţă a îmbinării.

Teste la solicitare dinamică – efortul exterior este aplicat brusc la o valoare ridicată, durata solicitării fiind suficient de redusă încât să nu apară fenomene de relaxare sau de disipare de energie.

Alternativ, se pot aplica eforturi oscilante sau pulsatorii, de amplitudine redusă dar cu un număr foarte mare de cicluri, măsurându-se astfel rezistenţa la oboseală a îmbinării.

34

III.1. Teste la solicitări statice

III.1.1. Încercarea la tracţiune

În cazul încercării la tracţiune, se măsoară efortul necesar pentru a produce dezlipirea, aplicat normal pe suprafaţa (de regulă plană) a peliculei adezive. Principiul metodei este prezentat schematic în figura III.1.

Epruvetele pot fi cilindrice, cu suprafaţa îmbinării plană sau conică (figura III.2.) sau paralelipipedice (figura III.3). Tot epruvete paralelipipedice se utilizează şi pentru testarea aderenţei materialelor compozite la metale; figura III.4. prezintă astfel de epruvete utilizate pentru testarea unui compozit de tip "sandwich" cu structură de fagure.

35

F

F

epruvetă

adeziv

Figura III.1. Principiul încercării la tracţiune a

îmbinărilor adezive.

Figura III.2. Epruvete cilindrice utilizate pentru testarea la tracţiune a îmbinărilor adezive.

III.1.2. Încercarea la forfecare

Cea mai simplă modalitate de aplicare a unui efort tangenţial (direcţionat în lungul unei pelicule adezive), constă în folosirea unor epruvete paralelipipedice, lipite prin suprapunere (lap joint) pe o suprafaţă comună (figura III.5.a). În acest caz însă, datorită grosimii epruvetelor, forţa nu va acţiona pe o direcţie perfect suprapusă peste planul lipiturii (linia punctată din figura III.5. a), conducând la apariţia, pe lângă forţele tangenţiale F, a unor forţe normale N ce conduc la deformarea epruvetelor şi apariţia componentelor de despicare (schematizate în figura III.5.b). Pentru a evita aceste fenomene secundare, se folosesc soluţiile prezentate în cazurile (c), (d) şi (e) în figura III.5. În aceste tipuri de îmbinări, tendinţele de formare a cuplurilor de forţe se anulează reciproc, datorită simetriei ansamblului.

Dacă se urmăreşte evidenţierea deformării ireversibile lente, sub efort constant, se poate utiliza un dinamometru pentru realizarea încercării (figura III.6.). Epruveta se menţine într-o cameră termostatată, sub un efort perfect reglat prin jocul presiunilor aerului de ambele părţi ale unui piston de acţionare.

36

37

F

F

F

F

NN

FF

FF

(a)

F

F F

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura III.5. Incercarea la forfecare.(a) principiul metodei; (b) deformarea epruvetelor obtinute prin

suprapunere (lap joint); (c), (d), (e) – metode de obtinere a epruvetelor în care sa se evite deformarea datorata aparitiei fortelor normale.

cameră termostatată

aer

aer

piston

cuplaj

epruvetă

cuplaj

placă fixă

Figura III.6. Dinamometru pentru testarea îmbinărilor adezive.

Tot forfecarea este solicitarea dominantă şi la inversarea sensului de solicitare (figura III.7) dar în acest caz este obligatorie utilizarea de epruvete rigide, pentru a evita apariţia deformaţiilor de încovoiere.

O măsură mai fidelă a rezistenţei la forfecare se obţine prin aplicarea unui moment de torsiune asupra îmbinării adezive. În principiu, se utilizează epruvete cilindrie cu secţiunea plină (figura III.8) sau inelară (figura III.9).

O altă formă constructivă de epruvetă utilizată pentru încercarea la torsiune este prezentată în figura III.10.

Întrucât valoarea rezistenţei, măsurată prin intermediul momentului de torsiune (în unităţi F·L) este puternic afectată de geometria îmbinării, pentru obţinerea specimenelor destinate testării se folosesc dispozitive de calibrare de tipul celui prezentat în figura III.11. Acesta permite realizarea centrării

38

torsiune

adezivFigura III.8. Epruvete cilindrice pline pentru încercarea la torsiune.

Figura III.9. Epruvetă cilindrică inelară

pentru încercarea la torsiune.

(coaxialităţii) perfecte şi formarea unei pelicule de grosime uniformă şi identică pentru toate epruvetele.

III.1.3. Încercarea la jupuire

Încercarea la jupuire (peel test în limba engleză) este folosită pentru măsurarea rezistenţei îmbinărilor între două materiale dintre care cel puţin unul este uşor deformabil (flexibil), de tipul foliilor, filmelor, ţesăturilor, etc.

