ASTM D638

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ASTM D638

Las medidas de alargamiento a la tracción y módulo de tracción se encuentran entre las indicaciones más importantes de la resistencia de un material y son las propiedades más ampliamente especificadas de los materiales plásticos. La prueba de tracción, en un sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material para soportar fuerzas que tienden a separarlo y para determinar hasta qué punto el material se estira antes de romperse. El módulo de tracción, una indicación de la rigidez relativa de un material, se puede determinar a partir de un diagrama de tensión-deformación. Los diferentes tipos de materiales plásticos a menudo se comparan sobre la base de los datos de resistencia a la tracción, elongación y módulo de tracción. Muchos plásticos son muy sensibles a la velocidad de deformación ya las condiciones ambientales. Por lo tanto, los datos obtenidos por este método no pueden considerarse válidos para aplicaciones que involucren escalas de tiempo de carga o entornos muy diferentes a este método. Los datos de propiedades de tracción son más útiles en la selección preferencial de un tipo particular de plástico de un gran grupo de materiales plásticos y tales datos tienen un uso limitado en el diseño real del producto. Esto se debe a que la prueba no tiene en cuenta el comportamiento dependiente del tiempo de los materiales plásticos. Aparato Se utiliza la máquina de prueba de tracción de un movimiento de cruceta de velocidad constante. Tiene un miembro fijo o esencialmente estacionario que lleva una empuñadura y un miembro móvil que lleva una segunda empuñadura. Las mordazas autoalineables empleadas para sujetar la muestra de prueba entre el elemento fijo y el elemento móvil evitan problemas de alineación. Se utiliza un mecanismo de accionamiento de velocidad controlada. Algunas de las máquinas disponibles en el mercado utilizan un mecanismo de accionamiento servocontrolado de bucle cerrado para proporcionar un alto grado de precisión de la velocidad. Se usa un mecanismo indicador de carga capaz de indicar la carga de tracción total con una precisión de (1 por ciento del valor indicado o más). Últimamente, la tendencia es hacia el uso de indicadores de carga de tipo digital que son más fáciles de leer que los indicadores de tipo analógico. Se utiliza un indicador de extensión, comúnmente conocido como extensómetro, para determinar la distancia entre dos puntos designados ubicados dentro de la longitud calibrada del espécimen de prueba a medida que se estira el espécimen. La figura muestra una máquina de prueba de tracción disponible comercialmente. El advenimiento de nueva tecnología de microprocesador ha eliminado virtualmente los cálculos manuales que consumen mucho tiempo. Los cálculos de tensión, elongación, módulo, energía y estadísticos se realizan automáticamente y se presentan en una pantalla visual o en una copia impresa al final de la prueba.

ASTM D638 e ISO 527

La mayoría de los ensayos de tracción se realizan de acuerdo con las normas establecidas publicadas por organizaciones de normalización como ASTM D638 e ISO 527. En este sentido, el protocolo ASTM D638 está relacionado con el ensayo ISO 527-2, ya que el propósito de ambos es demostrar la resistencia de un plástico a las fuerzas de tracción. Sin embargo, la norma ASTM aclara que el contenido técnico de ambas pruebas es diferente y, por lo tanto, no son intercambiables. Las empresas que están obligadas a medir este parámetro suelen realizar solo una de las pruebas, siendo el método de prueba ASTM el favorito en el mercado norteamericano y área de influencia. La norma ASTM D638 mide la capacidad de los plásticos reforzados y no reforzados para soportar fuerzas de tracción. Es una prueba esencial en un mundo donde los envases de plástico lideran el mercado, ya que esta prueba puede predecir las capacidades protectoras del material ante las fuerzas de tracción, que son bastante comunes durante el envío y la manipulación, así como en otras situaciones. Las normas de ensayo prescriben los parámetros de prueba y los resultados aceptables para diferentes tipos de materias primas, como metales, plásticos, elastómeros, textiles y materiales compuestos, así como para productos acabados, como dispositivos médicos, piezas de automóviles y productos electrónicos de consumo. Estas normas garantizan que los materiales y productos que entran en la cadena de suministro presentan propiedades mecánicas predecibles y que no es probable que fallen en su uso final previsto. Dado que no se puede exagerar el coste y las implicaciones para la seguridad de los fallos de los productos, se anima a las empresas a invertir en equipos de ensayo precisos y de alta calidad, diseñados para ayudarles a determinar fácilmente si sus productos cumplen o no las normas aplicables. La norma ASTM D638 se realiza aplicando una fuerza de tracción a un espécimen de muestra y midiendo varias propiedades del espécimen bajo tensión. Se lleva a cabo en una máquina de prueba universal (también llamada máquina de prueba de tracción) a velocidades de tracción que van desde 1 a 500 mm/min hasta que la muestra falla (cede o se rompe). Aunque la norma ASTM D638 mide muchas propiedades de tracción diferentes, las siguientes son las más comunes:

