5.3 Prove di Trazione
5.3.1 Test dopo 1 mese
Per quanto riguarda le prove di trazione una prima analisi può essere fatta mettendo a confronto gli andamenti delle prove di tutti i PICC (Figura 5.7 a, b e Figura 5.8 a, b): 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
1MESE 2MESI 3MESI
in cr e m e n to m e d io p e rc e n tu al e periodo di immersione
Tendenza incremento% peso: Etanolo
PICC A PICC B PICC C PICC E PICC F PICC G PICC H PICC IFigura 5.7 Diagrammi forza-deformazione ottenuti con prova di trazione a velocità a) campioni immersi in Etanolo b) campioni
Figura 5.8. Diagramma forza-deformazione ottenuto con prova di trazione a velocità a) campioni immersi in Etanolo b) campioni
immersi in Ringer
Da queste curve si rilevano importanti informazioni riguardo ai vari campioni:
I campioni immersi in Ringer mostrano tutti una rigidezza maggiore rispetto agli stessi immersi in Etanolo (in tutte le condizioni di prova effettuate) ad eccezione del PICC B (che ha comportamento contrario) e del PICC F (per il quale non si rilevano differenze).
I PICC A ed I sono quelli che mostrano una rigidezza maggiore in tutte le prove (indipendentemente dalla velocità che dal liquido in cui sono stati immersi).
I PICC C ed E sono quelli che mostrano una rigidezza minore in tutte le prove effettuate.
Può essere inoltre fatto un confronto tra il rilassamento normalizzato (
in funzione del tempo) dei PICC per una
Figura 5.9. Curva di rilassamento normalizzata ottenuta a seguito della prova di trazione con velocità a) campioni immersi in
Figura 5.10. Curve di rilassamento normalizzate ottenute a seguito della prova di trazione con velocità a ) campioni immersi in
Etanolo b) campioni immersi in Ringer.
Dalle curve di rilassamento è possibile estrarre alcuni importanti aspetti dei PICC:
Il PICC H mostra un rilassamento più veloce per quello che riguarda tutte le prove ad eccezione di quella effettuata sui campioni immersi in Ringer e sottoposti ad una trazione a velocità , per la quale il rilassamento risulta essere più rapido per il PICC I.
Il PICC E mostra il rilassamento minore in tutte le prove (indipendentemente dalla velocità con cui si era raggiunto l’allungamento del 30% che dal liquido in cui era immerso). Il rilassamento è più veloce a seguito delle prove di trazione
effettuate a velocità maggiore ( ), e questo è valido per tutti i campioni ed entrambi i liquidi.
A partire dalle curve di trazione è possibile risalire ai valori del modulo elastico dei PICC (Figura 5.11a) facendo un fitting lineare sul primo tratto iniziale della curva, e scalando questo valore per la sezione del provino si risale al modulo elastico del materiale (Figura 5.11b), di seguito sono riportati solamente i valori delle rigidezze ottenuti dalla prova di trazione a velocità minore.
Figura 5.11.a) Rigidezza del PICC calcolata su prova di trazione a velocità , le etichette riportano i valori massimi e minimi.
Figura 5.11.b) Rigidezza del materiale calcolata su prova di trazione a velocità , le etichette riportano i valori massimi e minimi.
Si può affermare che per tutte le prove effettuate i valori minori del modulo elastico si hanno per i PICC E e PICC C mentre i PICC A ed I risultano più rigidi, e che il campione immerso in Ringer mostra in quasi tutti i casi una rigidezza maggiore.
