Gli arresti polimerici dei cilindri possono deformarsi per scorrimento viscoso quando sostengono a lungo una sollecitazione di compressione, ma gli urti ripetuti da soli non dimostrano questo fenomeno. Un tampone che cambia forma può invece presentare deformazione residua a compressione, rilassamento delle tensioni, fatica, accumulo di calore, usura o un singolo sovraccarico. E la storia di carico a indicare la spiegazione corretta.
La distinzione e importante perché ogni modo di guasto richiede un rimedio diverso. Un polimero più duro non corregge un’energia cinetica eccessiva. Una nuova regolazione dell’ammortizzazione non ripristina un arresto che resta compresso per ore. La selezione del materiale inizia solo dopo aver distinto l’urto, il carico mantenuto e il riferimento di posizione richiesto.
Punti chiave
- ASTM D2990 tratta lo scorrimento viscoso a trazione, compressione e flessione in ambienti specificati.
- Per un grado BASF PA66 e indicato un modulo di scorrimento a trazione di 3,300 MPa dopo 1,000 ore a 23°C.
- Gli urti ripetuti richiedono dati su fatica e temperatura, non la sola etichetta «creep».
- Assegnare alla deriva dell’arresto una quota specifica del budget di tolleranza della macchina.
Le informazioni sulla pubblicazione e il canale per le correzioni tecniche sono disponibili nelle pagine Chi siamo e Contatti.
Che cos'e lo scorrimento viscoso in un arresto polimerico?
ASTM D2990-17(2025) copre tre modalità di carico per lo scorrimento viscoso delle materie plastiche: trazione, compressione e flessione. La deformazione per scorrimento viscoso e l’aumento della deformazione nel tempo mentre resta applicata una sollecitazione costante in condizioni ambientali definite. In un arresto del cilindro non coincide con qualsiasi segno permanente rilevato dopo il funzionamento (ASTM International, 2025).
Quando arriva il carico, l’arresto si deforma subito. Una parte della deformazione e elastica e può recuperare. La quota dipendente dal tempo che si sviluppa mentre il carico resta applicato e la risposta di scorrimento. Il rilassamento delle tensioni e invece la diminuzione della controforza quando il componente e mantenuto a deformazione fissa.
Perche e facile confondere questi fenomeni? Un cilindro pneumatico può urtare il fine corsa, restare pressurizzato contro l’arresto e poi rientrare. Ogni ciclo comprende quindi un impatto breve, una permanenza sotto carico e uno scarico. Osservare soltanto la forma finale nasconde la fase che ha causato il cambiamento.
Nel campo viscoelastico lineare, la cedevolezza a scorrimento e la deformazione dipendente dal tempo divisa per la sollecitazione applicata costante:
$$ J(t,T) = \frac{\varepsilon(t,T)}{\sigma_0} $$
Qui $J$ e la cedevolezza a scorrimento, $t$ il tempo di carico trascorso, $T$ la temperatura, $\varepsilon$ la deformazione e $\sigma_0$ la sollecitazione applicata costante. La grandezza reciproca, $E_c(t,T) = \sigma_0 / \varepsilon(t,T)$, e il modulo di scorrimento. Queste relazioni sono utili soltanto se i dati del materiale e il carico del componente restano entro le ipotesi della prova.
La separazione diagnostica più utile non è «polimero morbido contro polimero duro», ma carico costante contro deformazione fissa contro urti ripetuti. Prima di scegliere un materiale sostitutivo, questa distinzione indirizza verso prove di scorrimento, rilassamento delle tensioni, deformazione residua a compressione o fatica ciclica.
Quali carichi agiscono realmente sull'arresto?
ASTM D395-18(2025) definisce tre metodi per la deformazione residua a compressione e avverte che una deformazione rapidamente ripetuta e simulata meglio da prove di flessione in compressione o isteresi. L’analisi deve quindi separare la breve collisione dalla permanenza sotto pressione. Un risultato statico non può prevedere l’intera risposta agli urti ripetuti (ASTM International, 2025).
La collisione inizia con l’energia cinetica della massa mobile:
$$ E_k = \frac{1}{2} m v^2 $$
In questa equazione $E_k$ e l’energia cinetica in joule, $m$ la massa mobile effettiva in chilogrammi e $v$ la velocità misurata in metri al secondo all’ingresso dell’ammortizzazione o al contatto. Raddoppiare la velocità quadruplica l’energia cinetica, ma non rivela da solo la forza di picco o la temperatura dell’arresto.
