Determinazione della resistenza 
allo scoppio del cartone
   
 

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Oggetto e campo d’applicazione 

Nel presente metodo si descrivono le modalità operative da seguire per la determinazione della resistenza allo scoppio del cartone, del cartone ondulato, limitatamente ai tipi ad uno o due onde, e delle carte destinate alla fabbricazione del cartone ondulato.

Il metodo si applica a tutti i tipi di cartone, di cartone ondulato ad una o due onde, la cui resistenza allo scoppio sia superiore a 350 kPA (3,6 kg/cm2). Esso si applica anche alle carte destinate alla fabbricazione del cartone ondulato, purché la loro resistenza allo scoppio sia superiore a 250 kPA (2,6 kg/cm2). 

Definizioni 

Resistenza allo scoppio: è la pressione massima, sopportata da una provetta del materiale in esame perpendicolarmente alla sua superficie, nelle condizioni prescritte dal presente metodo.

Indice di scoppio: è il quoziente della resistenza allo scoppio, espressa in kilopascal, per la grammatura del materiale condizionato, espressa in grammi al metro quadro. Nel caso del cartone ondulato non si calcola l’indice di scoppio. 

Principio del metodo 

Una provetta, posta al contatto con una membrana elastica circolare, è serrata fortemente al suo contorno. Si pompa a velocità costante un liquido di pressione che fa dilatare la membrana fino a rottura della provetta. La resistenza allo scoppio è il valore massimo della pressione idraulica applicata. 

Apparecchiatura e materiali 

Dispositivo di serraggio della provetta.

Serve per bloccare la provetta, fortemente ed uniformemente, fra due morsetti a corona circolare piani e paralleli, aventi entrambi il diametro interno di 31,5 mm = 0,05 mm. Lo spessore della parte centrale del morsetto inferiore è di 5,5 mm = 1 mm, il foro del morsetto inferiore è cilindrico e alto 3 mm = 1 mm. Esso termina verso il basso con uno smusso avente un raggio di curvatura di circa 3 mm (il valore preciso dipende dai valori reali delle due dimensioni date prima). Il foro del morsetto superiore è delimitato verso il basso da un leggero smusso, con raggio di curvatura di circa 0,6 mm; anche il foro del morsetto inferiore è smussato verso l’alto, con raggio di curvatura di circa 0,4 mm. Per aumentare l’efficacia del serraggio, le superfici dei morsetti a contatto con le provette hanno alcune scanalature, che possono presentarsi come una spirale continua, oppure come una serie di solchi concentrici.Durante la prova, i due morsetti devono essere concentrici, con una tolleranza di 0,25 mm; le superfici di serraggio devono rimanere piane e parallele, senza deformarsi. La forza di serraggio deve essere tale da impedire lo slittamento della provetta sul piano di prova, ma non cosi alta da danneggiarla. In ogni caso, per il cartone ondulato, la forza di serraggio minima deve essere pari a 5000 N (510 kgf) equivalenti a circa 800 kPa (8 kg/cm2).

Membrana.

Ha forma circolare, è di materiale elastico e la sua faccia superiore si trova a circa 5 mm sotto il piano di prova. Deve avere caratteristiche tali da richiedere una pressione di 195 kPa = 25 kPa (2,0 kg/cm2 = 0,3 kg/cm2) per formare una cupola alta 10 mm al di sopra del piano di prova e di 300 kPa = 50 kPa (3,0 kg/cm2 = 0,5 kg/cm2) per una cupola alta 18 mm. Se, per effetto dell’uso, la membrana si deforma in modo che l’altezza di incupolamento non sia più quella prescritta, si deve cambiarla.

Generatore di pressione.

Serve per applicare una pressione uniformemente e progressivamente crescente sulla faccia inferiore della membrana, fino a rottura della provetta. La pressione è prodotta da un pistone, azionato da un motore elettrico, che spinge un liquido (glicerina, glicole etilenico contenente un inibitore di corrosione, olio siliconico a bassa viscosità) contro la faccia inferiore della membrana. Il circuito idraulico deve essere esente da bolle d’aria. La velocità del pistone deve essere tale da dare una portata di 170 ml/min = 15 ml/min.

Misuratore di pressione.

