Taglio in tensione

La prova di taglio in trazione è un metodo meccanico utilizzato per misurare la resistenza di un materiale o di un giunto incollato a forze che agiscono parallelamente alla superficie di incollaggio. A differenza delle prove di trazione pura, in cui la forza viene applicata perpendicolarmente al provino, le prove di taglio in trazione applicano il carico per creare una sollecitazione di taglio in piano. Ciò simula le condizioni reali in cui i materiali incollati o uniti sono soggetti a forze di scorrimento.

Il metodo è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, automobilistico, elettronico, dell'imballaggio e delle costruzioni per convalidare le prestazioni di adesivi, rivestimenti, compositi e giunti meccanici. Riproducendo le sollecitazioni operative, gli ingegneri e i team di qualità possono determinare l'idoneità dei materiali e dei processi di incollaggio, garantendo affidabilità, sicurezza e conformità agli standard industriali.

Procedura per la prova di taglio a giro singolo

Nella prova di taglio a giro singolo, due provini vengono incollati con un adesivo in una configurazione sovrapposta. Il giunto viene bloccato in una macchina per prove di trazione e la forza viene applicata fino al cedimento. Questa configurazione introduce sia sollecitazioni di taglio che lievi sollecitazioni di flessione a causa dello sfalsamento del percorso di carico, ma rimane uno dei metodi di valutazione dell'incollaggio più accettati e standardizzati.

Il processo prevede la preparazione dei campioni in base alle dimensioni e alla finitura superficiale richieste, l'applicazione dell'adesivo con uno spessore costante, l'indurimento in condizioni controllate, il fissaggio di ciascuna estremità nelle pinze e l'applicazione di un carico di trazione costante fino al cedimento. La forza massima registrata viene utilizzata per determinare la resistenza al taglio. In base alle condizioni ASTM D1002, un giunto alluminio-alluminio può in genere raggiungere una resistenza al taglio compresa tra 15 e 25 MPa.

Procedura di prova a taglio a doppio giro

Il metodo del taglio a doppio giro utilizza tre sezioni incollate, con due aderenti esterni incollati su ciascun lato di un pezzo centrale. Questa disposizione riduce gli effetti di flessione e fornisce una distribuzione più uniforme delle sollecitazioni di taglio sullo strato adesivo.

Le fasi tipiche comprendono la preparazione di campioni incollati a tre strati secondo lo standard di prova, il loro posizionamento in morse simmetriche e l'applicazione di un carico di trazione a una velocità specifica fino al cedimento. Questo metodo è particolarmente utile per l'incollaggio di compositi nel settore aerospaziale, dove può dimostrare una resistenza apparente fino al 20% superiore rispetto ai test a singolo giro, grazie alla distribuzione più uniforme delle sollecitazioni.

Le prove di adesione degli adesivi mediante taglio e trazione sono essenziali per comprendere le prestazioni degli adesivi sotto carico. I fattori che influenzano le prestazioni dell'adesivo includono la chimica dell'adesivo, la preparazione della superficie, il metodo di polimerizzazione, la progettazione del giunto e le condizioni ambientali.

Le applicazioni industriali comprendono l'incollaggio di compositi nel settore aerospaziale, l'assemblaggio di pannelli di carrozzeria nel settore automobilistico, i materiali per il fissaggio di PCB e stampi nel settore dell'elettronica e gli adesivi strutturali nell'edilizia. Ad esempio, nelle applicazioni automobilistiche, i test di taglio sul giro sono spesso utilizzati per confrontare le formulazioni degli adesivi strutturali per l'incollaggio dei telai delle porte, garantendo prestazioni coerenti in caso di incidente.

L'analisi dei cedimenti a taglio identifica le modalità di rottura di un legame e fornisce indicazioni sulle prestazioni di servizio:

• Cedimento coesivo: Frattura all'interno dello strato adesivo, che indica una buona adesione ma una limitata forza adesiva interna.
• Cedimento dell'adesivo: Separazione all'interfaccia tra adesivo e substrato, spesso dovuta a una preparazione inadeguata o a una scarsa compatibilità.
• Cedimento in modalità mista: Una combinazione di cedimenti coesivi e adesivi.

Le curve carico-estensione del test possono essere utilizzate anche per valutare la rigidità, la duttilità e il carico di picco al momento del cedimento.

Mentre le prove di trazione misurano la resistenza di un materiale all'allungamento, le prove di taglio misurano la resistenza allo scorrimento tra gli strati o attraverso un legame. Entrambi sono complementari. Nei compositi, le prove di trazione valutano la resistenza delle fibre e della matrice, mentre le prove di taglio valutano l'interfaccia tra di esse.

Altri metodi correlati sono:

• Taglio su rotaia con intaglio a V per la risposta al taglio in piano dei compositi.
• Prove di trazione a taglio per i compositi a matrice polimerica per valutare il comportamento dell'adesivo e della matrice sotto tensione e taglio combinati.

L'adesione a standard riconosciuti garantisce la coerenza e la comparabilità dei risultati. Esempi comuni sono:

• ASTM D3166 - Resistenza al taglio di adesivi in tensione.
• ASTM F2255-05 - Prove di taglio di materiali per dispositivi medici.
• BS EN ISO 4587 - Prove di taglio a lame di legami adesivi rigidi a rigidi.
• ASTM D1002 - Prova di taglio a giro singolo per assemblaggi incollati metallo-metallo.

Ciascuna di esse definisce la preparazione dei provini, le dimensioni, i tassi di carico e i requisiti per la stesura dei rapporti. La scelta dipende dal materiale, dal metodo di incollaggio e dall'applicazione.

L'accuratezza delle prove di taglio in trazione richiede attrezzature di alta qualità e precisione:

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