La forza di picco dipende anche da distanza di arresto, curva forza-deformazione, smorzamento, allineamento, geometria di contatto e lavoro pneumatico del pistone durante la decelerazione. La guida all’energia dell’ammortizzazione interna spiega perché occorre usare il limite di energia o massa-velocità pubblicato per il cilindro selezionato. Il calcolatore dell’energia di ammortizzazione calcola il termine cinetico, non lo scorrimento del polimero.
Dopo l’arresto, la forza mantenuta può creare una sollecitazione costante distinta:
$$ \sigma_{\mathrm{avg}} = \frac{F_{\mathrm{hold}}}{A_{\mathrm{contact}}} $$
Qui $\sigma_{\mathrm{avg}}$ e la sollecitazione media nominale, $F_{\mathrm{hold}}$ la forza mantenuta contro l’arresto e $A_{\mathrm{contact}}$ l’area effettivamente caricata. La media non comprende concentrazioni ai bordi, disallineamento, conformità superficiale o amplificazione transitoria. La forza ricavata dalla pressione e quindi un dato al contorno, non la risposta sulla sollecitazione di picco.
Il carrello si allontana subito o resta contro l’arresto per dieci secondi sotto pressione? Questa semplice domanda può cambiare il meccanismo dominante. Se il controllo dell’urto e insufficiente, confrontare tamponi elastomerici e ammortizzatori pneumatici regolabili o valutare un deceleratore esterno prima di specificare un inserto più rigido.
Come interpretare i dati di scorrimento viscoso?
ISO 899-1:2017 afferma che i dati destinati alla progettazione devono coprire un ampio intervallo di sollecitazioni, tempi e condizioni ambientali. Richiede inoltre il controllo di preparazione, dimensioni, pretrattamento, temperatura, umidità e storia termica del provino. Il nome della famiglia polimerica non sostituisce questi limiti di prova (ISO, confermata nel 2022).
Partire dall’esatto grado commerciale. «Nylon», «acetalica», «poliuretano» e «PEEK» comprendono molte formulazioni. Rinforzo, peso molecolare, additivi, pigmentazione, processo, orientamento delle fibre e condizionamento possono cambiare il risultato fino a invertire una graduatoria generica.
Conta anche il formato dei dati. Una curva di scorrimento rappresenta deformazione e tempo a una sollecitazione dichiarata. Il modulo di scorrimento e la rigidezza dipendente dal tempo calcolata da sollecitazione e deformazione. Un diagramma isocrono sollecitazione-deformazione mostra più intervalli temporali e consente di leggere la sollecitazione ammessa per deformazione e durata scelte.
La scheda BASF Ultramid B3EG7 fornisce un esempio concreto: per questo PA66 indica un modulo di scorrimento a trazione di 3,300 MPa dopo 1,000 ore, a 23°C e con deformazione non superiore allo 0.5%, misurato secondo ISO 899-1 (BASF Ultramid B3EG7, consultata nel 2026). Il valore descrive un grado e una condizione di trazione, non la capacità di un tampone compresso.
La brochure BASF Ultraform POM usa diagrammi isocroni per gradi selezionati a 23°C, con linee da 1 a 10,000 ore (BASF Ultraform POM, consultata nel 2026). E il tipo di riferimento temporale necessario per una decisione sulla stabilità dimensionale.
Prima di accettare un confronto, richiedere:
| Dato richiesto | Informazioni obbligatorie |
|---|---|
| Identita del materiale | Fornitore, grado esatto, rinforzo e condizione del lotto |
| Modalita di sollecitazione | Compressione, trazione, flessione o carico di contatto sul componente |
| Ambiente | Temperatura, umidità, fluidi e condizionamento |
| Base temporale | Durata di prova, metodo di estrapolazione e obiettivo di servizio |
| Geometria | Dimensioni del provino, condizione stampata o lavorata e direzione delle fibre |
| Risultato | Deformazione, modulo, curva isocrona o criterio di rottura |
| Metodo di confronto | Stessa norma, preparazione del provino e limite ambientale |
ASTM D2990 precisa che i suoi risultati non sono direttamente confrontabili con ISO 899 perché i metodi differiscono tecnicamente. Se due curve usano metodi diversi, uniformare il piano di prova prima di dichiarare superiore un materiale.
Perche temperatura, umidità e processo cambiano il risultato?
