Spessore di materie plastiche e compositi

La misura dello spessore di materie plastiche e compositi è diventata centrale con la diffusione di questi materiali in settori come l’automotive, l’aeronautica, il packaging e l’edilizia. Misurarne lo spessore è però più insidioso che per i metalli, perché le plastiche e i compositi non sono materiali omogenei e ripetibili come un acciaio: la loro velocità del suono varia con la formulazione, la temperatura e il grado di reticolazione, e i compositi sono per definizione fatti di fasi diverse. Chi deve controllare uno spessore su questi materiali deve conoscerne le particolarità per non prendere abbagli.

Questa pagina spiega perché plastiche e compositi sono un caso a sé, quali metodi si usano per misurarne lo spessore e come gestire le disomogeneità che complicano la misura. È una guida per il tecnico di produzione, il controllo qualità e il progettista che lavorano con materiali polimerici e compositi.

Perché plastiche e compositi sono difficili

Il primo motivo è la variabilità delle proprietà. In un metallo la velocità del suono è praticamente costante e tabulata; in una plastica dipende dal polimero, dalle cariche, dagli additivi e dalla temperatura, e può cambiare anche tra due lotti dello stesso materiale. Poiché la misura a ultrasuoni converte un tempo in spessore proprio attraverso la velocità del suono, questa variabilità si traduce in incertezza sulla misura se non si tara sul materiale reale.

Il secondo motivo sono i compositi. Un laminato in fibra e resina non è un materiale unico ma un insieme di strati con proprietà diverse, spesso con vuoti, disomogeneità e interfacce interne. L’impulso ultrasonoro può riflettersi non solo sul fondo ma anche sulle interfacce interne, generando echi multipli che vanno interpretati correttamente. Misurare lo spessore di un composito richiede quindi non solo di leggere un numero, ma di capire quale eco corrisponde alla vera superficie di fondo.

I metodi di misura

Due famiglie di metodi coprono questi materiali, con logiche diverse.

Metodo	Accesso	Note
Ultrasuoni	Un solo lato	Richiede velocità del suono tarata
Meccanico a contatto	Due lati	Diretto, indipendente dal materiale
Micrografico	Sezione	Riferimento distruttivo

Misura meccanica a contatto

Quando si accede a entrambe le facce, per esempio su un foglio, una lastra o un bordo, la misura meccanica per contatto è la più semplice e affidabile: uno spessimetro a comparatore stringe il materiale tra un’incudine e un tastatore e legge direttamente lo spessore. Il grande vantaggio è l’indipendenza dalle proprietà del materiale: non conta la velocità del suono né l’omogeneità, si misura una distanza fisica. L’unico accorgimento riguarda i materiali morbidi o comprimibili, dove la forza di contatto va controllata per non schiacciare il campione e falsare la lettura.

Misura a ultrasuoni

Quando si accede a un solo lato, come su un serbatoio, una carena o un componente stampato, si ricorre agli ultrasuoni, con lo stesso principio dell’eco usato sui metalli. Qui però la taratura sulla velocità del suono del materiale reale non è un’opzione ma una necessità, data la variabilità delle plastiche. Sui compositi occorre inoltre saper interpretare gli echi multipli generati dalle interfacce interne. Alcuni strumenti mostrano la forma dell’eco, aiutando a distinguere il fondo reale dalle riflessioni interne, cosa preziosa proprio sui laminati.

Gestire le disomogeneità

La chiave per misurare bene compositi e plastiche cariche è riconoscere e gestire le disomogeneità. Un vuoto o una delaminazione interna genera un’eco anticipata, che uno strumento può scambiare per il fondo, dando uno spessore troppo piccolo. Al contrario, un materiale molto attenuante indebolisce l’eco di fondo, che rischia di non essere rilevato. Per questo, oltre allo spessore, la misura a ultrasuoni sui compositi è spesso anche uno strumento diagnostico: un’eco anomala può rivelare un difetto interno. Interpretare il segnale, e non solo leggere il numero, è ciò che distingue una misura corretta da una fuorviante.

• Tarare sempre la velocità del suono sul materiale reale, non su valori generici.
• Sui compositi, distinguere l’eco di fondo dalle riflessioni interne.
• Controllare la forza di contatto sui materiali morbidi o comprimibili.
• Considerare la temperatura, che modifica la velocità del suono nelle plastiche.
• Aumentare i punti di misura sui materiali disomogenei.

Come scegliere l’approccio

La scelta parte dall’accessibilità: se si raggiungono entrambe le facce, la misura meccanica per contatto è la più diretta e affidabile, immune dai problemi di velocità del suono. Se si accede a un solo lato, gli ultrasuoni sono la via obbligata, con la cura di tarare sul materiale reale. Sui compositi conviene uno strumento capace di mostrare il segnale, per interpretare gli echi. Contano poi la comprimibilità del materiale, che indirizza verso strumenti a forza di contatto controllata, e la temperatura d’esercizio. Nel dubbio, la misura micrografica su una sezione fornisce un riferimento indiscutibile per validare gli altri metodi.

Riferibilità e taratura

Come per ogni misura di spessore, la riferibilità passa da campioni di spessore noto. Per la misura meccanica bastano campioni di spessore certificato; per gli ultrasuoni servono campioni dello stesso materiale, o almeno con velocità del suono nota, perché è quella a determinare la conversione. Documentare la velocità del suono usata, i campioni di taratura e il piano di misura è essenziale, soprattutto nei settori dove lo spessore dei compositi entra in specifiche strutturali critiche.

Dalla misura allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Spessore del ramo Misure e controlli, e condivide con lo spessore di parete di metalli la tecnica a ultrasuoni. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo, le misure di spessore fanno capo alla metrologia dimensionale, con gli spessimetri meccanici a comparatore per la misura per contatto tra due facce e i campioni di riferimento per la taratura. Se lavori con compositi, plastiche cariche o componenti dalle disomogeneità particolari, il modulo di richiesta ti permette di ricevere un’indicazione mirata.