Dacă cel de-al doilea substrat este rigid (metal, beton, lemn, etc.) atunci materialul flexibil este dezlipit prin tragere sub un unghi de 180° sau 90° faţă de planul îmbinării, conform schemei din figura III.12.

În cazul în care ambele substraturi sunt materiale flexibile, se apelează la schema prezentată în figura III.13., care implică tracţiunea capetelor celor două folii în sensuri opuse, pe aceeaşi direcţie.

Pentru jupuirea sub un unghi de 90° a unei îmbinări între un substrat rigid şi o folie flexibilă se foloseşte dispozitivul prezentat schematic în figura III.14.

39

Figura VI.10. Epruveta pentru

încercarea la torsiune.

diametrul epruvetelor

Figura III.11. Dispozitiv de calibrare pentru epruvete cilindrice.

Cele două specimene (fig. III.14), lipite cu adezivul (3) sunt o bandă de material flexibil (1) şi o epruvetă paralelipipedică (2) din material rigid.

Epruveta rigidă este fixată solidar cu masa glisantă (4) care este antrenată în mişcare orizontală rectilinie şi uniformă (cu viteza w) pe suprafaţa fixă (5), caracterizată de o frecare neglijabilă. Banda flexibilă (1) este tensionată, cu ajutorul clemei (6) sub un unghi de 90° faţă de direcţia de deplasare a mesei mobile. Clema (6) este de fapt dispozitivul de prindere al unui dinamometru de sensibilitate ridicată ce înregistrează în mod continuu forţa necesară jupuirii (F).

În mod alternativ, masa glisantă (4) poate aluneca liber pe suprafaţa (5) sub acţiunea unei forţe F aplicată monoton crescător de către dinamometru până la atingerea pragului de dezlipire (jupuire).

40

F180°

F

F90°

Figura III.12. Principiul încercării la jupuire (peel test) sub

un unghi de 90° sau 180°.

F

Fadeziv

Figura III.13. Încercarea la jupuire a

epruvetelor în care ambele substraturi sunt

flexibile.

Un exemplu de jupuire la un unghi de 180° este cel prezentat în figura III.15. Specimenul supus testării este compus din:

Un paralelipiped din material compozit de tip "sandwich" (numit panel), în care structura de rezistenţă este consolidată de o folie (bandă fixă) cu ajutorul unui adeziv structural.

O folie exterioară flexibilă lipită cu adezivul a cărui rezistenţă la jupuire urmează a fi testată prin tracţiune sub un unghi de 180°.

Pentru măsurarea rezistenţei se foloseşte un dinamometru de tracţiune uzual, care permite solicitarea pe aceeaşi direcţie, dar în sensuri opuse.

În toate testele de jupuire, dacă îmbinarea are dimensiunile (L x l) şi jupuirea are loc pe direcţia lungimii L, sub acţiunea forţei F, atunci lucrul mecanic de jupuire raportat la suprafaţa lipită are expresia:

(F x L)/(L x l)= F/lPentru evitarea suprasolicitării de tip smulgere în zona de iniţiere a

jupuirii, se apelează la utilizarea unor role sau a unor tamburi care permit o racordare mai bună între direcţiile de aplicare a forţei şi planul peliculei adezive.

Cele două metode de testare principale sunt: Metoda tamburului ascendent (figura III.16) Metoda rolelor flotante (figura III.17).

41

F

w

90°

1

23

6

4

5

Figura III.14. Schema de principiu a dispozitivului pentru realizarea testului de jupuire la 90°.

1 – bandă material flexibil; 2 – epruvetă pralelipipedică rigidă; 3 – adeziv; 4 – masă glisantă; 5 – suprafaţă fixă; 6 – dispozitiv de prindere.

În cazul încercării la jupuire cu tambur ascendent piesa principală o constituie tamburul ascendent (climbing drum) a cărui formă este schiţată în figura III.16.A. Principiul metodei de jupuire a foliei flexibile (1) de pe suportul rigid (2) este reprezentat schematic în figura III.16. B. Pe fiecare din discurile laterale ale tamburului este fixată câte o bandă flexibilă şi rezistentă (3) care înfăşuară parţial circumferinţa acestora.

Pe partea centrală a tamburului (de diametru mai redus) se fixează capătul liber al foliei (1) – de fapt o bandă care trebuie jupuită prin dezlipirea adezivului (4) de suportul rigid (5). După fixarea dispozitivului, se tensionează banda cu forţa F producând mişcarea de rotaţie a tamburului. Ca urmare, folia se dezlipeşte de suportul rigid şi se înfăşoară pe cilindrul central al tamburului.

Înfăşurarea progresivă a benzii jupuite (1) pe cilindrul central, simultan cu desfăşurarea benzii elastice(3) impusă de tensiunea F antrenează tamburul într-o mişcare ascendentă în lungul epruvetei fixe (2).