In generale il valore della rigidezza dei PICC varia nel seguente range: Campioni immersi in Ringer: [ ]
58.62 9.96 49.82 9.28 0 10 20 30 40 50 60 70 A B C E F G H I [N/ Ɛ] PICC Ringer Etanolo 11.71 38.10 29.30 10.54 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 A B C E F G H I [MPa] PICC Ringer Etanolo
Campioni immersi in Etanolo: [ ] Mentre il valore del modulo elastico del materiale:
Campioni immersi in Ringer: [ ] Campioni immersi in Etanolo: [ ]
Fittando le curve di rilassamento è inoltre possibile andare a calcolare dei parametri. In questo caso il fitting utilizzato non è un semplice esponenziale (poiché risultava non essere fedele all’andamento della curva), ma viene fatto un fitting utilizzando la seguente funzione (esponenziale stretchato):
(17)
Questo fitting porta all’individuazione di tre diversi paramentri caratteristici delle curve: . In Tabella 5.1 sono riportati i valori di questi parametri (relativi solo al rilassamento conseguente alla trazione più veloce, per la quale le curve si differenziano maggiormente a seconda del liquido di immersione): Ringer Etanolo I I A 0.23 19.78 0.48 0.20 22.03 0.59 B 0.24 26.15 0.50 0.15 15.39 0.60 C 0.20 16.89 0.60 0.18 20.59 0.58 E 0.15 19.44 0.59 0.13 15.85 0.66 F 0.18 22.32 0.58 0.17 14.39 0.63 G 0.24 25.61 0.49 0.19 20.94 0.56 H 0.34 15.90 0.50 0.28 15.29 0.52 I 0.24 20.39 0.51 0.22 24.89 0.48
Tabella 5.1. Valori delle costanti ricavate dal fitting delle curve di rilassamento relative alle prove di trazione a velocità massima.
Per avere indicazioni riguardanti la bontà di adattamento di un modello ai dati si è calcolato l’indicatore statistico (coefficiente di determinazione): questo è risultato essere in tutti i casi maggiore di , quindi il modello dell’esponenziale stirato è affidabile per la descrizione del
rilassamento delle curve in questione, e per questo non vengono mostrati i valori di incertezza sui singoli parametri estratti.
I parametri ottenuti con questo fitting sono collegati alla componente viscosa e quella elastica del materiale.
In particolare rappresenta la componente elastica residua del materiale, mentre i parametri e descrivono l’andamento della curva di rilassamento nei primi istanti e nel lungo periodo:
a parità di , con minore ho un andamento più veloce all’inizio ma la componente viscosa viene scarivata in un periodo maggiore (arrivo dopo all’asintoto), e viceversa con maggiore.
a parità di , con minore ho un andamento più veloce all’inizio ed arrivo anche prima all’asintoto.
Per valutare al meglio l’effetto dei liquidi sulle prove di trazione, sono presentati i seguito i grafici relativi ai comportamenti di ogni singolo PICC. Partendo dal PICC A in Figura 5.12a sono riportate tutte le curve di trazione e in Figura 5.12b le curve di rilassamento (le curve tratteggiate sono relative alle prove a velocità maggiore
, quelle continue a
velocità minore ; le curve blu sono relative ai campioni immersi in Ringer, le rosse in Etanolo, le curve verdi sono sui campioni ex-novo a
e le curve nere sui campioni as-new a ):
Figura 5.12. a) Curve di trazione, b) Curve di rilassamento normalizzate su PICC A.
A parità di liquido non si evidenzia differenza significativa nella rigidezza meccanica dalle prove a diversa velocità di allungamento.
I campioni immersi in Ringer mostrano rigidezza maggiore. I campioni sottoposti a trazione con velocità minore hanno un
rilassamento analogo.
I campioni immersi nello stesso liquido mostrano rilassamento notevolmente differente in funzione della velocità di trazione, e in entrambi i casi (Ringer ed Etanolo); il rilassamento più veloce è relativo alla trazione effettuata a velocità maggiore. Per quanto riguarda il PICC B (Figura 5.13):
Figura 5.13. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC B.
La rigidezza è uguale tra i campioni immersi nello stesso liquido indipendentemente dalla velocità con cui è stata fatta la prova di trazione.
Rigidezza maggiore nei PICC immersi in Ringer.
Rigidezza leggermente superiore nel campione di controllo a
.
