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Gruppo: Morandi Fabio,Paiola Luca, Pionati Alessandro, Frascoli Tommaso, Saibeni Michael

Docente tutor: Rapallini Roberto

Supervisori: Sig. Marzetta. Massari Andrea, Moretto Tiziano,

Questo progetto è nato dalla collaborazione tra la BTicino e l’ISIS I. Newton di Varese e anche quest’anno siamo stati protagonisti di un progetto realizzato tra la i laboratori della scuola e quelli della azienda che ci ha ospitato.

Illustreremo qui di seguito lo studio da noi eseguito partendo dalla deumidificazione del granulo allo stampaggio fino all’esecuzione di prove tecniche sul prodotto stampato e finito,che nel nostro caso si tratta delle commerciali fascette da elettricista utilizzate, comunemente, per il bloccaggio dei cavi ad alta tensione.

Riporteremo foto,grafici,elaborazione dati per poter verificare la veridicità prima della messa in produzione.

Il progetto da noi sviluppato ha lo scopo di osservare le variazioni delle caratteristiche fisico-meccaniche a seconda della percentuale di umidità assorbita dalle poliammidi 6.6 e poliammidi 12 utilizzate principalmente per la produzione delle fascette,che in apparenza possono sembrare un oggetto banale, ma in realtà le sue caratteristiche fisico-meccaniche elevate le rendono un prodotto utilizzabile in svariati campi.

Come variano le proprietà meccaniche delle poliammidi a seconda delle diverse condizioni atmosferiche?

Abbiamo potuto osservare che la percentuale di umidità assorbita dalla poliammide 12 (PA12) è pressoché nulla,mentre nella poliammide 6.6 (PA 6.6) abbiamo un assorbimento di umidità considerevole. Questo non rappresenta sempre uno svantaggio in quanto se avessimo un materiale completamente privo di umidità esso risulterebbe estremamente fragile. Per fortuna questi materiali hanno la tendenza di raggiungere un punto di equilibrio che permette di mantenere rilevanti proprietà meccaniche.

Per questo prima della produzione dell’oggetto bisogna tenere conto dell’ambiente in cui verrà utilizzato.

Caratteristiche dei materiali

Caratteristiche NYLON 6.6 (PA 6.6)

Il Nylon 6.6 viene ottenuto dalla reazione dell'esametilendiammina con l'acido adipico. Il primo "6" indica il numero di atomi di carbonio della diammina mentre il secondo quello degli atomi di carbonio dell'acido adipico.

Solitamente la struttura chimica di queste poliammidi viene disegnata in questo modo:

Applicazioni La natura dei costituenti influisce sulle caratteristiche di base dei diversi tipi: La poliammide 6.6 presenta buone proprietà meccaniche e di resistenza all'usura e al calore. Sotto il profilo applicativo, le poliammidi hanno un aspetto untuoso e ceroso che, comunque, non risulta sgradevole al tatto. Da esse si possono ricavare manufatti che resistono ai solventi, agli oli, ai grassi, alle soluzioni saline e agli acidi diluiti, oltre che resistenti all'usura. Apprezzate anche le caratteristiche di resistenza meccanica, la rigidità, la stabilità dimensionale, le caratteristiche estetiche e la lavorabilità anche quando è necessario ottenere parti stampate di ridotto spessore.

n

OH C

O

(CH2)4 C

O

NH (CH2)6 NH H nylon 6,6 fonde a 265 °C

Le principali caratteristiche delle poliammidi 6.6 sono:

Aspetto Non trasparente; numerosi colori coprenti

Qualità della superficie Molto brillante

Rigidità Elevata; modulo elastico a trazione

Resistenza all’urto e alla rottura Elevata (in funzione del tipo e dell’umidità)

Resistenza all’abrasione Elevata

Resistenza chimica Buona, in particolare verso carburanti, lubrificanti, solventi e detergenti

Isolamento elettrico Buono. Rigidità dielettrica: 30-40 kV/mm Res. spec. di volume: 1010-1016 Ohm*cm

Lavorabilità Ottima fluidità e rapida solidificazione

Principalmente vengono utilizzate per la costruzione di: Fibre per corde (nylon 6 e nylon 6,6), per pneumatici, per cinghie e per filtri.

