Affinché l'estensimetro fornisca misurazioni accurate, deve essere propriamente installato sull'oggetto di misura. Questo libro bianco Vi aiuterà nella selezione del collante corretto e poi all'adeguata applicazione sull'oggetto in prova. Spiega le differenze fra i vari collanti, descrive come preparare la superficie di collaggio e fornisce suggerimenti utili concernenti l'installazione degli estensimetri.

Collanti 101: Legame al punto di misura

Quale mezzo più comune per ancorare gli estensimetri alla superficie di misura, il collante deve avere un'adeguata alta qualità per garantire il completo trasferimento delle deformazioni dall'oggetto in prova all'estensimetro. Se il legame fra l'oggetto e l'estensimetro “perde” parte della deformazione, la rilevazione sarà inevitabilmente affetta da errori di misura. 

Per garantire il completo trasferimento della deformazione dall'oggetto in prova all'estensimetro, si deve scegliere il collante appropriato all'oggetto e poi installare correttamente l'estensimetro stesso. 

Comprensione delle caratteristiche del collante

Per ottenere la massima precisione di misura, si dovrà scegliere il collante migliore per il proprio oggetto ed applicazione. A tal scopo, è di aiuto la comprensione delle opzioni a vostra disposizione. 

Collanti monocomponente e multicomponente

  • I collanti monocomponente sono pronti all'impiego non appena escono dal recipiente e non richiedono la miscelazione dei componenti. 
  • I collanti multicomponente sono solitamente costituiti da due componenti che devono essere miscelati prima dell'uso. Questi collanti hanno anche una "vita di tazza" (pot lifetime), cioè il lasso di tempo in cui li si possono utilizzare dopo la miscelazione. Essa può essere di minuti o di ore. 

Collanti a freddo od a caldo

  • I collanti a freddo necessitano solo della temperatura ambiente per installare l'estensimetro sull'oggetto.
  • I collanti a caldo hanno bisogno di apporto di calore per la loro polimerizzazione. Ciò significa che l'oggetto possa entrare in un fornetto e resistere alle alte temperature durante l'indurimento del collante.  Mentre l'oggetto è nel fornetto, deve inoltre essere applicata una certa pressione sull'estensimetro. Poiché questi collanti vengono riscaldati durante il processo d'indurimento, essi possono resistere anche ad elevate temperature operative. Essi vengono sovente impiegati nella costruzione di trasduttori.

Tempo di cura

Per indurire, diversi collanti necessitano di differenti tempi di cura (polimerizzazione). I tempi di cura dipendono in parte dalla temperatura ambientale. Se quest'ultima è bassa, impiegheranno più tempo ad indurire mentre, se è alta, il tempo di cura sarà più breve. 

Temperatura operativa

I diversi collanti resistono a differenti temperature operative di esercizio. Nel prospetto dati del collante è specificato il campo della temperatura di esercizio. L'impiego degli estensimetri o degli oggetto al di fuori della temperatura operativa specificata, può provocare errori nella misurazione della deformazione. Ad esempio, se un collante è approvato per operare in ambienti fino a 200 °C, portandolo a temperature superiori esso tenderà ad ammorbidirsi, diventando di consistenza cremosa ed influenzando negativamente la misurazione della deformazione.

Oltre a quello concernente la temperatura, alcuni collanti specificano anche il parametro sull'umidità di esercizio. 

Viscosità

I collanti vengono realizzati con diverse viscosità perché certi materiali degli oggetti mostrano prestazioni migliori a seconda dell'alta o bassa viscosità del collante.

  • Gli adesivi sottili incollano l'estensimetro all'oggetto senza la necessità di spessi strati di prodotto per assicurare il legame. In genere, i collanti sottili sono migliori poiché gli strati spessi aumentano la distanza fra la griglia di misura dell'ER e l'oggetto, falsando così la  deformazione rilevata. L'errore viene aggravato se l'estensimetro opera in flessione, con la misurazione riferita all'asse neutro dell'oggetto in prova. 
  • Gli adesivi spessi sono migliori per gli oggetti porosi. Ad esempio, quelli sottili vengono assorbiti nel cemento per il quale risulta più adatto un collante più spesso e pastoso. Tuttavia, anche in questo caso si deve tentare di utilizzare uno strato di collante il più sottile possibile.

Per ulteriori informazioni sulla selezione del collante, leggete la nostra Nota Tecnica "La scelta corretta dei collanti per l'installazione degli estensimetri".

I collanti HBM

La HBM offre un'ampia gamma di collanti per scopi diversi. Segue una panoramica della nostra offerta. 