În cadrul metodei rolelor flotante se foloseşte un sistem de două role (5 şi 6 în figura III.17) ale căror axe sunt fixate perpendicular pe placa suspendată (4) dar se pot roti liber în sensul indicat în figură. Linia care uneşte cele două axe ale rolelor face un unghi cu orizontala (de regulă = 45°).

42

Figura III.15. Dinamometru pentru testul de jupuire la 180°.

sistem de prindere

adeziv

Bandă flexibilă

panel

sistem de prindere

F

F

F

F

bandă flexibilă

panel

adeziv fix (structural)

bandă fixă

adeziv supus la testul de jupuire

43

(A)

capete fixe

F

F

(B) 3

2

1 4

Figura III.16. Metoda de testare la jupuire cu tambur ascendent.

(A) – tamburul ascendent (climbing drum).(B) – schema de principiu a modului de realizare a încercarii.

1 – folie flexibila; 2 – suport rigid; 3 – lamela elastica; 4 – adeziv

Figura III.17.Sistem de încercare la jupuire prin metoda cu role flotante.

1 – folie flexibilă; 2 – suport rigid; 3 – adeziv; 4 – placă suspendată; 5,6 - role.

sistem de fixare

F

1

2

3

6

4

5

Pentru realizarea testului, capătul substratului flexibil (1) este îndoit peste rola (5) astfel încât să formeze un unghi de (180-)° cu axa suportului rigid şi este supus acţiunii unei forţe monoton crescătoare F până la iniţierea jupuirii. Pe măsură ce folia (1) este desprinsă de pe suportul rigid (2) - de care a fost iniţial fixată cu adezivul (3) – acesta se deplaseaza liber, ghidat de rola de sprijin (6).

III.1.4. Încercarea la încovoiere

Principiul metodei constă în folosirea unui dublet de epruvete cilindrice sau paralelipipedice lipite fie cap la cap (butt joint) sau prin suprapunere (lap joint). Una din epruvete este fixată iar asupra capătului celeilalte se aplică o forţă perpendiculară pe axa îmbinării. Sistemul este supus unui moment de încovoiere de amplitudine monoton crescătoare, până la fractură. Figura III.18.a. prezintă schiţa solicitării şi tipul de epruvete (cilindrice) pentru o îmbinare cap la cap iar figura III.18.b. principiul solicitării la încovoiere pentru o îmbinare prin suprapunere.

III.1.5. Testul de plesnire la presiune

Principiul metodei este schiţat în figura III.19.Se utilizează două epruvete de tip disc; cea superioară este compactă

iar cea inferioară are un decupaj central de formă circulară, prin interiorul căruia se aplică presiunea asupra îmbinării. Pentru iniţierea dezlipirii, gaura centrală din epruveta interioară este acoperită cu o rondelă de teflon al cărei diametru depăşeşte cu puţin diametrul orificiului de aplicare a presiunii pneumatice. Rezistenţa este exprimată ca valoarea presiunii care produce dezlipirea completă a epruvetei superioare (plesnirea).

44

(a) (b)

Figura III.18. Încercarea la încovoiere a ansamblurilor obţinute prin îmbinare cap

la cap (a) sau prin suprapunere (b).

Testul se aplică în special în situaţiile în care atât epruveta superioară cât şi adezivul sunt materiale flexibile, astfel încât, pe măsura propagării (de la centru spre periferie) a dezlipirii, are loc umflarea părţii superioare a îmbinării. De aceea încercarea se mai numeşte şi probă de umflare sub presiune.

III.1.6. Testul de despicare

Solicitarea la despicare (cleavage în limba engleză) este una din cele mai "dure" probe de rezistenţă statică, întrucât foloseşte principiul suprasolicitării zonale a îmbinării. Aceasta se aplică fie prin simpla tracţiune la capetele epruvetei de formă prezentată în figura III.20.a., fie cu ajutorul unei pene (wedge test) introduse progresiv, sub tensiune constantă, între cele două epruvete (fig. III.20.b.).

45

epruveta superioară

incinta de aplicare a presiunii rondea

teflon

epruveta inferioară adeziv

P

Figura III.19.Principiul testului de plesnire la presiune.

Figura III.20. Testul de despicare (cleavage test).

pană

(a) (b)

III.2. Încercări la solicitări dinamice

III.1.2. Încercarea la şoc

Atât principiul metodei cât şi construcţia aparatului sunt similare cu cele utilizate pentru testarea la impact a materialelor (măsurarea rezilienţei). Diferă numai forma şi natura specimenului supus solicitării; în locul unor epruvete omogene, se folosesc două epruvete paralelipipedice lipite cu un adezIII. Energia impactului produs de lovirea – cu un ciocan pendular – a epruvetei superioare se concentrează pe îmbinarea adezivă şi produce, la limită, fractura acesteia (figura III.21.).

III.1.2. Testarea la acceleraţie

Schiţa aparatului pentru testul de acceleraţie (gun test în limba engleză) este prezentată în figura III.22.

