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).
|