ASTM D 256
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ASTM D256
Las pruebas de impacto Izod se utilizan para caracterizar la resistencia al impacto de plásticos o compuestos con altas tasas de deformación. La tensión de impacto de flexión se aplica a una muestra con o sin muesca con costura lateral, con dimensiones de 10 x 4 x 80 mm. Las pruebas Izod y Charpy generan una conclusión similar en términos de resistencia al impacto. La norma ISO 180 describe el ensayo de impacto Izod sobre plásticos para determinar la resistencia al impacto y al impacto con muesca. Las mismas pruebas también se describen en la norma ASTM D256. El método para medir la resistencia al impacto Izod según ISO 180 se basa en la norma ASTM D256, sin embargo, utiliza diferentes tamaños de muestras y proporciona un marco regulatorio tanto para la medición de la resistencia al impacto en muestras sin muesca, como para la medición de la resistencia y Sensibilidad al impacto en especímenes con muescas. ISO 180 prevé el impacto longitudinal, así como el impacto desde el lado plano, que se utiliza con menos frecuencia. Cuando se prueban materiales compuestos reforzados con fibras largas, se hace una distinción adicional entre el impacto perpendicular y el impacto paralelo a la dirección de las fibras, dependiendo de la orientación de las fibras. El ensayo de impacto por flexión Izod en muestras entalladas según ISO 180 proporciona valores característicos para la resistencia al impacto a altas velocidades de deformación en forma de energía relacionada con el espesor. Los ensayos se suelen realizar en condiciones climáticas normales de 23°/50% de humedad relativa según ISO 291. El impacto Izod con muescas es una prueba de un solo punto que mide la resistencia de los materiales al impacto de un péndulo oscilante. El impacto Izod se define como la energía cinética necesaria para iniciar la fractura y continuar la fractura hasta que se rompe la muestra. Los especímenes Izod tienen muescas para evitar la deformación del espécimen por impacto. Esta prueba se puede utilizar como una verificación de control de calidad rápida y fácil para determinar si un material cumple con propiedades de impacto específicas o para comparar materiales en cuanto a dureza general. El estándar normalmente no es adecuado para su uso con materiales de celdas sólidas y estructuras sándwich que contienen material celular. Las muestras con muescas tampoco se utilizan normalmente para compuestos reforzados con fibra larga o polímeros de cristal líquido termotrópico. El método es adecuado para el uso de muestras que se pueden imprimir en tamaños seleccionados, ya sea procesadas a partir del núcleo de la muestra de prueba multipropósito estándar o de productos terminados o semiterminados, como moldes, laminados. El estándar especifica las dimensiones preferidas para el espécimen. Las pruebas en muestras de diferentes tamaños o con diferentes marcas, o en muestras preparadas bajo diferentes condiciones, pueden producir resultados no comparables. Otros factores como la capacidad energética del aparato, la velocidad de impacto y el acondicionamiento de las muestras también pueden influir en los resultados. En consecuencia, cuando se requieren datos comparativos, estos factores deben verificarse y registrarse cuidadosamente.
Pruebas de impacto de péndulo
Prueba de impacto Izod-Charpy (ASTM D-256, ASTM D4812 ISO 179). El objetivo de la prueba de impacto Izod-Charpy es medir la susceptibilidad relativa de una muestra de prueba estándar a la carga de impacto tipo péndulo. Los resultados se expresan en términos de energía cinética consumida por el péndulo para romper la muestra. La energía requerida para romper un espécimen estándar es en realidad la suma de las energías necesarias para deformarlo, iniciar su fractura y propagar la fractura a través de él, y la energía gastada en lanzar los extremos rotos del espécimen. Esto se llama el "factor de lanzamiento". La energía perdida a través de la fricción y la vibración del aparato es mínima para todos los propósitos prácticos y generalmente se desprecia. La muestra utilizada en la prueba Izod debe tener una muesca. La razón para entallar el espécimen es proporcionar un área de concentración de esfuerzos que promueva una falla frágil en lugar de una falla dúctil. Se evita una deformación plástica mediante este tipo de muesca en la muestra. Los valores de impacto se ven gravemente afectados por la sensibilidad a la muesca de ciertos tipos de materiales plásticos.. La