În principiu, ansamblul de solicitare la acceleraţie constă din două ţevi coaxiale dintre care cea superioară are un diametru interior sensibil mai mic decât cel al ţevii inferioare.

În cilindrul inferior culisează liber un piston acţionat pneumatic; pe suprafaţa superioară a pistonului este prinsă solidar epruveta inferioară, cu formă de disc, de acelaşi diametru cu pistonul. Epruveta superioară, fie îmbinată cu adeziv fie constând chiar într-o rondelă de adeziv, are diametrul mult mai redus şi poate fi aruncată (împuşcată) în ţeava superioară (ţintă). Pistonul este împins în sus cu o anumită acceleraţie, dar se opreşte brusc, împreună cu epruveta inferioară, la baza ţintei. Mărind acceleraţia "împuşcăturilor", se găseşte valoarea limită la care rondeaua superioară este smulsă (de către forţa de inerţie) şi aruncată prin ţeava superioară.

46

sistem de fixare epruvetă fixă

adeziv

ciocan pendular

epruvetă mobilă

Figura III.21. Principiul încercării la şoc.

III.1.3. Încercări la solicitări repetate

Încercările de acest tip presupun aplicarea unor eforturi pulsatorii sau alternative de amplitudine redusă sau cel mult medie, dar repetate de un număr mare de ori. Valoarea maximă a solicitării, direcţia faţă de planul îmbinării şi condiţiile testării sunt standardizate iar rezultatele se exprimă ca număr de cicluri suportate până la producerea dezlipirii.

III.1.3.1. Încercarea la flexiuni repetate

În acest test, o îmbinare prin suprapunere este supusă încovoierilor (flexiunilor) repetate conform schemei din figura III.23.

Principiul de funcţionare al aparatelor de testare implică menţinerea capetelor epruvetelor în poziţie fixă şi aplicarea unui efort oscilant perpendicular pe mijlocul suprafeţei îmbinate; se contorizează numărul de cicluri de perioada standardizată T.

III.1.3.2. Încercarea la întinderi repetate

Se testează epruvete îmbinate prin suprapunere, supuse forfecării prin întindere repetată (la aceeaşi amplitudine), conform diagramei din figura III.24.

Dispozitivele de testare permit aplicarea unui efort de întindere la capetele celor două epruvete, urmată de reducerea la zero a încărcării. Se contorizează numărul de cicluri de perioada T până la dezlipirea ansamblului.

Observaţie

47

Figura III.22. Principiul încercării la acceleraţie.ţeava

inferioară

piston

rondelăadeziv

epruvetă solidară cu pistonul

ţintă

p

Testele la solicitări repetate (cele prezentate mai sus şi altele similare) sunt aplicabile numai îmbinărilor flexibile care, în timpul exploatării normale, sunt supuse la solicitări ciclice. Rezistenţa, exprimată ca număr de cicluri până la dezlipire, are o semnificaţie precisă în ceea ce priveşte caracterizarea flexibilităţii îmbinării adezive, fiind o estimare a duratei de

funcţionare.

48

F

T

+Fmax

-Fmax

t

Figura III.23. Principiul încercarii la flexiuni repetate.

F

T

Fmax

t0

Figura III.24. Principiul testării la întinderi repetate.

Observaţii generale Modul de obţinere al îmbinărilor supuse testărilor (metoda de

aplicare, grosimea peliculei, dimensiunile epruvetelor) este specificat în standardele care descriu fiecare dintre metodele prezentate la nivel principial în acest capitol

Intervalul de timp după care se supun încercărilor diferitele tipuri de îmbinare este propriu fiecărui tip de adezIII. Acesta corespunde duratei minime necesare pentru dezvoltarea rezistenţei maxime, respectiv duratei de întărire completă (reacţie chimică, eliminare solvent, etc.).

Întrucât încercările sunt de tip distructiv, epruvetele sunt de unică folosinţă, cu excepţia celor metalice. În acest ultim caz, dacă nu se constată deformări sau fisurări ale epruvetelor, acestea se utilizează după curăţirea completă a peliculelor distruse (îmbibare cu solvent, sablare, degresare, etc)

În mod evident, rezultatele încercărilor au semnificaţii numai dacă sunt calculate ca medii pentru un număr suficient de mare de specimene obţinute şi testate în mod identic şi după eliminarea valorilor eronate. Acestea sunt de regulă cele extreme, cauzate de imperfecţii (într-un sens sau altul) ale modului de obţinere a specimenelor.

49

IV. METODE DE TESTARE A PERFORMANŢELOR

PELICULELOR ORGANICE

IV.1. Noţiuni introductive

Testarea calităţii materialelor peliculogene începe prin caracterizarea materialului lichid destinat aplicării pe suport. Parametrii măsuraţi sunt comuni pentru materialele organice şi macromoleculare lichide, fie ele substanţe pure sau amestecuri: densitate, caracteristici reologice, conţinut de materiale volatile sau de "substanţă uscată", stabilitate la depozitare, etc.