Manometro di massima del tipo Bourdon, con un campo di misura adatto. Esso deve essere usato fra il 20 % e l’80 % della sua graduazione. La scala è divisa con un numero di tratti non inferiore a 70. In ogni punto della scala la precisione deve essere do = 0,5 % del valore fondo scala. L’espansibilità del manometro non deve superare 0,4 ml di liquido per una lettura fondo scala e deve essere costante, con l’approssimazione do = 20 %, in tutto il campo di misura. Il manometro deve essere almeno di classe 1 ed è dotato di indice di massima. L’attrito dell’indice di massima deve corrispondere a una coppia do 0,3 mN.m (circa 3 gf.cm) e il suo momento d’inerzia deve essere compreso fra 1 g.cm2 e 10 g.cm2. Per ottenere una maggiore precisione, si può suddividere il campo di misura in più intervalli coperti da altrettanti manometri. Questi devono funzionare l’uno indipendentemente dall’altro. 

Campionamento e preparazione della provetta 

Si effettua il campionamento secondo quanto prescritto nel metodo campionamento dei prodotti cartotecnici.

Dal campione si ritaglia il numero necessario di provette, aventi dimensioni opportune; per convenienza operativa, il materiale può essere tagliato in provette di 150 mm X 250 mm, eseguendo una prova per ciascuna faccia di ogni provetta. In ogni caso le dimensioni delle provette devono essere superiori a quelle dei morsetti. Il numero delle provette dipende dalle condizioni di prova.

Non si devono eseguire prove su superfici con pieghe o difetti visibili, o comunque già interessati da prove precedenti.

Si condizionano le provette in un ambiente conforme a quanto prescritto nel metodo condizionamento della carta e del cartone per le prove. 

Condizioni e procedimento di prova 

Si effettuano le determinazioni in ambiente conforme a quanto prescritto nel metodo condizionamento della carta e del cartone per le prove.

Se l’apparecchio possiede più di un manometro, si sceglie quello più adatto, facendo eventualmente un saggio preliminare sul manometro di portata maggiore.

Se, nel caso di una carta o di un cartone, si richiede la determinazione separata per ciascun lato, si fanno 20 misurazioni valide per lato. Negli altri casi e sempre, se si tratta di cartone ondulato, si fanno 20 misurazioni valide in tutto, di cui 10 su un lato e 10 sull’altro lato. Si considera che il lato del materiale a contatto della membrana sia quello sottoposto alla prova.

Si mettono a zero gli indici del manometro.

Si verifica che la membrana elastica sia al di sotto del piano di prova.

Si inserisce e si serra la provetta fra i morsetti,  badando che essa copra completamente la superficie di serraggio. In tutti i casi la forza di serraggio deve essere tale da impedire lo slittamento della provetta: per il cartone ondulato, la forza deve essere tale da ridurre al minimo lo schiacciamento dell’onda e deve rimanere la stessa per tutte le provette ricavate da uno stesso campione. Si eviti di mettere una seconda volta sotto i morsetti una zona del foglio che vi sia già stata una prima volta per una misurazione precedente.

Si applica la  pressione idraulica fino allo scoppio della provetta, quindi si riporta indietro il pistone fino alla posizione di partenza.

Si legge la pressione di scoppio indicata dal manometro, con tre cifre significative.

Si aprono i morsetti, si toglie la provetta e si riporta a zero l’indice di massima.

La prova è valida solo se la lettura è compresa nel campo della scala menzionata. Non sono valide le prove durante le quali avvenga uno slittamento della provetta (questa si sposta visibilmente fra i morsetti, oppure si formano grinze sulla sua superficie) oppure compaiano tagli ai bordi della zona di prova; nel caso del cartone ondulato non saranno valide nemmeno le misurazioni per le quali si notassero doppi scoppi. 

Calcolo ed espressione dei risultati 

Resistenza allo scoppio. La resistenza allo scoppio è data dalla media delle letture al manometro ed è espressa in kilopascal, con approssimazione a tre cifre significative.

Indice di scoppio. L’indice di scoppio si calcola con la formula seguente:

dove:

IS = indice di scoppio;

P = resistenza allo scoppio media, espressa in kilopascal;

G = grammatura del materiale, espressa in grammi al metro quadrato e determinata secondo il metodo determinazione grammatura delle carta.

Il valore dell’indice di scoppio si approssima a tre cifre significative. 