BASF pubblica curve isocrone Ultramid a 23°C e 50% di umidità relativa e curve separate allo stato secco a 120°C. Queste condizioni mostrano perché temperatura e condizionamento devono accompagnare ogni valore. Non esiste una regola universale secondo cui lo scorrimento raddoppia ogni 10°C (BASF Ultramid, consultata nel 2026).
La temperatura cambia mobilita molecolare e rigidezza, ma l’entità dipende dal grado e dalle zone di transizione. La sovrapposizione tempo-temperatura può estendere prove brevi solo quando sono stabiliti fattori di traslazione e campo applicabile. Una scorciatoia Arrhenius generica non è un criterio di rilascio.
L’umidità e particolarmente importante per le poliammidi. Usare dati del fornitore allo stato secco e condizionato coerenti con l’ambiente installato. Lavaggi, nebbia d’olio, detergenti o cicli di umidità esterni devono entrare nella prova; i dati secchi a temperatura ambiente non sono automaticamente cautelativi.
Anche la produzione influisce. L’orientamento delle fibre nello stampaggio crea proprietà direzionali. Linee di giunzione, vuoti, spigoli vivi, tensioni residue e una superficie di contatto sottile possono dominare una formulazione nominalmente resistente. Un provino lavorato da semilavorato può non rappresentare un arresto stampato con flusso complesso.
Misurare il componente durante un ciclo rappresentativo. Temperatura superficiale, pressione in camera, tempo di permanenza, velocità di avvicinamento e recupero sono più utili della sola temperatura ambiente. La guida alla temperatura delle tenute spiega perché mescola, geometria, lubrificante, movimento e durata di esposizione vanno qualificati insieme.
Costruire il budget di tolleranza prima di scegliere il polimero
Il manuale Celanese Hostaform POM osserva che nei suoi calcoli si ammette normalmente una deformazione dello 0.5%-1% per mantenere un margine contro il guasto. Questa indicazione non è una tolleranza universale di posizionamento. La macchina deve prima assegnare all’arresto una quota ammessa di deriva (manuale Celanese Hostaform POM, consultato nel 2026).
Partire dall’errore totale ammesso e sottrarre gli altri contributi:
$$ \Delta x_{\mathrm{stop,allow}} = T_{\mathrm{machine}} - \left(\Delta x_{\mathrm{sensor}} + \Delta x_{\mathrm{thermal}} + \Delta x_{\mathrm{structure}} + \Delta x_{\mathrm{assembly}} + M\right) $$
In questo budget, $\Delta x_{\mathrm{stop,allow}}$ e la deriva ammessa dell’arresto, $T_{\mathrm{machine}}$ la tolleranza totale, i quattro termini $\Delta x$ coprono sensore, temperatura, struttura e assemblaggio, mentre $M$ e il margine riservato. Tutti i valori devono usare la stessa convenzione di segno e base di confidenza.
Esempio: con tolleranza totale 0.50 mm, incertezza sensore 0.10 mm, movimento termico 0.12 mm, struttura e cedevolezza pneumatica 0.13 mm, assemblaggio 0.05 mm e margine 0.05 mm, restano solo 0.05 mm per la deriva dell’arresto. E un esempio progettuale, non una specifica generale.
Se la sottrazione non lascia un valore pratico, non cercare un «polimero a scorrimento zero»: cambiare architettura. Un riferimento meccanico stabile può definire la posizione, mentre un ammortizzatore pneumatico, un elastomero o un deceleratore esterno gestisce l’energia. Separare le funzioni e spesso più affidabile che chiedere a un solo elemento polimerico precisione e assorbimento degli urti.
La deriva va inserita nel budget a livello macchina, non dedotta dalla ripetibilita nominale del cilindro. Commutazione del sensore, cedevolezza dell’aria intrappolata, flessione della guida, movimento dei supporti, dilatazione termica e interfaccia con il pezzo possono spostare il punto finale osservato senza cambiare lo spessore dell’arresto.
Scelta del materiale e dell'architettura
Covestro riporta deformazioni residue del 40% e 36% per due gradi TPU Desmopan dopo 24 ore a 70°C secondo DIN ISO 815-1 Metodo A. Anche nella stessa famiglia, grado e condizione cambiano il risultato. La deformazione residua a compressione e quella rilevata dopo un recupero definito, non lo scorrimento viscoso (Covestro, consultata nel 2026).