Z-70 — Supercollante ad azione rapida, diventato lo standard per l'analisi sperimentale delle sollecitazioni

  • Monocomponente
  • Indurente a freddo (temperatura ambiente) 
  • Tempo di cura di un minuto con la sola pressione del pollice 
  • Temperatura di esercizio -55 °C ... 100 °C per misurazioni statiche (cioè ove il punto zero è molto importante). Resistente fino a 120 °C per misurazioni dinamiche. L'umidità deve essere superiore al 30 percento. 
  • Bassa viscosità (collante sottile)

X60 — Miscela di Metacrilato

  • Multicomponente — collante bicomponente costituito da polvere e liquido
  • Indurente a freddo (temperatura ambiente) 
  • Tempo di cura da due a cinque minuti 
  • Temperatura di esercizio -200 °C ... 80 °C per misurazioni dinamiche
  • Alta viscosità (collante spesso) — strato da 65 micrometri

X280 — Resina epossidica

  • Multicomponente — due componenti predosati in bustine di facile miscelazione
  • Indurente a caldo od a freddo con pressione determinata 
  • Tempo di cura otto ore a temperatura ambiente; un'ora riscaldando a 95 °C
  • Temperatura di esercizio  fino a 200 °C per misurazioni statiche; 280 °C per misurazioni dinamiche
  • Alta viscosità (collante spesso) — strato da 40 micrometri 

EP150 — Resina epossidica

  • Monocomponente 
  • Indurente a caldo 
  • Tempo di cura di sei ore a 160 °C; un'ora a 190 °C
  • Temperatura di esercizio fino a 150 °C
  • Bassa viscosità; usato sovente per la costruzione di trasduttori

EP310S — Resina epossidica

  • Multicomponente — tempo di tazza di un mese
  • Indurente a caldo 
  • Tempo di cura di trenta minuti a 200°C; sei ore a 120°C per la costruzione di trasduttori 
  • Temperatura di esercizio -270 °C ... 310 °C per misurazioni dinamiche 
  • Bassa viscosità; usato sovente per la costruzione di trasduttori 

BCY01

Acceleratore per il supercollante Z70, da usare per ridurre il tempo di cura compensando la bassa umidità. Nota: L'acceleratore opera molto rapidamente, perciò già il primo tentativo di applicazione dell'estensimetro deve essere molto preciso. Alcuni tecnici aggiungono umidità alitando semplicemente sul collante invece di utilizzare l'acceleratore.

Ulteriori informazioni sugli estensimetri HBM nel sito hbm.com/strain.

Come preparare la superficie di collaggio per l'adesivo

Creare una superficie pulita per il collaggio dell'estensimetro sull'oggetto è di estrema importanza. Residui di grasso, pittura, ruggine od altra sporcizia sull'oggetto impediscono l'efficacia dei legami. Innanzi tutto, usare raschietti o mole per allontanare dalla superficie qualsiasi materiale che possa impedire a diretta adesione dell'estensimetro all'oggetto.

La seconda fase consiste nella lisciatura e pulitura della superficie, la quale dovrà risultare perfettamente pulita ed esente dagli eventuali residui della raschiettatura o molitura. Per ultimo, usare un solvente per la pulitura definitiva che sia specificamente adatto alle superfici di collaggio, quale l'RMS1 della HBM.

Nota: Per evitare che si riformi uno strato di ossido sulla superficie di collaggio, effettuare la pulitura finale immediatamente prima di applicare l'estensimetro. Se ciò non fosse possibile, un nastro adesivo può proteggere per breve tempo la superficie dall'ossidazione e dalla polvere.

Effettuata la pulitura a fondo della superficie, la si può irruvidire al fine di aumentare i legami di collaggio incrementando la sua area attiva. Si può usare la sabbiatura o la tela smeriglio di grana da 180 a 300 a seconda del collante impiegato. Il prospetto dati del collante dovrebbe specificare la dimensione della grana consigliata. Dopo si deve nuovamente pulire in via definitiva la superficie. È molto importante non trascurare questo passaggio, poiché è possibile che l'operazione di irruvidimento lasci dei residui sulla superficie del punto di misura. 

Suggerimenti per la preparazione delle superfici degli oggetti provenienti da specifici materiali

La qualità dell'installazione dell'estensimetro ha un effetto diretto sulla limitazione dell'errore di misura da cui è affetto il valore letto. Seguono alcuni suggerimenti sulla preparazione delle superfici di specifici materiali. 