Resoconto della prova 

Nel resoconto di prova si riportano:

__ le informazioni indispensabili per l’identificazione del campione;

__ un riferimento al presente metodo;

__ la dato ed il luogo della prova, il tipo dell’apparecchio adoperato;

__ l’atmosfera normalizzata di condizionamento;

__  il numero delle misurazioni valide effettuate e il numero totale delle misurazioni;

__ la forza di serraggio (per il cartone ondulato);

__ i valori, minimo, massimo e medio della resistenza allo scoppio (se richiesto, separatamente per i due lati del materiale);

__ l’indice di scoppio, se richiesto;

__ le eventuali modifiche a quanto prescritto nel seguente metodo;

__ le altre informazioni che possano facilitare l’interpretazione dei risultati. 

Avvertenze 

Le seguenti soluzioni sono risultate soddisfacenti:

a)     Spirale continua con solco a V di 60° avente una profondità di almeno 0,25 mm e passo di 0,9 mm = 0,1 mm, con il punto di partenza del solco a 3,2 mm = 0,1 mm dal bordo dell’apertura circolare;

b)     Serie di solchi concentrici a V di 60°, aventi una profondità di almeno 0,25 mm e distanti 0,9 mm = 0,1 mm, con il centro del primo solco a 3,2 mm = 0,1 mm dal bordo dell’apertura circolare.

Se, a conoscenza dell’operatore, la capacità del manometro oltrepassa la scala graduata del 20%, i limiti superiori di lettura sulla scala possono essere portati fino al 100%.

Uno scoppiometro a pressione idraulica può presentare alcune fonti di errore; le principali sono le seguenti:

__ Manometro starato.

__ Velocità di avanzamento del pistone non conforme alla norma; si noti che una velocità superiore fa aumentare la pressione di scoppio.

__ Membrana difettosa.

__ Serraggio della provetta irregolare; tale difetto fa variare la pressione di scoppio.

__ Presenza di aria nel sistema idraulico, con diminuzione della pressione di scoppio.

Precisione dei risultati. Se la differenza fra i risultati medi di due campioni diversi è minore del 5% per un singolo apparecchio, o del 10% per apparecchi diversi, tale differenza non può essere considerata significativa. 

Appendice A 

Taratura, verifica e regolazione dello scoppiometro.

Forza di serraggio. Se lo scoppiometro possiede un dispositivo di serraggio di tipo idraulico o pneumatico, si può calcolare la forza di serraggio in base all’indicazione del manometro di tale dispositivo e all’area del morsetto superiore mobile. Se tale dispositivo non è presente, si deve verificare la forza esercitata da tale morsetto sul piano di prova di un dispositivo di idoneo. Se il morsetto superiore è azionato da un volantino, si può applicare, sotto di questo, una coppia di rotazione regolabile al valore voluto. Se invece l’apparecchio è dotato di una leva ad eccentrico con molla, si può tarare la molla in modo che, dalla compressione che essa subisce durante il serraggio, si possa risalire alla forza esercitata.

Uniformità del serraggio. Sul piano di prova si mette un foglio di carta bianco e su questo un foglio di carta da ricalco, con il lato ricalco verso il basso. Si serrano i due morsetti, si toglie la pressione e si esamina la carta bianca. Se il serraggio è regolare, l’impronta lasciata dalla carta da ricalco sull’altra è nitida e uniforme su tutta la superficie di contatto. Se l’apparecchio lo consente, si ruota di 90° il morsetto superiore e si ripete il controllo. Se la pressione non è regolare, si deve rettificare il dispositivo di serraggio.

Concentricità dei morsetti. Può essere controllata con una piastra che porta in rilievo, dalle due parti, due dischi concentrici, aventi il diametro di due fori dei morsetti. Si può anche fare una doppia impronta, interponendo un foglio sottile di carta bianca tra due fogli di carta da ricalco con i lati ricalco all’interno; le due impronte devono essere concentriche.

Elasticità della membrana. Si toglie l’anello di tenuta e si fa girare a mano l’albero del pistone finché la parte superiore della membrana sporga di 10 mm prima e 18 mm poi dal piano di prova, quindi si verifica che la pressione indicata dal manometro sia rispettivamente di 195 kpa = 25 kpa e di 300 kpa = 50 kpa.