Fibre tessili per vestiti, calze, tappeti e moquette.

In particolare il nylon 6,6 viene usato anche come materiale plastico come “TECNOPOLIMERO” (esempio per teli,fascette e rivestimenti), basti pensare ai teli di rivestimento utilizzati per le serre in agricoltura.

Inizialmente legate all'industria tessile, le applicazioni delle resine poliammidiche si sono poi estese al settore dei componenti industriali e degli articoli tecnici che devono resistere agli urti, all'usura e all'attacco dei solventi. La PA 12, invece ,viene prodotta dalla policondensazione del laurinlattame, un sotto prodotto della lavorazione del petrolio. La poliammide 12 accoppia eccezionali caratteristiche come: • elevata resistenza all'urto • elevata resistenza alle condizioni ambientali • elevata resistenza agli agenti chimici • eccellenti caratteristiche all'abrasione e scorrimento • basso assorbimento d'acqua e buona stabilità dimensionale • eccellente resistenza all'urto alle basse temperature • elevate caratteristiche barriera La PA 12 è la poliammide con il più basso assorbimento d'acqua e la poliammide più leggera fornita dal mercato. Le elevate caratteristiche di base sono date dalla struttura chimica della poliammide 12 ma, con l'ausilio di leghe polimeriche e modificazioni mirate ottenute chimicamente, si è riusciti a migliorare ancora queste eccellenti caratteristiche. Tra i tipici segmenti di impiego compaiono: Il settore automobilistico Il settore elettrico/elettronico Ambito sportivo Fibre tessili Imballaggio

Cavi rivestiti con PA 12

Molte componenti di una comune automobile sono realizzate con questo materiale

Descrizione degli impianti utilizzati per la produzione dei provini da testare

Impianto di essiccazione / deumidificazione presente nei laboratori BTicino è di produzione Motan.

In questo impianto i granuli vengono essiccati e deumidificati in quanto, in fase di stampaggio, la presenza di umidità provoca imperfezioni all’interno dei provini, falsando così la regolarità delle prove.

Temperatura di essiccazione: 80°C. Dew point (°C ) = - 40°C.

Tempo di essiccazione: 4-5 ore.

Ecco come si presentano i granuli prima della lavorazione

La pressa per lo stampaggio presente nei laboratori è una pressa Amburg 320 M x 50 tonnellate

Parametri di stampaggio (PA6.6/PA12)

Temperatura di ingresso del materiale 260 °C Temperatura della zona 1 260 °C Temperatura della zona 2 265 °C Temperatura della zona 3 280 °C Temperatura dell’ugello 285 °C

Velocità di iniezione 40.0 ccm / sec. Pressione di iniezione 1200 bar (media) Pressione di mantenimento (post-pressione) 700 bar * 10 sec Tempo di raffreddamento 15 sec

Temperatura delle parti dello stampo (regolatore tarato a 25 °C) Parte fissa dello stampo 30 °C Parte mobile dello stampo 30 °C

Stampi

Gli stampi utilizzati sono di tipo a cassetto per una rapida sostituzione della matrice del provino. Questi stampi sono di tipo monofamiglia (unico tipologia di pezzo),il provino stampato ha uno spessore di 4 mm come prevedono le norme ISO.

I materiali contengono plastificante ed additivi che durante lo stampaggio producono fumi tossici e pertanto vi è l’obbligo di impianti di aspirazione. Gli stessi fumi,che si formano anche nel cilindro della vite di plastificazione, ci costringono ad utilizzare dei tempi di stampaggio molto ridotti.

Qui si può osservare l’impianto di aspirazione in funzione

Con questi materiali la temperatura dello stampo si può innalzare fino ad 80 °C, ottenendo così una struttura più cristallina (dando tempo alle macromolecole di distribuirsi) ottenendo così ottime proprietà meccaniche.

Conclusa la fase di stampaggio si è proseguito con la realizzazione delle prove di resistenza meccanica.