Resistencia a la tracción: la cantidad de fuerza que se puede aplicar a un plástico antes de que ceda (se estire irreparablemente) o se rompa.
Módulo de tracción: cuánto puede deformarse (estirarse) un material en respuesta a la tensión antes de ceder. El módulo es una medida de la rigidez del material.
Alargamiento: el aumento de la longitud de referencia después de la rotura dividido por la longitud de referencia original. Mayor elongación indica mayor ductilidad.
Relación de Poisson: una medida de la relación entre cuánto se estira un material y qué tan delgado se vuelve durante el proceso de estiramiento.

Probetas ASTM D638

El método ASTM D638 se aplica a muestras de plástico rígido con tamaños que van desde 1,00 mm hasta 14 mm de espesor. La preparación de las muestras para la prueba primero requiere la aplicación del protocolo ASTM D5947-18 , que describe los métodos para medir las dimensiones físicas de las muestras de plástico sólido. Este paso es un requisito, ya que el tamaño de las muestras afectará los resultados más adelante durante la ejecución del método ASTM D638. Una vez que se ha realizado esta prueba y se han determinado las dimensiones exactas de las muestras a analizar, el método ASTM D638 describe 5 tipos de muestras. Sin embargo, el más común (tipo I) tiene un espesor de 3,2 mm, una longitud de 165 mm, un ancho de 13 mm y una longitud de calibre de 50 mm, y está fundido a presión. Las muestras cuyo espesor sea inferior a 1,00 mm deben probarse utilizando la norma ASTM D882 , que proporciona un método de prueba para medir las propiedades de tracción de materiales plásticos delgados. Es particularmente importante tener en cuenta el proceso de preparación de muestras para obtener resultados precisos con este método de prueba. Más aún cuando se realizan pruebas de comparación entre dos o más materiales. En este caso, es fundamental asegurarse de que las muestras pasen por los mismos procesos. Sin embargo, también existe la opción de incluir diferentes métodos de preparación de muestras como parte del método de prueba de comparación.

Ensayo de tracción

Un ensayo de tracción aplica una fuerza de tracción a un material y mide la respuesta de la muestra a la tensión. De este modo, los ensayos de tracción determinan la resistencia de un material y su capacidad de alargamiento. Los ensayos de tracción se realizan en máquinas de ensayo de tracción, también conocidas como máquinas de ensayo universales. Una máquina de ensayos de tracción consta de un marco de ensayo equipado con una celda de carga, un software de ensayo y mordazas y accesorios específicos para la aplicación, como extensómetros. El tipo de material a ensayar determinará el tipo de accesorios necesarios, y una misma máquina puede adaptarse para ensayar cualquier material dentro de su rango de fuerza simplemente cambiando la sujeción. Las máquinas de ensayo de tracción están disponibles en una variedad de tamaños y capacidades de fuerza que van desde 0,02 N a 2.000 kN. La mayoría de los ensayos de baja fuerza se realizan en una máquina electromecánica de una o dos columnas de sobremesa, mientras que las aplicaciones de mayor fuerza requieren bastidores de modelo de suelo. La maquina universal están disponibles en rangos de capacidad de hasta 300 kN y pueden realizar una amplia gama de diferentes tipos de ensayos, incluyendo tracción, compresión, flexión, pelado, desgarro, cizallamiento, fricción, torsión, punción, y más. Los sistemas servohidráulicos están diseñados para realizar ensayos de mayor capacidad en metales de alta resistencia, aleaciones y materiales compuestos avanzados. La medición de un material o producto en tensión permite a los fabricantes obtener un perfil completo de sus propiedades de tracción. Cuando se representan en un gráfico, estos datos dan lugar a una curva de tensión/deformación que muestra la reacción del material a las fuerzas aplicadas. Aunque diferentes normas exigen la medición de diferentes propiedades mecánicas, los puntos de mayor interés suelen ser el punto de rotura o fallo, el módulo de elasticidad, el límite elástico y la deformación.

Muestras de prueba y acondicionamiento

Las probetas para pruebas de tracción se preparan de muchas maneras diferentes, con mayor frecuencia, se moldean por inyección o se moldean por compresión. Los especímenes también se pueden preparar mediante operaciones de maquinado a partir de materiales en forma de hoja, placa, losa o similar. Las dimensiones del espécimen de prueba varían considerablemente según los requisitos y se describen en detalle en el libro de normas de ASTM. La Figura muestra el espécimen de prueba de tracción ASTM D 638 Tipo I que se usa más comúnmente para probar plásticos rígidos y semirrígidos. Los especímenes se acondicionan utilizando procedimientos de acondicionamiento estándar. Dado que las propiedades de tensión de algunos plásticos cambian rápidamente con pequeños cambios de temperatura, se recomienda que las pruebas se realicen en la atmósfera de laboratorio estándar de 23 ± 2°C y 50 ± 5 por ciento de humedad relativa. Para esta prueba se recomienda el Procedimiento A de los métodos ASTM D 618.

