Nel mondo dei materiali cedevoli la parola durezza viene usata in senso improprio. Su schiume, imbottiture, non tessuti, feltri, materassi e sedute non si misura la penetrazione di un penetratore nel materiale, ma la resistenza alla compressione: la forza necessaria a schiacciare il provino di una quota definita del suo spessore iniziale. Sapere come misurare durezza di tessili e imbottiture significa quindi impostare correttamente una prova di compressione, non una prova di penetrazione.
I riferimenti normativi sono consolidati. La ISO 2439 descrive la determinazione della durezza per indentazione delle schiume flessibili di poliuretano, la ISO 3386 nelle sue parti 1 e 2 definisce la determinazione delle caratteristiche sforzo-deformazione in compressione rispettivamente per materiali a bassa e ad alta densità, mentre la ASTM D3574 raccoglie i metodi di prova per le schiume flessibili cellulari. Il condizionamento del provino segue la ISO 139, che fissa l’atmosfera normalizzata per il condizionamento e la prova dei tessili.
La grandezza che si registra è la forza rilevata quando il provino viene compresso al 25 %, al 40 % e al 65 % dello spessore iniziale. Da questi tre valori si ricava l’indice di durezza e, per confronto, il comportamento del materiale sotto carico. La procedura che segue percorre l’intero ciclo operativo: preparazione del campione, scelta del metodo, esecuzione della prova, lettura del dato e criteri di accettazione, registrazione e verifica periodica della strumentazione.
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Preparazione del provino e condizionamento in atmosfera normalizzata
Il primo passo è ottenere un provino rappresentativo e stabile. Le dimensioni sono fissate dal metodo adottato: la ISO 2439 prevede provini di superficie e spessore definiti, mentre la ISO 3386 impiega geometrie più contenute. Il taglio deve essere netto, con facce piane e parallele, senza pelle superficiale asportata in modo irregolare e senza celle schiacciate dalla lama.
Ogni materiale cedevole arriva compresso dall’imballo e dal trasporto. Prima della prova occorre lasciarlo riposare disteso, senza carichi sovrapposti, per il tempo previsto dal metodo, in modo che la struttura cellulare recuperi lo spessore. Il condizionamento avviene poi in atmosfera normalizzata secondo la ISO 139, a 20 ± 2 °C e 65 ± 4 % di umidità relativa, fino al raggiungimento dell’equilibrio igroscopico. Lo spessore iniziale va misurato in questa condizione, perché è il riferimento su cui saranno calcolate tutte le deformazioni percentuali.
Come misurare durezza di tessili e imbottiture: scelta del metodo e del piatto
La scelta del metodo dipende dal materiale e dalla finalità del controllo. La ISO 2439 impiega un piatto di indentazione circolare di grande diametro, che comprime una porzione del provino e restituisce un dato di durezza per indentazione tipico delle schiume da imbottitura. La ISO 3386 utilizza invece piatti che coprono l’intera superficie del provino e descrive la curva sforzo-deformazione in compressione: la parte 1 riguarda i materiali a bassa densità, la parte 2 quelli ad alta densità.
Il piatto deve essere rigido, piano e di area maggiore del provino nei metodi a compressione totale. Vanno definiti prima di iniziare i livelli di deformazione da raggiungere, il precarico, la velocità di discesa della traversa e il numero di cicli. La ASTM D3574 offre varianti equivalenti, utili quando la specifica di prodotto o il capitolato del cliente fa riferimento allo schema americano.
Esecuzione della prova: precarico, cicli di assestamento e velocità
Il provino va centrato sul piano di appoggio, con il piatto perfettamente parallelo alla faccia superiore. Si applica un precarico ridotto, tipicamente pochi newton, per stabilire il contatto e azzerare lo spessore di riferimento senza deformare il materiale. Questo azzeramento è il punto più delicato della procedura: un precarico eccessivo abbassa lo spessore iniziale e altera tutti i valori percentuali successivi.
Seguono le precompressioni di assestamento previste dal metodo, normalmente alcuni cicli fino al 70 – 75 % dello spessore, che eliminano l’effetto della struttura cellulare non ancora sollecitata. Al termine si lascia recuperare il provino per il tempo indicato, quindi si esegue il ciclo di misura alla velocità di discesa prescritta, costante e verificabile. Forza e deformazione vengono registrate in continuo lungo tutta la corsa, non solo ai punti di lettura.
Lettura della forza e calcolo dell’indice di durezza
Al raggiungimento di ciascun livello di deformazione si mantiene la posizione per il tempo di stabilizzazione previsto e si legge la forza. I livelli standard sono 25 %, 40 % e 65 % dello spessore iniziale: il valore al 25 % descrive il comfort iniziale della superficie, quello al 40 % la portanza in condizioni di uso, quello al 65 % il sostegno in compressione profonda.
L’indice di durezza si ricava come rapporto fra la forza al 65 % e la forza al 25 %: un valore più alto indica un materiale che si irrigidisce progressivamente e sostiene meglio il carico, un valore basso un materiale che cede in modo più lineare. I criteri di accettazione vanno fissati nella specifica di prodotto come valore nominale con tolleranza, di norma espressa in percentuale sul riferimento, e valutati sulla media di più provini prelevati da posizioni diverse del lotto.
Registrazione dei dati e verifica periodica della cella di carico
Il rapporto di prova deve permettere di ripetere la misura. Si registrano identificazione del lotto e del provino, dimensioni e spessore iniziale, condizioni di condizionamento e tempi di riposo, metodo e norma applicati, geometria del piatto, precarico, velocità di discesa, cicli di assestamento, forze lette ai tre livelli, indice di durezza calcolato, esito rispetto alla tolleranza, operatore, data e strumento con il suo numero di serie.
La cella di carico determina l’attendibilità del dato. Va sottoposta a taratura periodica con pesi campione riferibili, con intervallo definito nel piano della qualità, e a verifica intermedia più frequente; anche il sistema di misura della corsa richiede controllo, perché un errore sullo spessore si propaga sui livelli percentuali. I certificati vanno conservati insieme ai rapporti di prova.
Per un quadro completo del metodo e delle applicazioni tipiche è disponibile la pagina dedicata alla durezza di tessili e imbottiture nella sezione misure e controlli.
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