è definita come la resistenza offerta dalla superficie da misurare alla penetrazione di un puntale calibrato di forma definita, mediante l’applicazione di un determinato carico.
In realtà, quindi, tale grandezza si rileva come uno spostamento.

Esistono differenti scale di durezza, ovvero:

• IRHD (International Rubber Hardness Degrees).
• Shore hardness degrees, suddivisi in Shore A e Shore D.

Il test IRHD si basa sulla misurazione della profondità di penetrazione nel pezzo in esame di una sferetta in acciaio dopo l’applicazione di un carico costante. I durometri Shore, invece, applicano un carico attraverso una molla.
Nel tipo A il puntale è conico smussato e la scala arriva a 90 Sh A.
Nel tipo D il puntale non è smussato edè utilizzabile sopra i 90 Sh A.
La scala Shore A è simile alla scala IRHD, ma non esiste una perfetta correlazione. Nella maggior parte delle applicazioni tecniche le durezze variano da 40 a 90 ShA.
4 - grafico durezze materiali
5 - grafico durezza/temperatura
Le proprietà meccaniche includono la resistenza a trazione, l’allungamento e il modulo di resistenza a trazione e sono determinate sottoponendo a trazione monoassiale provini standardizzati secondo metodologie di prova ben definite, utilizzando un dinamometro.

 

 

Resistenza a trazione: è lo sforzo, espresso in MPa o N/mm2, richiesto per portare a rottura un provino standard sottoposto a trazione, con allungamento imposto costante.
Tale caratteristica può variare generalmente dai 5 N/mm2 ai 50 N/mm2 circa, a seconda della base elastomerica e degli additivi inseriti nel compound.
6 - grafico resistenza a trazione

Allungamento: è definito come la deformazione mostrata in senso assiale dal provino per effetto del carico applicato durante il test ed è espresso percentualmente rispetto alla dimensione assiale iniziale. L’allungamento a rottura è determinato in corrispondenza del carico di rottura. Esso in genere varia dal 100% circa ad anche più del 1.000%, a seconda del compound.
7 - grafico allungamento a rottura

Modulo di resistenza a trazione: è definito per gli elastomeri come la forza necessaria a produrre un determinato
allungamento. E’ espresso in N/mm2 ed è tipicamente riferito ad allungamenti del 100% o del 300%. Quindi, se ad esempio 8 N/mm2 sono richiesti per produrre un allungamento del 100%, il materiale in esame sarà caratterizzato da un modulo pari a 8 N/mm2 al 100% di allungamento.
Il modulo può essere considerato come un indice del grado di vulcanizzazione di un compound edè determinato nel corso della prova di trazione. Esso può variare mediamente da valori pari ad 1 N/mm2 sino a circa 13 N/mm2, a seconda della composizione chimica del compound. I manufatti in gomma sintetica possono cedere in servizio a causa del propagarsi di intagli, specialmente in corrispondenza di recessi o spigoli.

Resistenza alla lacerazione: è definita come la forza per unità di spessore richiesta per strappare il provino in due parti.
E’ comunemente espressa in N/mm.

Attrito ed abrasione: sono fenomeni correlati in quanto l’abrasione consistenell’asportazione di particelle di materiale dalla superficie per attrito. In assenza di attrito, non avviene abrasione. In un elastomero il coefficiente d’attrito dipende da svariati fattori, quali forma, composizione, temperatura, pressione e finitura superficiale.
L’attrito genera calore ed un riscaldamento eccessivo o prolungato può causare un invecchiamento precoce dell’elastomero. L’attrito può essere ridotto mediante l’inserimento nel compound stesso di additivi specifici o mediante
trattamento superficiale dei manufatti. Gli elastomeri sono materiali viscoelastici e si comportano in parte come liquidi viscosi e in parte come solidi elastici. Deformazioni prolungate portano ad un certo grado di deformazione permanente, il che significa che parte della deformazione viene immagazzinata dalla struttura e parte viene restituita elasticamente. Le caratteristiche definite come set, rilassamento e creep sono effetti dovuti a prolungate applicazioni di sforzo o deformazione.

Set: è definita la deformazione residua dopo aver rimosso la sollecitazione imposta. Se l’elastomero viene stirato e, dopo aver rimosso ilcarico, viene rilevata una deformazione, tale allungamento, espresso percentualmente rispetto alla dimensione originaria, è definito Tension Set.
Se invece l’elastomero viene sottoposto ad uno stato di compressione, l’omologa deformazioneè definita Compression Set.
Un compression set pari al 100% significa completa deformazione residua e nessun ritorno elastico, pari allo 0% significa nessuna deformazione. Il compression set è funzione della temperatura e dell’entità nonché della durata della deformazione.