I provini sono stati mantenuti in immersione in acqua per circa 96 ore a temperatura ambiente (circa 23°C).

Scadute le 96 ore in permanenza in acqua si è ricontrollato il peso dei singoli provini e abbiamo constatato un assorbimento di umidità pari allo 0.3% nella PA12 e di circa l’ 1% nella PA 6.6. In quest’ultima l’assorbimento di umidità è stato maggiore a causa della migrazione del plastificante durante il periodo di condizionamento.

Prove effettuate

Prova di resistenza a trazione

Da quasta prova noi calcoliamo il modulo a trazione

Il modulo di elasticità misura la resistenza che un materiale oppone alla deformazione quando è sottoposto a forze esterne. Più specificatamente il modulo di elasticità, o modulo di Young, che si indica con la lettera E, misura il rapporto esistente tra il carico (s) a cui viene sottoposto il provino del materiale da analizzare e il relativo allungamento che si produce (e).

La tipologia di provini che vengono utilizzati per effettuare la prova a trazione hanno dimensioni unificate secondo le norme ISO e vengono detti provini a farfalla.

Il limite di elasticità nelle poliammidi risulta molto elevato e lo si può osservare dall’allungamento del provino.

Prova di resistenza all’urto (Charpy)

Si parla di sollecitazione all'urto quando la forza di carico agisce ad elevata velocità sul provino preso in esame. Per le materie plastiche le prove ad impatto più comuni sono le prove per flessione rapida: queste possono essere realizzate secondo i metodi Izod e Charpy . Entrambe le tipologie di prove vengono realizzate tramite un pendolo ad impatto: questo strumento è composto da un pendolo che va ad impattare sul provino opportunamente posizionato. In questo modo si ottiene il valore della resilienza (lavoro di rottura riferito all'unità di superficie), più semplicemente indicato con il termine resistenza all'urto. Secondo le normative esistenti, è possibile effettuare un intaglio nel provino, attraverso una successiva lavorazione meccanica.

Espressione dei risultati

PA 6.6 secco-umido (condizionato 96 ore)

modulo di elasticità (MPa) SECCO

modulo di elasticità (MPa) UMIDO

carico unitario di snervamento (MPa) SECCO

750,4 558,7 28,9 carico unitario di snervamento (MPa) UMIDO

deformazione a snervamento (%) SECCO

deformazione a snervamento (%) UMIDO

25,7 20,22 33,39 carico unitario a rottura (MPa) SECCO

carico unitario a rottura (MPa) UMIDO

doformazione a rottura (%) SECCO

38,8 35,6 265,93 doformazione a rottura (%) UMIDO Charpy (KJ/m^2) SECCO Charpy (KJ/m^2) UMIDO

262,17 94 83,1

750,4

558,7

28,9 25,7 20,22 33,39 38,8 35,6

265,93 262,17

94 83,1

0

100

200

300

400

500

600

700

800

media

PA 6.6 SECCO‐UMIDO (condizionato a 96 ore)




carico unitario di snervamento (MPa) UMIDO



carico unitario a rottura (MPa) SECCO



doformazione a rottura (%) UMIDO

Charpy (KJ/m^2) SECCO

Charpy (KJ/m^2) UMIDO

PA 12 Secco-Umido (condizionato 96 ore)




604,7 493,3 28,5 carico unitario di snervamento (MPa) UMIDO



26,2 19,19 18,97 carico unitario a rottura (MPa) SECCO



35,3 35,8 253,46 doformazione a rottura (%) UMIDO



276,67 12,5 16,2

604,7

493,3

28,5 26,2 19,19 18,97

35,3 35,8

253,46

276,67

12,5 16,2

0

100

200

300

400

500

600

700

media

PA 12 SECCO‐UMIDO (condizionato a 96 ore)