A doua etapă de caracterizare se referă la proprietăţile de aplicare ale peliculogenelor, în forma lor iniţială: capacitate de etalare, grosimea peliculei lichide, durata uscării, etc.

În etapa finală sunt determinate proprietăţile peliculelor întărite, ca metodă de apreciere a performanţelor materialului peliculogen în forma sa finală. În principiu, aceste metode constau în reproducerea anumitor tipuri de solicitări, ce simulează în mod adecvat condiţiile la care sunt expuse peliculele pe durata exploatării normale a obiectelor acoperite. Condiţiile de încercare şi modalităţile de evaluare a rezultatelor sunt stabilite în mod univoc prin acte normative cu valabilitate locală (naţională), regională (europeană) sau internaţională. Numărul relativ mare al acestora este determinat de diversitatea substraturilor (metal, beton, lemn, materiale textile, derivaţi celulozici, polimeri, etc.), a compoziţiei peliculogenelor dar şi de varietatea rolurilor funcţionale ale peliculelor şi de diversitatea condiţiilor de exploatare (date de natura şi intensitatea solicitărilor fizice, chimice şi mecanice la care este supusă pelicula întărită).

Trebuie menţionat că rezultatele testelor realizate atât asupra peliculogenelor în starea lor iniţială cât şi asupra peliculelor finale sunt consemnate în certificatele de calitate ce însoţesc produsele comerciale. Aceste documente constituie probă în justiţie şi sunt utilizate pentru rezolvarea litigiilor între furnizori şi beneficiari, deci este absolut necesar ca testele să fie realizate conform unor standarde acceptate de ambele părţi. Folosirea metodelor standardizate de testare are şi avantajul de a

50

permite compararea performanţelor materialelor propuse de diverşi producători, la nivel internaţional.

În cuprinsul prezentului capitol sunt prezentate câteva dintre cele mai frecvent utilizate metode de caracterizare a peliculelor organice de uz general (ce sunt exploatate în condiţii normale din punct de vedere al mediului de lucru şi al solicitărilor mecanice). Este însă necesar de reţinut că prezentarea nu este nici pe departe exhaustivă, şi fiecare producător sau utilizator de materiale peliculogene trebuie să folosească acele metode de încercare ce sunt specifice materialului peliculogen folosit şi condiţiilor de serviciu ale peliculei.

IV.2. Măsurarea parametrilor peliculelor uscate

Sub acest titlu se regăsesc o serie de metode ce caracterizează peliculele întărite, imediat după formarea acestora, indiferent de condiţiile în care acestea vor fi ulterior exploatate.

IV.2.1. Măsurarea grosimii şi uniformităţii peliculelor

Există mai multe metode de măsurare a grosimii peliculei, principiile unora dintre acestea fiind prezentate în figura IV.1.

Măsurare directă folosind micrometre, comparatoare sau profilometre (fig. IV.1., A).

Metode optice – vizualizarea laterală (fig. IV.1., B), vizualizarea perpendiculară a unui şanţ de geometrie impusă (fig. IV.1., C).

Metode electromagnetice – măsurarea variaţiei de reluctanţa magnetică (pentru substraturi cu proprietăţi magnetice), măsurarea variaţiei frecvenţei şi amplitudinii curenţilor Foucault (pentru metale cu proprietăţi magnetice şi nemagnetice).

Metode cu radiaţii – se bazează pe măsurarea adâncimii de penetrare a radiaţiilor de tip , X, etc

IV.2.2. Determinarea proprietăţilor optice ale peliculelor

Măsurarea proprietăţilor optice ale peliculelor întărite se realizează prin analiza reflexiei normale a unui fascicol de lumină albă, incidentă pe suprafaţa peliculei sub un unghi standardizat. Utilajul folosit este un spectrofotometru. Mărimile măsurate sunt:

Gradul de alb (de galben) pentru vopsele în culori albe sau pastelate.

Culoarea şi tonalitatea – pentru vopsele colorate. Puterea de acoperire şi luciul (luminozitatea).

51

52

t

t

peliculă

substrat

ac palpator al profilometrului

(A)

(B)

t

peliculă

substrat

microscop cu scală micrometrică t

t

peliculă

substrat

cuţit cu fixat

(C)

microscop b t = b·tan ( = 90 - )

Figura IV.1. Măsurarea grosimii peliculelor.

A – cu profilometrul;B – vizualizarea laterală a unei secţiuni şlefuite;C –vizualizarea perpendiculară a şanţului trasat

perpendicular pe planul figurii.