8 - grafico compression set/temperatura

Bassi valori di compression set sono essenziali per garantire una corretta azione di tenuta alla temperatura di servizio della guarnizione, in quanto proprio la tendenza al recupero elastico dell’elastomero garantisce la forza necessaria per tale scopo.

Rilassamento: è definito come la variazione, o meglio il decremento, delle caratteristiche resistenziali dell’elastomero quando esso è sottoposto a deformazione costante per un determinato periodo di tempo. Questa caratteristica è fondamentale nel caso delle guarnizioni di tenuta.

Creep: è l’inverso del rilassamento, ovvero rappresenta l’incremento di deformazione a carico applicato costante per un determinato periodo di tempo.

Rebound resilience: il concetto di resilienza applicato agli elastomeri attraverso la grandezza definita come rebound resilience non è altro che la misura della capacità degli stessi a ritornare velocemente alla forma iniziale dopo una
temporanea deflessione ovvero, mentre il compression set indica il grado di recupero elastico, la rebound resilience ne indica la velocità. Come per ogni bilancio energetico, l’energia che in questo caso viene spesa per deformare un elastomero è restituita in parte sotto forma di calore, quindi dissipata per attrito all’interno del materiale, e in parte sotto altra forma, in questo caso lavoro meccanico, ovvero come resilienza del materiale. Quando la deformazione risulta da un singolo impatto, il rapporto tra l’energia restituita e quella applicata è detto quindi rebound resilience. Essa può variare per i differenti elastomeri, a temperatura ambiente, dal 5% al 75% circa, a seconda del tipo di compound.
9 “grafico rebound resilience”

 

Isteresi: come precedentemente definito, quando un manufatto in elastomero viene deformato e rilasciato, parte dell’energia ad esso ceduta viene trasformata in calore.
Questa energia spesa, ad ogni ciclo di deformazione imposta, è definita isteresi ed è pari al 100% meno la resilienza percentuale. L’accumulo di calore è dato dall’incremento di tem peratura nel manufatto ed è il risultato di una rapida
deformazione imposta per cicli e del fatto che gli elastomeri sono generalmente cattivi conduttori di calore. Quando un elas tomero viene deformato ciclicamente, il calore sviluppato non riesce ad essere dissipato, e ciò porta ad accrescere la tem peratura stessa dell’elastomero, soprattutto nelle sezioni più spesse. Questo può portare ad un invec chiamento precoce dell’elastomero e talvolta alla totale distruzione dello stesso. Un rimedio consiste nell’utilizzare per le applicazioni di questo tipo (ad es. per antivi branti) materiali ad elevata resilienza o nel di men sionare in maniera
accurata le sezioni del pezzo.

Permeabilità: in generale tutti gli elastomeri sono permeabili ai gas e ai vapori, anche se in modo differente a seconda del tipo di elastomero, e ciòriveste estrema importanza quando i manufatti sono, ad esempio, tubi o membrane. In genere il Silicone ha la più elevata permeabilità ai gas, seguito da NR, EPDM, SBR, CR, NBR, FPM, ECO ed IIR.
10 - grafico permeabilità ai gas

Comunque compound differenti aventi la base elastomerica in comune possono avere caratteristiche nettamente distinte in funzione degli ingredienti incorporati nel compound.
Ad esempio, talune cariche abbassano la permeabilità in funzione della loro concentrazione, e in genere i plastificanti la
innalzano. Il processo di diffusione di un gas attraverso un elastomero avviene in due fasi:
nella prima fase il gas si dissolve nel materiale da un lato, generalmente nell’ambiente a pressione o concentrazione più elevata e in funzione della solubilità del gas stesso nell’elastomero, e nella seconda fase si diffonde nell’altro ambiente.

Come facilmente intuibile, la permeabilità aumenta al crescere della temperatura. Conduttività termica: sebbene essa vari in funzione degli ingredienti del compound, le gomme sintetiche sono da considerarsi generalmente cattivi conduttori di calore. Questacaratteristica implica che i manufatti che debbano essere impiegati, ad esempio, come smorzatori di vibrazioni, o sottoposti a cicli di flessione o ad attriti, debbano essere disegnati e dimensionati in modo da garantire un sufficiente scambio termico. Il coefficiente di espansione termica di un elastomero è da considerarsi circa 10 volte maggiore di quello di un acciaio.
Questa caratteristica, come facilmente intuibile, assume importanza fondamentale se l’elastomero opera a temperature estremamente elevate o, all’opposto, estremamente rigide, date le differenze dimensionali a cui l’elastomero stesso
può andare incontro in un range di temperature nel quale invece gli acciai e i metalli di uso comune non subiscono variazioni dimensionali di rilievo. Le proprietà fisiche degli elastomeri dipendono molto dalla temperatura e, anche se
normalmente tutti i test vengono svolti a temperatura ambiente, può risultare interessante effettuare esperimenti anche a temperature diverse. In genere, la resistenza a trazione, il modulo e la durezza decrescono, se i test vengono svolti a temperature superiori all’ambiente; l’allungamento a rottura invece presenta un punto di massimo, crescendo sinoad un certo punto, per poi diminuire a temperature più elevate; la rebound resilience cresce sino ad un valore massimo.