Scegliere il materiale soltanto dopo aver definito la funzione. E un tampone residuo per un evento a bassa energia, un arresto strutturale sotto carico prolungato o il riferimento finale di posizione? Sono compiti diversi.
| Architettura candidata | Caratteristiche utili | Dati richiesti prima del rilascio |
|---|---|---|
| Tampone elastomerico | Dissipazione compatta dell’energia e controllo del rimbalzo | Deformazione residua, accumulo termico ciclico, fatica, compatibilità con i fluidi e deformazione ammessa |
| Arresto POM o PA non rinforzato | Lavorabilita, resistenza all’usura e rigidezza moderata | Dati di scorrimento del grado, condizionamento, sollecitazione di contatto e limite d’urto |
| Termoplastico fibrorinforzato | Maggiore rigidezza direzionale in uno stampaggio qualificato | Orientamento fibre, linee di giunzione, anisotropia, curve di scorrimento e comportamento all’urto |
| Polimero tecnico per alte temperature | Mantenimento delle proprietà in una finestra termica e chimica definita | Grado esatto, temperatura di servizio, dati di scorrimento e urto, storia di processo |
| Arresto metallico con ammortizzazione separata | Riferimento stabile e gestione indipendente dell’energia | Sollecitazione di contatto, allineamento, rumore, rimbalzo, capacità dell’ammortizzatore e resistenza del supporto |
| Deceleratore esterno con riferimento rigido | Decelerazione controllata di carichi mobili impegnativi | Limiti del costruttore per energia, velocità, frequenza, temperatura e forza di ritorno |
La fibra di vetro può migliorare rigidezza e resistenza alla deformazione in una direzione, ma modifica tenacita all’urto, usura, conformità e anisotropia. La guida alle testate polimeriche e metalliche mostra perché smorzamento, rigidezza, integrita alla pressione e stabilità dimensionale vanno valutati separatamente.
Un tampone morbido non è automaticamente meno preciso. Se un riferimento rigido definisce la posizione prima che il tampone sostenga un carico prolungato, quest’ultimo può occuparsi solo dell’energia residua. Al contrario, un polimero molto rigido può comunque derivare se fortemente sollecitato presso un bordo caldo o mantenuto contro il pistone durante una lunga permanenza.
Come validare e monitorare un arresto?
ISO 3384-1:2024 definisce due procedure per misurare il rilassamento delle tensioni nella gomma compressa e afferma che i metodi A e B non danno lo stesso risultato perché nel metodo B interviene il ritiro termico. Attrezzatura, temperatura, tempi di misura e protocollo di recupero devono quindi restare fissi (ISO, 2024).
Un piano difendibile segue la storia di carico installata:
- Registrare grado esatto, processo, dimensioni, durezza ove pertinente, direzione delle fibre, condizionamento e lotto.
- Misurare velocità di avvicinamento, massa mobile, pressione, regolazione dell’ammortizzazione, permanenza, frequenza, allineamento e area di contatto.
- Strumentare la temperatura dell’arresto e stabilizzare la macchina al ciclo peggiore plausibile.
- Stabilire spessore scarico, posizione sotto carico, punto di commutazione del sensore e punto finale prima della prova di durata.
- Ripetere le misure a intervalli pianificati con la stessa attrezzatura, carico, temperatura e tempo di recupero.
- Dopo lo scarico, registrare recupero immediato e ritardato per distinguere elasticita, deformazione residua e danno progressivo.
- Ispezionare impronte, carico sui bordi, cricche, abrasione, rigonfiamento chimico, movimento dell’inserto e fissaggi.
- Confrontare ogni risultato con budget e criteri approvati; non inventare la soglia di sostituzione dopo la comparsa della deriva.
Nelle nostre verifiche dei ricambi, due misure abbinate sono più rivelatrici di una sola lettura del calibro. Registrare il punto finale sotto carico dopo una permanenza fissa, quindi lo spessore dopo un recupero scarico fisso. Se il punto finale si sposta ma lo spessore recuperato no, esaminare cedevolezza dell’aria, sensore, montaggio, guide e movimento termico prima di condannare il polimero.
Il monitoraggio su condizione deve usare le stesse variabili della qualifica: cicli e ore di permanenza, posizione caricata, spessore recuperato, temperatura, velocità di avvicinamento, regolazione e danni. Sostituire o riprogettare quando si raggiunge un criterio approvato, non alla scadenza di un intervallo generico.
