Hydraulic & Pneumatic Seals - Sezione tecnica

Proprietà fisiche e meccaniche

degli elastomeri

Nella determinazione e configurazione di una tenuta, nonché nel garantire le sue performance nel tempo, bisogna analizzare attentamente le caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali.

Durezza

La durezza è la proprietà del materiale che misura la resistenza alla penetrazione. Nel campo degli elastomeri esistono due scale di misurazione: la durezza Shore (Shore A per durezze comprese tra 40 a 90 Sh e Shore D per valori da 90 Sh) e il Grado Internazionale di Durezza della Gomma (IRHD). Per la misurazione si usa un durometro con puntina a tronco-cono per la Shore A e con angolo a 30° per la Shore D. 

In entrambi i casi la misurazione è regolamentata dalle norme DIN 53505 e ASTM D2240. Di seguito lo schema di sovrapponibilità delle due scale e il posizionamento dei principali polimeri.

La durezza è un parametro molto importante in ambito guarnizioni perché influenza sia l’attrito dinamico sia di primo distacco. A parità di spinta e rugosità della sede, una durezza bassa riduce l’attrito di primo distacco; al contrario, una

durezza elevata riduce l’attrito dinamico. La durezza a sua volta è influenzata dalla temperatura e diminuisce con l’innalzarsi della temperatura. Generalmente gli elastomeri con durezza bassa, cioè più teneri, si adattano meglio alle superfici più ruvide ma sono più soggetti all’estrusione. La durezza è generalmente influenzata anche dai liquidi con cui la guarnizione rimane in contatto. 

Resistenza alla compressione, memoria elastica,

compression set

La resistenza alla compressione è la capacità di un elastomero di ritornare al suo spessore originale dopo prolungate sollecitazioni di compressione e deformazione a una data temperatura. Un elastomero, compresso a lungo nel tempo, tende infatti a perdere la sua capacità di ritornare alla dimensione originale. 

La differenza tra la dimensione originale e quella finale si esprime in percentuale e rappresenta il compression set del materiale analizzato. Più la percentuale di compression set è bassa, migliore è la resistenza alla compressione di un materiale.

In ambito guarnizioni, la funzionalità di una tenuta è fortemente influenzata dal livello di compression set del materiale di realizzazione. Una scarsa resistenza alla compressione, ossia un alto compression set, può compromettere la funzionalità della guarnizione che non è più in grado di mantenere la tenuta per un lungo periodo di tempo.

Per contro, un’alta resistenza alla compressione, ossia un basso compression set, è indicativa di una buona durata nel tempo della tenuta statica e dinamica. Visto che la tenuta è sottoposta a pressione durante il ciclo, è fondamentale che la guarnizione riprenda la sua forma originale a fine ciclo per evitare la perdita di fluido.

Modulo di elasticità

Il modulo elastico misura la quantità di forza necessaria a mettere in tensione un provino di materiale e allungarlo fino a una percentuale predefinita della sua dimensione originaria. 

Normalmente si valuta il modulo elastico al 50% (forza necessaria per allungare il provino del 50% della sua dimensione originaria), al 100% e al 300%.Più è alto il valore confermato dalla prova di trazione, migliori sono le caratteristiche del materiale.Nel campo delle tenute è preferibile un elevato modulo elastico in quanto garantisce:

elevata forza del labbro contro le superfici a contatto, in caso di tenuta statica e dinamica

maggiore resistenza all’estrusione.

La tensione (o allungamento), come mostra il grafico, è la deformazione elastica che il materiale può subire senza che si verifichi irreversibilità o rottura ed è un parametro inversamente proporzionale alla durezza del materiale.

Per quanto riguarda il carico di rottura (tenacità), è misurata la quantità di forza che il provino può assorbire per superare la fase elastica, lacerarsi fino alla rottura e assumere una forma irreversibile.

Il modulo elastico (misurato in unità di sforzo divise per unità di allungamento: N/cm2) è dunque un indicatore fondamentale sia per la tenacità della tenuta sia per la repulsione all’estrusione.

Resistenza all’abrasione

Altra caratteristica fondamentale nella determinazione della tenuta è la resistenza all’abrasione.

A differenza della resistenza al taglio, che avviene in un preciso momento, la resistenza all’abrasione è un fenomeno che si manifesta nel tempo, dovuto a uno sfregamento fra superfici a contatto.

La prova per valutare la resistenza avviene con un rullo di carta vetrata sul quale si sfrega il provino per un tempo prefissato. Si misura il peso prima e dopo il test e si esprime, in percentuale rispetto al peso iniziale, la differenza tra i due dati. Più il valore è basso, migliore è la resistenza dell’elastomero all’abrasione.

Resilienza o rimbalzo

La resilienza o rimbalzo rappresenta la capacità di un elastomero di recuperare forma e grandezza originali dopo una deformazione temporanea. La prova di resilienza prevede il lancio di un pendolo contro un provino fissato alle due estremità con staffe. L’altezza a cui il pendolo rimbalza è poi calcolata come percentuale rispetto all’altezza di

caduta iniziale.