 

A causa dell’esposizione di un elastomero a basse temperature, avvengono dei cambiamenti nel comportamento dello stesso, alcuni immediatamente, altri dopo esposizione prolungata. Al diminuire della temperatura si osserva un incremento nel valore della durezza, del modulo, della resistenza a trazione, mentre diminuisce l’allungamento. La rebound resilience decresce, raggiunge un minimo, e poi subisce un incremento, sino ad un certo punto, in corrispondenza del quale l’elastomero mostra un comportamento di tipo fragile e vetroso.
Questa temperatura è detta Temperatura di transizione vetrosa, Tg.
A - modulo/temperatura

 

 

La cristallizzazione dovuta a bassa temperatura non è in genere pericolosa per applicazioni dinamiche, in quanto il movimento produce in genere calore tale da sciogliere i cristalli. Può invece causare fragilità e perdita di elasticità in
applicazioni statiche.
Quando si parla di range di temperature di utilizzo bisogna sempre considerare che, pur prendendo ad esempio lo stesso elastomero, differenti compound possono presentare caratteristiche diverse ed, inoltre, esiste una forte dipendenza
dalla variabile tempo. In particolare, per quanto riguarda il limite inferiore di temperatura di utilizzo, è sempre consigliabile una verifica funzionale mediante test di laboratorio. Per quanto riguarda il limite superiore, invece, divengono importanti il periodo di servizio e le condizioni operative.
Ad esempio, per un NBR standard, il limite superiore può essere considerato 100°C, con servizio a lungo termine in olio minerale. Ciò significa che sotto i 100°C le aspettative di durata possono essere superiori.
Lo stesso compound può comportarsi in modo soddisfacente per 100 ore a 150°C o per qualche minuto a 300°C. Di conseguenza, le temperaturedi utilizzo consigliate dai produttori di materie prime, possono essere incrementate per
applicazioni a breve termine, o ridotte se l’ambiente è costituito da fluidi aggressivi.

Caratteristiche dielettriche: gli elastomeri sono normalmente buoni isolanti con resistività elettrica relativamente elevata. Gli elastomeri non polari (non resistenti all’olio) sono di solito migliori isolanti degli elastomeri polari (resistenti all’olio). In ogni caso le proprietà elettriche sono più dipendenti dagli additivi inseriti nel compound, che non dalla
base elastomerica. I compounds contenenti carbon black devono essere evitati se è richiesta un’elevata resistenza elettrica ed in questo caso il materiale più idoneo è il Silicone. E’ possibile rendere gli elastomeri antistatici o addirittura
conduttivi incorporando nel compound sufficienti quantità di grafite, tipi speciali di carbon black o polveri metalliche, ma in ogni caso la conduttività di questi compound non sarà confrontabile con quella dei metalli.
Linee guida per la conservazione dei manufatti in gomma vulcanizzata: parecchi elastomeri sono suscettibili di cambiamento delle loro caratteristiche fisiche durante lo stoccaggio e possono divenire inservibili a causa di un eccessivo indurimento o di screpolature o di altro deterioramento superficiale.
Tutto ciò può essere dovuto a combinazioni di fattori che devono essere minimizzate adottando idonei sistemi di imballaggio (ISO 2230).

• Temperatura: sotto i 25°C, possibilmente 15°C.
• Umidità: impedire sviluppo di condensa.
• Ossigeno e ozono: proteggere da circolazione d’aria con imballo adeguato, soprattutto se il rapporto massa/volume è elevato (es. espansi). Tenere lontano da eventuali fonti di produzione di ozono, come motori elettrici e lampade fluorescenti.
• Deformazione: le guarnizioni devono essere stoccate in condizioni di riposo, non compresse, né in tensione. Se impossibile, ridurre al minimo le sollecitazioni.
• Contatto con metalli: non mettere a contatto con metalli in genere, proteggere con carta o polietilene, evitare film in PVC.
• Contatto con altri elastomeri: evitare contatto con elastomeri di altra natura.
• Contatto con liquidi o vapori: evitare contatti con fluidi di qualsiasi tipo.
• Radiazioni: evitare esposizione a qualsiasi forma di radiazioni.
• Pulizia: lavare eventualmente con acqua e sapone neutro. Non utilizzare abrasivi o solventi. Lasciare asciugare a temperatura ambiente.

 

I manufatti in gomma sintetica, se stoccati in condizioni adeguate, possono rimanere in condizioni tali da poter essere utilizzati anche a distanza di anni. Gli elastomeri saturi possono durare dai 10 ai 20 anni, quelli insaturi da 2 a più di 5.