Per RFQ o riesame progettuale, fornire:
- serie, alesaggio, corsa, montaggio, orientamento, pressione e tipo di ammortizzazione;
- massa mobile e velocità misurata all’ingresso dell’ammortizzazione o al contatto;
- forza mantenuta dalla pressione e permanenza massima contro l’arresto;
- frequenza, turni, temperatura ambiente e temperatura misurata dell’arresto;
- tolleranza macchina e quota assegnata alla deriva;
- esposizione a sostanze chimiche, olio, umidità, lavaggio, polvere e UV;
- grado, dimensioni, prove di guasto e storico delle misure esistenti;
- durata di validazione, numero campioni, intervallo di controllo e criteri di accettazione.
La guida ai guasti dell’ammortizzazione aiuta a distinguere energia eccessiva, regolazione dello spillo, perdite delle tenute, contaminazione e danni meccanici. Per il percorso strutturale, consultare l’effetto del progetto della testata su resistenza e montaggio.
FAQ sullo scorrimento degli arresti polimerici
ASTM D2990-17(2025) afferma che i risultati non sono direttamente confrontabili con ISO 899 per differenze tecniche. Le risposte evitano quindi graduatorie universali e vite utili fisse: ogni decisione dipende da grado, carico, temperatura, tempo, geometria e criterio di accettazione (ASTM International, 2025).
Tutti gli arresti polimerici subiscono scorrimento viscoso?
Ogni polimero ha un comportamento dipendente dal tempo, ma la deriva misurabile dipende da sollecitazione, durata, temperatura, ambiente, grado, geometria e tolleranza macchina. Un arresto scaricato subito dopo l’urto può essere dominato da fatica, rimbalzo o calore. Provare la storia di carico installata.
La compressione permanente dimostra sempre lo scorrimento?
No. Puo derivare da deformazione residua, fatica ciclica, usura, rigonfiamento chimico, danno termico o sovraccarico. ASTM D395 tratta la deformazione residua soprattutto come proprietà sotto sollecitazione statica e rimanda la deformazione dinamica ripetuta a prove di flessione o isteresi. Servono registri di carico e recupero.
Un dato di 1,000 ore può prevedere diversi anni di servizio?
Non da solo. Un modulo a 1,000 ore e un punto in condizioni dichiarate. L’uso a lungo termine richiede una curva o un’estrapolazione validata per sollecitazione, temperatura, ambiente e deformazione ammessa. Metodo, condizionamento, orientamento e geometria finita devono rappresentare l’arresto reale.
Un polimero caricato vetro deve sempre sostituire un grado non rinforzato?
No. Il rinforzo può aumentare la rigidezza direzionale e ridurre la deformazione in uno stampaggio qualificato, ma contano orientamento, linee di giunzione, umidità, tenacita, usura e conformità di contatto. Confrontare gradi esatti con lo stesso metodo e provare la geometria di produzione.
Quando usare un arresto metallico e un ammortizzatore separato?
Quando serve un riferimento stabile ma il carico mobile richiede una decelerazione controllata. Il metallo definisce la posizione; ammortizzatore pneumatico, elastomero o deceleratore gestisce l’energia. Verificare sollecitazione di contatto, rimbalzo, rumore, allineamento, capacità, supporti e velocità peggiore.
Fonti e riferimenti tecnici
- ASTM International. ASTM D2990-17(2025), metodi di prova dello scorrimento e della rottura per scorrimento delle materie plastiche a trazione, compressione e flessione. Edizione attiva 2025. Consultata il 26 luglio 2026.
- ASTM International. ASTM D395-18(2025), metodi di prova della deformazione residua a compressione della gomma. Edizione attiva 2025. Consultata il 26 luglio 2026.
- International Organization for Standardization. ISO 899-1:2017, Materie plastiche - Determinazione del comportamento a scorrimento - Parte 1: scorrimento a trazione. Confermata nel 2022. Consultata il 26 luglio 2026.
- International Organization for Standardization. ISO 3384-1:2024, Gomma vulcanizzata o termoplastica - Determinazione del rilassamento delle tensioni in compressione - Parte 1. Consultata il 26 luglio 2026.
- BASF. Scheda prodotto Ultramid B3EG7. Consultata il 26 luglio 2026.
- BASF. Brochure tecnica e di prodotto Ultramid PA. Consultata il 26 luglio 2026.
- BASF. Brochure tecnica e di prodotto Ultraform POM. Consultata il 26 luglio 2026.
- Celanese. Manuale prodotto Hostaform POM. Consultato il 26 luglio 2026.
- Covestro. Proprieta meccaniche dei TPU Desmopan e Texin. Consultata il 26 luglio 2026.