IV.3. Testarea rezistenţei la agresiunea factorilor de mediu (teste de durabilitate)

Durabilitatea unei pelicule se referă la capacitatea unei vopsele de a rezista în timp, cu alte cuvinte de a nu îşi schimba proprietăţile ca urmare a acţiunii factorilor de mediu sau a solicitărilor mecanice. În mare măsură, testarea durabilităţii se reduce la măsurarea rezistenţei faţă de agresiunea factorilor de mediu.

Natura factorilor agresivi şi intensitatea acestora depinde, în mod evident, de natura mediului în care sunt utilizate suprafeţele acoperite cu materiale peliculogene. Acoperirile protectoare care trebuie să reziste în medii lichide sau gazoase extrem de corozive (soluţii apoase de acizi, baze, săruri anorganice sau atmosfere gazoase bogate în SO2, HCl, NO2, etc.) se testează exact la solicitarea mediilor de acest tip. În mod similar, suprafeţele care vin în contact permanent sau frecvent cu lichide anorganice, lichide sau gaze fierbinţi (cu temperatură mai mare de 100°C), cu suspensii abrazive, etc. trebuie să fie testate ca fiind rezistente la astfel de agresiuni.

Pentru suprafeţele exploatabile în condiţii normale (obiecte de interior, zugrăveli interioare sau exterioare, autovehicule, etc.) factorii de mediu ce trebuie luaţi în considerare sunt:

atmosfera normală; lumina solară (cu întreg spectrul, inclusiv radiaţiile ultraviolete); apa lichidă sau vaporii de apă;soluţiile diluate de detergenţi;contactul accidental cu lichide organice; aerosolii (praf, ceaţă, săruri din apa de mare); abraziunea de intensitate redusă;variaţiile de temperatură previzibile pentru zona climatică în care se

utilizează suprafaţa acoperită.

Cel mai relevant test pentru acoperirile destinate exploatării în spaţii deschise (la exterior) constă în expunerea specimenelor la ansamblul factorilor agresivi atmosferici. Testarea in situ presupune plasarea suprafeţelor acoperite cu pelicule în zone geografice caracterizate de amplitudini mari ale variaţiei condiţiilor exterioare şi examinarea periodică a gradului de deteriorare a peliculei. Astfel, testarea în mediu urban are drept scop verificarea rezistenţei la acţiunea aerului poluat (în special cu gaze de ardere); expunerea în zona montană (altitudini de peste 1000-2000 m) se utilizează pentru încercarea rezistenţei la intensitate ridicată a radiaţiilor ultraviolete şi fluctuaţii mari de temperatură iar expunerea în zona litoralului maritim solicită probele la aerosoli salini şi atmosferă umedă în condiţiile intensificării periodice a vântului.

53

În toate cazurile, se are în vedere alternanţa naturală a condiţiilor de solicitare pe termen lung (uscat-umed, lumină-întuneric, cald-rece, etc.) precum şi acţiunea cooperativă a diferiţilor factori agresivi.

Principalul dezavantaj al testării in situ constă în durata mare a programului experimental, care este de minim 1 an (pentru a cuprinde succesiunea tuturor anotimpurilor).

Testarea operativă are ca principiu separarea diferitelor tipuri de solicitări şi expunerea specimenelor la fiecare dintre acestea în parte, în condiţii accelerate. Accelerarea se referă la mărirea amplitudinii (durităţii) factorilor agresivi ca şi al frecvenţei de modificare, în cazul solicitărilor ce au un caracter periodic. Cele mai importante astfel de determinări sunt prezentate în continuare.

Încercarea la îmbătrânire accelerată – constă în menţinerea probelor într-o incintă în care este plasată o lampă de radiaţii UV (uzual o lampă cu xenon, de unde şi denumirea alternativă de "xenotest"); durata perioadelor de iluminare şi întuneric precum şi durata totală de expunere se pot programa astfel încât rezultatul să fie relevant pentru utilizator.

Expunerea la cicluri repetate îngheţ-dezgheţ – este vorba de alternarea de un număr mare de ori (minim 25) a două faze cu durată standardizată: menţinere în apă la 20°C şi respectiv menţinerea într-o incintă răcită la –17°C.

Expunerea la cicluri temperatură-umiditate – constă în alternarea următoarelor faze:

a. Menţinere la temperatura de 20°C într-o atmosferă cu umiditate standardizată (între 80 şi 95%).

b. Încălzire până la o temperatură standardizată (60-70°C), cu o viteză de încălzire dată, şi menţinerea la această temperatură o durată de timp prestabilită.

c. Răcirea (cu viteza dată) la 20°C şi reluarea alternanţei.În anumite teste se pot intercala faze de răcire accentuată (între 20 şi

–10°C) pentru amplificarea efectelor rezultate din fluctuaţiile de temperatură.