prueba Izod requiere que una muestra se sujete verticalmente como una viga en voladizo. El espécimen es golpeado por el movimiento de un péndulo liberado desde una distancia fija desde la abrazadera del espécimen. Se utiliza una configuración similar para la prueba Charpy excepto por el posicionamiento de la muestra. En el método Charpy, el espécimen se sostiene horizontalmente como una viga simple y se fractura por un golpe dado en el medio por el péndulo. La ventaja obvia de la prueba Charpy sobre la prueba Izod es que la muestra no tiene que sujetarse y, por lo tanto, está libre de variaciones en las presiones de sujeción. La prueba Charpy ahora se prefiere para probar polipropileno. Aparatos y probetas. La máquina de prueba consta de una base pesada con un tornillo de banco para sujetar la muestra en su lugar durante la prueba. En la mayoría de los casos, el tornillo de banco está diseñado para que la muestra pueda sujetarse verticalmente para la prueba Izod o posicionarse horizontalmente para la prueba Charpy sin realizar ningún cambio. Se utiliza un martillo tipo péndulo con cojinete antifricción. Se pueden unir pesos adicionales al martillo para romper muestras más duras. El péndulo está conectado a un puntero y un mecanismo de cuadrante que indica el exceso de energía que queda en un péndulo después de romper la muestra. El dial está calibrado para leer los valores de impacto directamente en lb-pulg o lb-ft. Una punta de golpe de acero endurecido está unida al péndulo. Las pruebas de Izod y Charpy utilizan diferentes tipos de narices llamativas. En el Libro de Normas de ASTM se analiza una lista detallada de los requisitos. Uno de los probadores de impacto recientemente desarrollados calcula y muestra digitalmente la energía usando pulsos generados por un codificador óptico montado en el eje del péndulo. La figura ilustra una máquina de prueba de impacto tipo péndulo típica. Los especímenes de prueba se pueden preparar moldeándolos o cortándolos de una hoja. Los especímenes de prueba Izod son de 2 1/2 × 1/2 × 1/8 pulg. El espesor del espécimen más común es de 1/8 pulg., pero se prefiere 1/4 pulg., ya que son menos susceptibles a doblarse y aplastarse. Se corta una muesca en una muestra con mucho cuidado mediante una fresadora o un torno. La profundidad de muesca recomendada es de 0,100 pulgadas. El espécimen se sujeta en el dispositivo de prueba de impacto del péndulo con el lado con muescas hacia el borde de impacto del péndulo. Se suelta el péndulo y se permite que golpee a través de la muestra. Si no se produce la rotura, se utiliza un martillo más pesado hasta que se produce la rotura. Dado que muchos materiales (especialmente los termoplásticos) exhiben una menor resistencia al impacto a temperaturas reducidas, a veces es apropiado probar los materiales a temperaturas que simulen el entorno de uso final previsto.
Procedimiento de prueba de temperatura reducida
Las muestras se acondicionan a la temperatura especificada en un congelador hasta que alcanzan el equilibrio. Los especímenes se sacan rápidamente, uno a la vez, del congelador y se impactan. Ni la norma ASTM ni la ISO especifican un tiempo de acondicionamiento o el tiempo transcurrido desde el congelador hasta el impacto; los valores típicos de otras especificaciones son 6 horas de acondicionamiento y 5 segundos desde el congelador hasta el impacto.
Tamaño de la muestra:
La muestra estándar para ASTM es de 64 x 12,7 x 3,2 mm (2½ x ½ x 1/8 de pulgada). El espesor de la muestra más común es de 3,2 mm (0,125 pulgadas), pero el espesor preferido es de 6,4 mm (0,25 pulgadas) porque es menos probable que se doble o aplaste. La profundidad bajo la muesca de la muestra es de 10,2 mm (0,4 pulgadas). La muestra estándar para ISO es una muestra multipropósito Tipo 1A con las lengüetas de los extremos cortadas. La muestra de prueba resultante mide 80 x 10 x 4 mm. La profundidad bajo la muesca de la muestra es de 8 mm.
Resultados
La energía de impacto ASTM se expresa en J/m o ft-lb/in. La resistencia al impacto se calcula dividiendo la energía del impacto en J (o ft-lb) por el espesor de la muestra. El resultado de la prueba es típicamente el promedio de 5 especímenes. La resistencia al impacto ISO se expresa en kJ/m2. La resistencia al impacto se calcula dividiendo la energía del impacto en J por el área debajo de la muesca. El resultado de la prueba es típicamente el promedio de 10 especímenes. Cuanto más altos sean los números resultantes, más resistente será el material.