carico unitario di snervamento (MPa) UMIDO



carico unitario a rottura (MPa) SECCO



doformazione a rottura (%) UMIDO



In entrambi i materiali si è potuta verificare una diminuzione delle resistenze meccaniche, ma in particolare nella poliammide 6.6 è conseguita una diminuzione notevole. Questa diminuzione è dovuta, sia dalla fuoriuscita del plastificante, sia dall’aumento di umidità. Dai grafici si può osservare inoltre che le variazioni più consistenti si riscontrano nel calcolo del modulo di elasticità. La PA 6.6 subisce un calo del modulo di circa 200 Mpa, mentre il modulo della PA 12 diminuisce di poco più di 100 Mpa. Tutti gli altri valori non subiscono una variazione consistente. Una caratteristica tipica delle poliammidi 6.6 è la capacità di assorbire velocemente l’umidità dall’ambiente circostante. Infatti, i provini che hanno subito un condizionamento in forno (quindi i provini privi di umidità) risultavano enormemente fragili al mattino e piuttosto flessibili lo stesso pomeriggio. Un’altra cosa che abbiamo potuto osservare è l’estrema resistenza all’urto della PA 6.6, nessun provino realizzato con questo materiale si è rotto all’impatto con il pendolo mentre tutti i provini realizzati con PA 12 si sono spezzati. Quindi possiamo affermare che il PA 6.6 è più resistente alla trazione e all’urto più rispetto al PA 12 ma lo stesso materiale (PA 6.6) risulta troppo instabile al variare dell’umidità e quindi poco affidabile a lungo termine, soprattutto se utilizzato in ambienti esterni dove viene esposto alle veriazioni climatiche più diverse (esempio estate-inverno, pioggia-sole). Tutti questi cicli causerebbero quindi uno “stress” del materiale con conseguente caduta delle proprietà meccaniche. Questo problema non si presenta invece nella PA 12. Prima di effettuare la scelta del materiale per produrre le fascette è quindi opportuno valutare il campo in cui esse verranno poi utilizzate.

Technyl A258 P2 Provini testati a secco.batch n° 7310020619.supplier: Rhodia.

Determination of tensile proprieties on plastic materials with strain (UNI EN ISO 527-1)

Tipo provino Sample type 1ALarghezza 10,0 mmSpessore 4, mmLunghezza tratto utile 105, mmvelocità di prova Test speed in accord with the specification ISO 10350Velocità 1 1,00000 mm/minVelocità 2: 50,00000 mm/minoperatore

Sample type 1A

Test speed in accord with the specification ISO 10350

-10

0

10

20

30

40

50

-100 0 100 200 300

Carico unitario a trazione (MPa)

Deformazione a trazione (%)

Curve carico unitario / deformazione

Provino n.

1 2 3 4 56 7 8 9 10

Modulo di elasticità(Segmento 0.05 %

- 0.25 %)(MPa)

Carico unitario aSnervamento

(MPa)

Deformazione asnervamento

(%)

Carico unitario aRottura(MPa)

Deformazione aRottura(%)

Modulo(Automatico)

(MPa)

1 734,6 28,9 18,93 38,9 248,77 71,02 752,8 29,2 21,03 40,3 276,78 62,03 763,1 28,9 19,36 39,4 254,64 69,74 743,9 29,3 21,27 40,7 279,72 61,05 779,9 29,6 21,80 37,9 286,72 59,76 743,9 28,6 19,47 35,4 255,97 69,27 719,5 28,4 21,42 38,4 281,51 59,98 759,9 28,7 20,10 39,7 264,39 65,99 752,3 28,9 20,95 40,3 275,87 62,6

10 754,3 28,3 17,84 37,5 234,94 78,7Media 750,4 28,9 20,22 38,8 265,93 66,0Deviazione standard

16,4 0,4 1,3 1,6 16,9 6,1

Coefficiente di variazione

2,2 1,4 6,4 4,1 6,3 9,3

Pagina 1 di 1

BTicinoLaboratorio Materiali

CHARPY 4 ISO 179/1 e A Cpr117_09 Charpy a secco.

3,0203,049 About all About considered3,030 Medum (J) 3,0089 3,00893,039 Standard deviation 0,0353083,033 MAX Value 3,0493,027 MIN Value 2,9312,9313,0052,992 Section resistant (mm2) 32 (4x8)2,963

CHARPY Value (kJ/m2) disp. < 5% 94,0

Medium CHARPY value (kJ/m2) 94,0

Excl. Samples Consid. Samples3,023,0493,033,039 notes3,0333,0272,931 technyl A258 P2.3,005 batch n° 7310020619.2,992 supplier: Rhodia.2,963 Charpy a secco.