Verifica del manometro. La verifica può essere fatta in condizioni statiche, per mezzo di un apparecchio a massa inerte del tipo a pistola o di una colonna di mercurio. Durante l’operazione, il manometro va inclinato con lo stesso angolo di quando è montato sullo scoppiometro. Siccome, durante la prova, l’indice del manometro si muove rapidamente, la misurazione della pressione di scoppio può anche essere soggetta ad errori di carattere dinamico. La taratura dinamica del manometro può essere fatta secondo uno dei metodi descritti nei riferimenti 1),2),3),4) dell’appendice B.

Attrito e momento d’inerzia dell’indice di massa del manometro. Si colloca il manometro verticalmente, si dispone l’indice di massima in posizione orizzontale e si appende ad esso un gancetto avente una massa da 0,5 a 1 g. Si cerca per tentativi una posizione del gancetto tale che l’indice si muova lentamente e senza scosse quando si fa ruotare il manometro in modo da mantenere l’indice orizzontale, oppure quando si batte qualche leggero colpetto sul manometro. Si misura la distanza tra il gancetto e l’asse dell’indice, quindi si moltiplica tale distanza in metri per la forza applicata dal gancetto, in millinewton. Il prodotto è la coppia, in millinewton per metro, che si deve applicare all’indice per farlo girare. Tale coppia deve essere compresa fra 0,2 mN.m e 0,4 mNm. Il manometro d’inerzia si calcola a partire dalla geometria e dalla massa dell’indice. Esso deve essere compreso fra 1 g.cm2 e 10 g.cm2.

Espansibilità del manometro Essa è determinata con un pistone tarato o con un dilatometro, come quello descritto nel riferimento dell’appendice B. Non deve superare 0,4 ml di liquido quando si porta l’indice a fondo scala e deve essere costante, con l’approssimazione di = 20%, in tutto il campo di misura.

Verifica del sistema idraulici. Porta del liquido di pressione. Si riempie lo spazio fra la membrana e il piano di prova con acqua e alcool etilico. Si poggiano sul piano di prova un sottile foglio di gomma e una piastra rigida, bloccandoli con il dispositivo di serraggio. Si collega una buretta alla camera di pressione per mezzo di un tubo di gomma. Si toglie tutta l’aria dal sistema idraulico. Si dispone la buretta verticalmente e vi si versa un po’ di liquido di pressione, leggendo la divisione alla quale esso arriva. Si fa girare l’albero del pistone a mano, contando il numero dei giri fatti, finché sia entrata nella buretta una quantità di liquido sufficiente. Si legge il nuovo livello e per differenza si calcola il volume del liquido spostato. Da questo, dal numero di giri fatti e dalla velocità dell’albero del pistone, si calcola la portata del liquido di pressione, in millilitri al minuto. Essa deve essere di 170 ml/min = 15 ml/min.

Presenza di aria nel sistema idraulico.Si chiude tra i morsetti una sottile piastra d’acciaio, attraversata da fori del diametro di circa 1 mm o percorsa da scanalature fini sulla faccia inferiore, si fa girare l’albero del pistone finché il manometro segni 50 kPa (circa 0,5 kg/cm2), quindi si continua a girare l’albero del pistone in modo da immettere nella camera di pressione altri 0,4 ml di liquido (si calcola la rotazione dell’albero necessaria in base ai dati ricavati con la prova descritta) e si legge la pressione. Se questa è meno del 30% rispetto al valore fondo scala, vuol dire che nel sistema vi è una quantità d’aria eccessiva o che l’espansibilità del manometro è fuori dai limiti.

Perdite nel sistema idraulico. Terminata la prova precedente, si porta il manometro al 75% della pressione massima e si lascia a sé. Se la perdita di pressione è maggiore del 10% in 1 min, si deve revisionare l’apparecchio per eliminare la perdita.

  Consulta i testi:

1)     Brauns, O., Danielsson, E., Jordansson, L., Svensk Papperstidning 23 867 (1964).

2)     Tuck, N.G.M., Mason, S.G. Faichney, L.M., Pulp and paper Mag. Canada 54 5 102 (1953).

3)     D’altan, A., Ind. Carta 5 237 (1967).

4)     Norma APPITA P 403 61.

      Tuck, N.G.M., Mason, S.G., Pulp and paper Mag. Canada 50 11 132 (1949).