Il rilassamento si differenzia sia per quanto riguarda il liquido che la velocità della prova di trazione: rilassamento più veloce a seguito della prova di trazione a velocità maggiore.
A parità di velocità di trazione, il rilassamento è maggiore per i campioni immersi in Ringer.
Per quanto riguarda il PICC C (Figura 5.14):
Figura 5.14. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC C.
Le prove di trazione tutte mostrano un andamento analogo, e la rigidezza calcolata è uguale indipendentemente dai liquidi in cui sono stati immersi i campioni e dalla velocità della prova. Il rilassamento risulta più rapido nei campioni sottoposti alle
trazioni a velocità maggiore.
Il rilassamento a seguito della trazione più lenta risulta analogo indipendentemente dal liquido, mentre nell’altro caso si ha un rilassamento più rapido nel campione immerso in Ringer.
PICC E (Figura 5.15):
Figura 5.15. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC E.
La prova di trazione non evidenzia alcuna differenza tra i campioni indipendentemente dalla velocità con cui è stata effettuata e dal liquido.
Il modulo elastico maggiore è registrato nella prova sul campione di controllo (per entrambe le velocità), effettuata a temperatura ambiente.
Il rilassamento è più veloce nei campioni sottoposti a trazione con velocità maggiore (curva più ripida per il campione immerso in Ringer).
PICC F (Figura 5.16):
Figura 5.16. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC F.
La rigidezza dei campioni è uguale in tutte le prove di trazione effettuate, ma minore del valore calcolato sul campione di controllo.
Il rilassamento è più veloce nei campioni sottoposti alla prova di trazione a velocità maggiore.
A parità di velocità di trazione si ha un differente comportamento dei campioni a seconda del liquido: a velocità maggiore il rilassamento è più veloce nel campione immerso in Etanolo e viceversa per il rilassamento a velocità minore.
Figura 5.17. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC G.
La rigidezza massima tra le prove a 37°C si riscontra nella prova di trazione a velocità maggiore per il campione immerso in Ringer. Questo valore è minore della rigidezza misurata sul campione di controllo.
Il rilassamento più veloce si ha a seguito delle prove di trazione a velocità maggiore.
A parità di velocità il rilassamento si differenzia a seconda del liquido di immersione: per la velocità maggiore il rilassamento è più veloce nel campione immerso in Ringer e viceversa per il rilassamento dopo la trazione a velocità minore.
PICC H (Figura 5.18):
Figura 5.18. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC H.
Le prove a velocità superiore mostrano una rigidezza analoga sui campioni immersi in entrambi i liquidi.
La rigidezza minore si ha nel campione immerso in Ringer sottoposto a prova di trazione con velocità .
La rigidezza massima si ha nel campione di controllo.
A parità di velocità della prova di trazione il rilassamento è simile tra i campioni immersi in entrambi i liquidi: per la velocità minore il rilassamento è più veloce nel campione immerso in Etanolo e viceversa.
PICC I (Figura 5.19):
Figura 5.19. a)Curve di trazione, b)Curve di rilassamento normalizzate su PICC I.
La rigidezza massima si riscontra nella prova di trazione a velocità minore sul campione immerso in Ringer (questo valore è pressoché analogo a quello misurato sul campione di controllo), mentre per tutte le altre prove risulta costante. Il rilassamento è più veloce nei campioni sottoposti alle prove
di trazione a velocità superiore.
A parità di velocità il rilassamento è più rapido nel campione immerso in Ringer.
Dopo l’analisi dettagliata di ogni singolo PICC si può affermare che ci sono delle analogie tra i comportamenti dei cateteri in relazione alle prove di trazione e rilassamento:
1. In tutti i casi il campione di controllo mostra una rigidezza maggiore: questo può essere attribuito al fatto che la prova sul campione as-new è stata effettuata ad una temperatura minore.
2. Il tratto iniziale delle curve di rilassamento risulta più ripido nel caso della prova effettuata dopo la trazione a velocità maggiore.