00000

2,86

2,88

2,90

2,92

2,94

2,96

2,98

3,00

3,02

3,04

3,06

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

18/03/2010

PA12 AP40 Provini trazione secco.supplier: Est Ochi.


Tipo provino Sample type 1ALarghezza 10,0 mmSpessore 4, mmLunghezza tratto utile 105, mmvelocità di prova Test speed in accord with the specification ISO 10350Velocità 1 1,00000 mm/minVelocità 2: 50,00000 mm/minoperatore

Sample type 1A


-10

0

10

20

30

40

50

-100 0 100 200 300

Carico u

nitario a

tra

zio

ne (M

Pa)



Provino n.

1 2 3 45 6 7 8


- 0.25 %)(MPa)


(MPa)


(%)


Deformazione aRottura

(%)

Modulo(Automatico)

(MPa)

1 636,4 28,4 16,87 34,0 245,52 563,12 628,2 28,8 18,46 34,0 241,30 544,53 592,9 28,3 20,13 33,9 248,13 503,14 623,9 29,0 20,43 35,4 279,85 528,75 622,0 28,6 19,11 36,2 233,08 529,46 629,5 28,9 21,24 39,0 277,03 518,77 561,0 28,1 18,47 37,6 251,17 518,88 543,7 28,1 18,79 32,4 251,62 501,6

Media 604,7 28,5 19,19 35,3 253,46 526,0Deviazione standard

35,1 0,3 1,4 2,2 16,5 20,5


5,8 1,2 7,2 6,2 6,5 3,9

Pagina 1 di 1

BTicinoLaboratorio Materiali

CHARPY 4 ISO 179/1 e A Charpy secco.

0,4300,413 About all About considered0,402 Medum (J) 0,3984 0,40650,411 Standard deviation 0,0377710,400 MAX Value 0,450,340 MIN Value 0,340,3460,4500,351 Section resistant (mm2) 32 (4x8)0,441

CHARPY Value (kJ/m2) disp. < 5% 12,7

Medium CHARPY value (kJ/m2) 12,5

Excl. Samples Consid. Samples0,43

0,4130,4020,411 notes0,4

0,34 PA12 secco verifica del 18/03/20100,346

0,45

0,3510,441

00000

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

18/03/2010

PA 12 AP40. Provini condizionati dopo 96 ore.supplier: Est Ochi.Provini testati ad equilibrio raggiunto dopo 96 ore.


Tipo provino Sample type 1ALarghezza 10,0 mmSpessore 4, mmLunghezza tratto utile 105, mmvelocità di prova Test speed in accord with the specification ISO 10350Velocità 1 1,00000 mm/minVelocità 2: 50,00000 mm/minoperatore Alessandro Pionati.

Sample type 1A


Alessandro Pionati.

-10

0

10

20

30

40

-100 0 100 200 300Carico unitario a trazione (MPa)



Provino n.

1 2 3 4 5 6


- 0.25 %)(MPa)


(MPa)


(%)


Deformazione aRottura(%)

Modulo(Automatico)

(MPa)

1 488,2 25,9 18,00 34,1 272,33 447,02 487,2 25,8 17,84 33,8 289,64 445,33 492,5 26,4 18,21 36,7 256,62 445,74 459,1 26,0 18,64 37,2 275,47 440,55 525,9 26,2 19,27 39,7 291,48 436,06 506,8 26,6 21,89 33,7 274,49 427,7

Media 493,3 26,2 18,97 35,8 276,67 440,4Deviazione standard

22,3 0,3 1,5 2,4 12,8 7,4


4,5 1,1 8,0 6,7 4,6 1,7

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Bibbliografia

Alcune informazioni sulle poliammide li abbiamo presi da internet da www.wikipedia.it.

Le prove sono state effettuate seconde le normative UNI date dalla azienda Bticino S.p.A

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