Procedimientos de prueba A

Resistencia a la tracción

La velocidad de la prueba es la velocidad relativa de movimiento de las mordazas o accesorios de prueba durante la prueba. Básicamente, hay cinco velocidades de prueba diferentes especificadas en la norma ASTM D 638. La velocidad de prueba empleada con más frecuencia es de 0,2 pulg./min. Siempre que sea posible, se debe utilizar la velocidad indicada por la especificación para el material que se está probando. Si no se proporciona una velocidad de prueba, se debe elegir la velocidad apropiada que provoque la ruptura entre 30 segundos y 5 minutos. La muestra de prueba se coloca verticalmente en las empuñaduras de la máquina de prueba. Las empuñaduras se aprietan uniforme y firmemente para evitar cualquier deslizamiento. La velocidad de la prueba se ajusta al ritmo adecuado y se pone en marcha la máquina. A medida que la muestra se alarga, la resistencia de la muestra aumenta y es detectada por una celda de carga. Este valor de carga (fuerza) es registrado por el instrumento. Algunas máquinas también registran la carga máxima (pico) obtenida por la muestra, que se puede recordar después de completar la prueba. Se continúa el alargamiento de la muestra hasta que se observa una ruptura de la muestra. También se registra el valor de la carga en el descanso. Se calculan la resistencia a la tracción en el límite elástico y en la rotura (resistencia última a la tracción).

B. Módulo de tracción y elongación

Los valores de módulo de tracción y elongación se derivan de una curva de tensión-deformación. El extensómetro es un tipo de dispositivo de galgas extensométricas que aumenta considerablemente el estiramiento real de la muestra. La confiabilidad de la medición de la deformación se ve afectada por los extensómetros de contacto tradicionales debido al contacto físico real con la muestra de prueba. El problema se magnifica con especímenes de prueba que son de naturaleza altamente elástica o con especímenes de prueba quebradizos, frágiles o de peso muy ligero. Los extensómetros de contacto también limitan la capacidad de medir propiedades en amplios rangos de deformación hasta un punto de ruptura y probar la muestra a temperaturas elevadas dentro de una cámara confinada. En los últimos años, muchos fabricantes de equipos de prueba han desarrollado sistemas de medición sin contacto basados en dispositivos ópticos, de video y láser para superar los problemas asociados con los extensómetros de contacto.

Factores que afectan los resultados de la prueba A

Preparación y tamaño de la muestra La orientación molecular tiene un efecto significativo en los valores de resistencia a la tracción. Una carga aplicada paralelamente a la dirección de la orientación molecular puede producir valores más altos que la carga aplicada perpendicularmente a la orientación. Lo contrario es cierto para el alargamiento. El proceso empleado para preparar las muestras también tiene un efecto significativo. Por ejemplo, los especímenes moldeados por inyección generalmente producen valores de resistencia a la tracción más altos que los especímenes moldeados por compresión. El maquinado generalmente reduce los valores de tensión y elongación debido a las pequeñas irregularidades introducidas en la muestra maquinada. Otro factor importante que afecta los resultados de la prueba es la ubicación y el tamaño de la entrada en las muestras moldeadas. Esto es especialmente cierto en el caso de muestras reforzadas con fibra de vidrio. Una compuerta grande ubicada en la parte superior de la barra de tracción orientará las fibras paralelas a la carga aplicada, lo que producirá una mayor resistencia a la tracción. Una compuerta ubicada a un lado de la barra de tracción dispersará la fibra de manera aleatoria. Las propiedades de tracción solo deben compararse para tamaños de muestra y geometría equivalentes. B.

Velocidad de deformación

A medida que aumenta la velocidad de deformación, aumentan la resistencia a la tracción y el módulo. Sin embargo, el alargamiento es inversamente proporcional a la velocidad de deformación. Temperatura Como se discutió anteriormente en este capítulo, las propiedades de tensión de algunos plásticos cambian rápidamente con pequeños cambios de temperatura. La resistencia a la tracción y el módulo disminuyen mientras que el alargamiento aumenta a medida que aumenta la temperatura.

Tenga en cuenta que esta descripción de la prueba es intencionalmente genérica y tiene como objetivo proporcionar un resumen descriptivo para mejorar la comprensión de la prueba. Debido a restricciones de derechos de autor, no podemos proporcionar copias de los estándares. Los estándares se pueden obtener de las autoridades de estándares correspondientes.