Factores que afectan la resistencia al impacto
Tasa de carga
La velocidad a la que se golpea el espécimen o la pieza con un objeto tiene un efecto significativo en el comportamiento del polímero bajo carga de impacto. A bajas tasas de impacto, los materiales relativamente rígidos aún pueden tener una buena resistencia al impacto. Sin embargo, a altas tasas de impacto, incluso los materiales gomosos pueden presentar fallas por fragilidad. Todos los materiales parecen tener una velocidad crítica por encima de la cual se comportan como materiales vítreos y quebradizos. La velocidad a la que se realiza la prueba de impacto Izod es aproximadamente 10 veces menor que la que se encuentra en el uso final. Se debe utilizar una prueba de impacto de caída más realista a una velocidad más cercana a la condición de uso real.
Sensibilidad de la muesca
Una muesca en una muestra de prueba o una esquina afilada en una pieza fabricada reduce drásticamente la energía del impacto. Una muesca crea una concentración de tensión localizada y, por lo tanto, la falla de la pieza bajo carga de impacto. Todos los plásticos son sensibles a las muescas. La tasa de sensibilidad varía con el tipo de plástico. Tanto la profundidad de la muesca como el radio de la muesca tienen un efecto sobre el comportamiento de impacto de los materiales. Por ejemplo, un mayor radio de curvatura en la base de la muesca tendrá una menor concentración de tensión y, por lo tanto, una mayor energía de impacto del material base. Por lo tanto, es obvio a partir de la discusión anterior que, al diseñar una pieza de plástico, se deben evitar las muescas, las esquinas afiladas y otros factores que actúan como concentradores de tensión.
Temperatura
El comportamiento al impacto de los materiales plásticos depende en gran medida de la temperatura. A temperaturas más bajas, la resistencia al impacto se reduce drásticamente. La reducción del impacto es aún más espectacular cerca de la temperatura de transición vítrea. Por el contrario, a temperaturas de prueba más altas, la energía de impacto mejora significativamente.
Orientación
La manera en que las moléculas de polímero se orientan en una parte tendrá un efecto importante en el comportamiento de impacto del polímero. La orientación molecular introducida en las películas y fibras estiradas puede dar mayor resistencia y tenacidad al material isotrópico (28). Sin embargo, tal orientación direccional de las moléculas de polímero puede ser muy fatal en una pieza moldeada, ya que las tensiones de impacto suelen ser multiaxiales. La resistencia al impacto siempre es mayor en la dirección del flujo.
Condiciones y tipos de procesamiento
Las condiciones de procesamiento juegan un papel clave en la determinación del comportamiento de impacto de un material. Las condiciones de procesamiento inadecuadas pueden hacer que el material pierda su dureza inherente. Los vacíos que actúan como concentradores de tensión son creados por malas condiciones de procesamiento. Las altas temperaturas de procesamiento también pueden causar degradación térmica y, por lo tanto, un comportamiento de impacto reducido. Las condiciones de procesamiento inadecuadas también crean una línea de soldadura débil que casi siempre reduce la energía de impacto general. La muestra moldeada por compresión generalmente muestra una menor resistencia al impacto que las muestras moldeadas por inyección.
Grado de Cristalinidad y Peso Molecular
Aumentar el porcentaje de cristalinidad disminuye la resistencia al impacto y aumenta la probabilidad de falla frágil. Una reducción en el peso molecular promedio tiende a reducir el comportamiento de impacto y viceversa.
Método de carga
La forma en que se golpea la pieza con el dispositivo de carga por impacto afecta significativamente los resultados del impacto. Un tipo de carga de impacto de péndulo producirá un resultado diferente del producido por una carga de peso que cae o una carga de impacto de bola de alta velocidad.
Sujeción de la muestra
Una fuerza de sujeción excesiva puede pretensar la muestra, particularmente detrás de la muesca.
Tipos de pruebas de impacto
En las últimas dos décadas, organizaciones de todo el mundo han invertido una gran cantidad de tiempo y dinero en la investigación y el desarrollo de varios tipos de pruebas de impacto. Se han hecho intentos para desarrollar muestras de diferentes tamaños y formas, así como probadores de impacto. Los especímenes han sido sometidos a una variedad de cargas de impacto que incluyen impactos de tracción, compresión, flexión y torsión. La carga de impacto se ha aplicado usando todo, desde un martillo, punzones y péndulos hasta bolas y balas que caen. Desafortunadamente, existe muy poca correlación, si es que existe alguna, entre los tipos de pruebas desarrolladas hasta ahora. Se han escrito numerosos documentos y artículos técnicos sobre el tema de las ventajas de un método sobre el otro. Hasta la fecha, no existe un consenso en toda la industria con respecto a un método de prueba de impacto ideal.
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.