Rezistenţa la ceaţă salină se măsoară prin menţinerea epruvetelor, pentru durate prestabilite, într-o incintă în care se pulverizează continuu sau pulsatoriu o soluţie apoasă de NaCl, fără ca jetul de lichid să atingă suprafaţa supusă testării. Se pot utiliza acoperiri compacte sau supuse în prealabil zgârierii (pentru peliculele depuse pe suporturi metalice). În ultimul caz, se are în vedere testarea capacităţii acoperirilor de a frâna procesul de coroziune indus de aerosolii salini, în zonele adiacente metalului expus de-a lungul zgârieturii.

Rezistenţa la caldură umedă cu acţiune continuă se determină ca urmare a menţinerii epruvetelor într-o incintă ce permite reglarea umidităţii

54

în intervalul 80-95% şi temperaturii între 20-60°C, pe durate de timp conform cu standardele în vigoare.

Rezistenţa la temperaturi scăzute este măsurată prin menţinerea în incinte cu temperatură prestabilită (până la –60°C) pe durate de timp predeterminate.

Rezistenţa la solvenţi se testează prin contactarea solvenţilor organici cu suprafaţa peliculei (prin picurare, tamponare, etc.).

ObservaţieÎn cadrul testelor de laborator ce vizează măsurarea rezistenţei la

agenţi agresivi (prezentate mai sus) specimenele expuse mediilor de lucru sunt examinate periodic pentru constatatarea organoleptică a stării suprafeţei. Gradul de deteriorare se decelează folosind un microscop. Fenomenele investigate sunt mătuirea (dispariţia luciului), fisurarea, exfolierea, etc. iar rezultatele sunt utilizate pentru exprimarea calitativă a rezistenţei peliculei la respectivele tipuri de solicitări. O metoda cantitativă constă în contorizarea numărului de cicluri de alternare a condiţiilor sau a duratei de expunerie continuă până la apariţia deteriorărilor de un anumit tip (natura deteriorărilor a căror apariţie este urmărită fiind descrisă în standarde).

Determinarea permeabilitaţii la vapori de apă Se supun testării pelicule ca atare, formate în condiţii bine determinate

şi detaşate de pe suprafeţele-suport. Pelicula astfel obţinută este plasată ca membrana etanşă pe deschiderea unui clopot care conţine o cantitate impusă de material absorbant (silicagel). Ansamblul astfel obţinut este plasat într-o incintă saturată cu vapori de apă (umiditate 95%), la o anumită temperatură. Prin cântărirea periodică a materialului absorbant se determină capacitatea peliculei de a transmite vaporii de apă.

Lavabilitatea peliculelor este una dintre cele mai importante caracteristici utile; se determină folosind în principal două metode de încercare:

a. Rezistenţa (permeabilitatea) la apa lichidă – se testează tot pe pelicule ca atare (detaşate de substrat) care sunt imersate în apă la o anumită temperatură (de regulă 20°C) pe o durată stabilită prin standardele care operează în domeniu. Periodic pelicula este cântărită pentru determinarea absorbţiei de apă (îmbibării).

În cazul vopselelor aplicabile pe materiale microporoase şi hidrofile (beton, tencuieli, etc.) se folosesc epruvete paralelipipedice din respectivele substraturi, care se acoperă complet cu mai multe straturi de vopsea. După uscarea totală a peliculei (atingerea greutăţii constante) se procedează la imersie în condiţii standardizate şi se cântăreşte periodic epruveta acoperită. În acest caz rezultatul include nu numai cantitatea de apă absorbită în peliculă ci şi masa totală de apă transmisă prin peliculă şi absorbită de materialul acoperit.

55

b. Rezistenţa la frecare umedă – În cadrul acestui test, plăcile vopsite sunt supuse frecării cu un burete abraziv special, a cărui suprafaţă este permanent umectată cu o soluţie apoasă de detergent. Aparatura (de diferite tipuri constructive) permite reglarea presiunii materialului abraziv pe suprafaţa vopsită, alimentarea cu soluţie de detergent şi contorizarea numărului de curse efectuate de suportul mobil al buretelui sau periei abrazive. După spălare şi uscare, placa vopsită este cântărită pentru determinarea pierderii de masă.

Evaluarea rezistenţei la abraziune umedă se poate face în două moduri:1. Scăderea procentuală a masei după un anumit număr de curse

(cicluri) ale materialului abraziv pe suprafaţa peliculei de vopsea.2. Numărul de cicluri ale dispozitivului mobil după care s-a atins o

anumită pierdere procentuală de masă.

IV.4. Încercări la solicitări mecanice

IV.4.1. Rezistenţa la abraziune uscată

În cadrul încercării la abraziune uscată, un jet de nisip de compoziţie şi granulaţie standardizată este proiectat perpendicular pe suprafaţa vopsită, sub greutatea proprie, dintr-un tub cilindric fixat la o înălţime dată faţă de suprafaţa totală (fig. IV.2.).

Rezistenţa se exprimă în unul din următoarele moduri: cantitatea de nisip necesară pentru a distruge o unitate de grosime

(1m sau 1 mm); cantitatea de nisip ce distruge complet pelicula, expunând substratul; grosimea peliculei deteriorate de o cantitate fixă de nisip.