Metalli

In genere, i metalli — quali l'alluminio, il rame-berillio, il rame e l'acciaio — sono facili da  preparare impiegando normali procedure di pulitura ed irruvidimento. Normalmente si può utilizzare uno qualsiasi dei collanti anzi descritti. 

Con alcune eccezioni, risulta facile impiegare gli adesivi sui metalli. Per esempio, col titanio si deve eseguire rapidamente l'applicazione degli ER, perché il collante può favorire la creazione di strati di ossido sul materiale.

 

Plastiche

Invece di preparare le superfici di plastica irruvidendole con mezzi abrasivi meccanici, si può optare per l'irruvidimento chimico mediante Tetra-Etch. Col polietilene, si può usare anche  il plasma di ossigeno mediante un applicatore manuale. Non tutti i collanti sono adatti per le materie plastiche per cui, prima di scegliere quello da utilizzare, leggere attentamente il prospetto dati dei vari collanti possibili. 

Installazione dell'estensimetro

Pulita, irruvidita e nuovamente pulita la superficie, si è pronti ad iniziare la procedura d'installazione dell'estensimetro con il collante scelto. Prima si deve tracciare punto di misura nel luogo della superficie su cui si desidera applicare l'estensimetro. Usare una penna a sfera scarica per marcare la superficie, senza lasciare tracce d'inchiostro che dovrebbero essere rimosse.

 A tal scopo:

  • non usare punte che scalfiscano la superficie poiché potrebbero danneggiare il pezzo, 
  • non toccare la superficie. Perfino sulle dita pulite si trovano piccole quantità di unto o grasso che possono influenzare la bontà dei legamenti del collante, 
  • non soffiare sulla superficie. L'alito contiene umidità e potrebbe aggiungere sostanze contaminanti. 

Tracciata la superficie, si deve effettuare la pulitura definitiva. Usare il solvente RMS1, o prodotti similari, con un tampone di cellulosa pulito e privo di lanugine (fibra lunga) rimuovere le tracce di unto o grasso residuo. Strofinare con tamponi sempre nuovi finché su di esso non resta alcuna traccia di sporcizia. Usare un tampone nuovo per ogni strisciata e non rimettere nella bottiglia il solvente non utilizzato.

Finalmente si può installare l'estensimetro. Gli estensimetri HBM sono già puliti e pronti per essere applicati sull'oggetto. Estrarne uno dalla confezione con una pinzetta (non toccarlo con le dita) e posizionarlo sulla tracciatura effettuata con la penna a sfera vuota sulla superficie pulita. Usare il nastro adesivo per coprire le piazzole di saldatura e per tenerlo in posizione mentre si prepara il collante. Si può utilizzare il nastro adesivo anche per limitare lo spargimento del collante sull'oggetto durante la sua applicazione. È sufficiente contornare l'estensimetro col nastro adesivo per realizzare una barriera al collante in eccesso sull'oggetto in prova. 

 

Leggere le istruzioni del collante scelto e, nel caso sia multicomponente, miscelare i componenti come indicato. Quando il collante è pronto. togliere il nastro adesivo con una pinzetta, sollevare l'estensimetro di fianco (sempre con la pinzetta) e spargere un sottile strato di collante sulla tracciatura. Riabbassare l'estensimetro sul collante ed esercitare una ferma pressione costante su di esso. Messo sul collante, l'estensimetro non deve più essere spostato.

Dopo aver applicato l'estensimetro e trascorso il tempo di cura del collante, rimuovere con le pinzette il nastro adesivo con cui l'ER è incernierato. Continuare ad applicare la pressione sull'estensimetro. Attenzione a non rimuovere il nastro mentre il tempo di cura è ancora in corso. 

Usando collanti ad azione rapida che richiedono solo la pressione esercitata dal pollice, ricordarsi di interporre un foglio di Teflon fra il dito e l'estensimetro, per evitare di incollare anche il pollice. 

Ulteriori informazioni

Scegliendo il collante adatto alla vostra applicazione ed installando propriamente l'estensimetro, potete minimizzare gli errori di misura e migliorare l'accuratezza di misura degli estensimetri. 

Cliccate qui per ulteriori informazioni sui collanti, l'installazione degli estensimetri e sull'analisi sperimentale delle sollecitazioni. 

L'autore

Jens Boersch lavora da 14 anni alla HBM come product manager. Egli ha esperienza su quasi tutti i prodotti — compresi gli estensimetri, i sistemi di amplificatori ed i software di acquisizione dati — utilizzati nella tecnologia di misura e prova della HBM. La sua sede operativa è a  Darmstadt, Germania.

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