IV.4.2. Rezistenţa la lovire

Un corp metalic de masă şi geometrie dată (fig. IV.3.) este lăsat să cadă liber perpendicular pe suprafaţa peliculei (direcţia este asigurată de mişcarea corpului în interiorul unui tub de ghidare). Energia de impact poate fi variată prin modificarea înălţimii de cădere H.

Rezistenţa la impact se exprimă ca înălţimea minimă de cădere ce are ca efect fisurarea peliculei ca urmare a lovirii.

IV.4.3. Încercarea la îndoire pe dorn

Acest test este aplicabil vopselelor depuse pe substraturi metalice şi permite aprecierea flexibilităţii peliculei. Proba constă în încovoierea la 180° a specimenelor de tablă vopsită, în jurul unui dorn cilindric (fig. IV.4.)

56

57

h

nisip

peliculă

substrat

suportul aparatului

Figura IV.2. Schema de principiu a aparatului pentru măsurarea rezistenţei la abraziune uscată.

H

tub de ghidare

corp de lovire

peliculă

substrat

placa suport a aparatului

Figura IV.3. Schema de principiu a aparatului pentru testarea rezistenţei la lovire a peliculelor.

Aparatul este prevăzut cu un set de dornuri cu diferite diametre, variind în intervalul 3-36 mm. Se începe testarea cu dornul cu cel mai mare diametru şi se repetă în ordine descrescătoare a diametrelor dornurilor până la constatarea apariţiei fisurilor superficiale în zona încovoierii. Rezultatele se exprimă ca diametru minim al dornului pe care nu apar fisuri la încovoierea cu 180°.

IV.4.4. Rezistenţa la zgâriere

În cadrul acestui test, pe suprafaţa peliculei glisează un ac ascuţit plasat perpendicular pe aceasta şi apăsat cu o forţă reglabilă şi măsurabilă (figura IV.5.).

La o presiune suficient de mare, acul pătrunde pe o grosime suficientă a peliculei pentru a lăsa o urmă (zgârietura) observabilă, ca urmare a deplasării liniare a acului (cazul A în figura IV.5.). La o sarcină mai ridicată, acul penetrează toată grosimea peliculei, vârful acestuia ajungând în contact cu substratul pe toată perioada deplasării (cazul B în figura IV.5.).

Rezistenţa se evaluează cu ajutorul următoarelor mărimi: adâncimea zgârieturii pentru o sarcina perpendiculară F

prestabilită;

58

capăt mobil capăt fixdorn cilindric

placa suport

pelicula vopsea

substrat metalic flexibil (tablă)

Figura IV.4. Încercarea la îndoire pe dorn.

sarcina minimă necesară pentru iniţierea zgârierii (traiectoria acului este vizibilă în totalitate pe suprafaţa peliculei) ;

sarcina minimă necesară pentru îndepărtarea totală a materialului peliculogen de pe substrat, pe toată traiectoria acului (zgâriere până la substrat).

IV.4.5. Măsurarea aderenţei prin tracţiune

Metoda cea mai comună (fig. IV.6.) de încercare presupune lipirea unei piese de o anumită geometrie (numită "pion" sau "martor") pe suprafaţa peliculei de vopsea şi supunerea ansamblului la solicitarea de tracţiune.

Lipirea pionului trebuie realizată cu respectarea următoarelor condiţii:

materialul din care este confecţionat pionul să aibă rezistenţa la tracţiune ridicată;

adezivul utilizat pentru lipirea pionului trebuie să prezinte coeziune superioară peliculei de vopsea cât şi aderenţă la vopsea mai bună decât cea dintre vopsea şi substrat.

În aceste condiţii, aplicarea unei forţe de smulgere a pionului, orientată perpendicular pe suprafaţa peliculei, poate avea ca rezultat:

fie dezlipirea peliculei de substrat (rupere adezivă, cazul A din figura IV.6.);

59

(A) (B)

F1 F2 > F1

suport

peliculă

ac

Figura IV.5. Principiul testării rezistenţei la zgâriere.

fie fracturarea peliculei (rupere coezivă, cazul B din figura IV.6);fie o combinaţie a celor două situaţii de mai sus, în cazul în care

forţele necesare pentru fiecare din cele două tipuri de rupere sunt comparabile.

În orice caz, aderenţa se măsoară prin forţa minimă ce distruge îmbinarea pion-peliculă-substrat.

60

1

1

1

2

2

2

3

3

34

4

4

Figura IV.6. Principiul metodei de testare a aderenţei prin tracţiune şi detaliu referitor la modul de rupere.

A –dezlipirea peliculei de substrat; B- fracturarea peliculei.1 –pion; 2- adeziv; 3- peliculă; 4 – substrat.

A

B

F

fix