Ensayos de impacto - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La prueba Izod requiere que una muestra se sujete verticalmente como una viga en voladizo. La muestra es golpeada por la oscilación de un péndulo liberado desde una distancia fija de la pinza de la muestra. Se utiliza una configuración similar para la prueba Charpy, excepto para el posicionamiento de la muestra. En el método Charpy, la muestra se sostiene horizontalmente como una viga simple y se fractura con un golpe en el medio del 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. 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 colocarse horizontalmente para la prueba Charpy sin realizar ningún cambio. Se utiliza un martillo de péndulo con cojinete antifricción. Se pueden agregar pesos adicionales al martillo para romper muestras más resistentes. 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 pulgadas-lb o pies-lb. 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 requisitos. Uno de los probadores de impacto recientemente desarrollados calcula y muestra digitalmente la energía utilizando pulsos generados por un codificador óptico montado en el péndulo del eje. Las probetas se pueden preparar moldeándolas o cortándolas de una hoja. Las muestras de prueba Izod son de 2 1/2 x 1/2 x 1/8 pulg. El espesor de muestra más común es 1/8 pulg. pero 1/4 pulg. se prefiere ya que son menos susceptibles a doblarse y aplastarse. Una muesca se corta en una muestra con mucho cuidado mediante una fresadora o un torno. La profundidad de la muesca recomendada es de 0,100 pulg. La figura ilustra una máquina de entallar disponible comercialmente.

La muestra de prueba se sujeta en su posición de modo que el extremo con muesca de la muestra esté orientado hacia el borde de impacto del péndulo. En la figura se muestra una muestra de prueba colocada correctamente. Se suelta el martillo de péndulo, se deja que golpee la muestra y se mueva. Si la muestra no se rompe, se colocan más pesos en el martillo y se repite la prueba hasta que se observa la falla. Los valores de impacto se leen directamente en formato. -lbf o ft-lbf de la escala. La resistencia al impacto se calcula dividiendo los valores de impacto obtenidos de la escala por el espesor de la muestra. Por ejemplo, si se obtiene una lectura de 2 ft-lbf usando un 1/8 pulg. espécimen de espesor, el valor de impacto sería de 16 ft-lbf / in. de muesca. Los valores de impacto siempre se calculan sobre la base de 1 pulg. especímenes gruesos aunque generalmente se usan especímenes mucho más delgados. La resistencia al impacto de la muesca invertida se obtiene invirtiendo la posición de una muestra con muesca en el tornillo de banco. En este caso, la muesca se somete a tensiones de compresión en lugar de tensiones durante el impacto. Como se discutió anteriormente en este capítulo, la energía requerida para romper una muestra es la suma de las energías necesarias para deformarla, iniciar y propagar la fractura y lanzar el extremo roto (factor de lanzamiento). La entalladura de la muestra de ensayo reduce drásticamente la pérdida de energía debido a la deformación y, en general, puede despreciarse. Materiales plásticos resistentes que tienen un impacto Izod superior a 0,5 ft-lb / in. de muesca parecen gastar muy poca energía en lanzar el extremo roto de la muestra. Para material relativamente quebradizo, con un impacto Izod inferior a 0,5 ft-lbf / in. de muesca, la pérdida de energía debido al factor de lanzamiento representa una parte importante de la pérdida total de energía y no puede pasarse por alto. Se diseña un método para determinar dicha pérdida de energía.

Prueba de impacto Charpy: esta prueba se realiza de manera muy similar a la prueba de resistencia al impacto Izod. La única diferencia es el posicionamiento de la muestra. La figura ilustra una de estas configuraciones. En esta prueba, la muestra se monta horizontalmente y se sujeta sin sujetar en ambos extremos. Solo se consideran aceptables las muestras que se rompan por completo. La resistencia al impacto Charpy se calcula dividiendo la lectura del indicador por el grosor de la muestra. Los resultados se informan en ftlbf / in. de muesca para muestras con muescas y ft-lbf / in. para muestras sin muescas.

La prueba de impacto de viruta se desarrolló originalmente para medir el efecto de las microfisuras superficiales causadas por la intemperie sobre la retención de la resistencia al impacto. La tenacidad del material se mide mediante esta prueba en oposición a la sensibilidad de la muesca del material, medida por la prueba de impacto Izod con muesca. La prueba también permite al usuario determinar la orientación, los efectos del flujo y la resistencia de la línea de soldadura, propiedades que son difíciles de evaluar con las técnicas de impacto convencionales. La prueba de impacto de viruta es algo similar a la prueba de impacto Izod. La muestra se puede probar con un probador de péndulo Izod estándar. La prueba de impacto de viruta requiere el uso de un dispositivo tipo martillo de péndulo y un dispositivo de sujeción de muestras. Las muestras de prueba suelen ser de 1 pulg. largo × 1/2 pulg. ancho y 0.065 pulg. grueso. Las muestras se pueden preparar mediante moldeo por inyección o compresión o simplemente cortándolas de una hoja. La prueba se lleva a cabo montando la muestra de prueba. Se suelta el martillo de péndulo, se deja golpear la muestra y se balancea. atraído. La tenacidad retenida es proporcional a la energía absorbida durante el impacto, que se mide por el ángulo de desplazamiento del péndulo después del impacto. El valor se expresa en in.-lbf / in.2 o ft-lbf / in.2 Si la prueba se usara exclusivamente para estudiar el efecto de la intemperie en un polímero, sería necesario golpear la muestra con un martillo de péndulo. en el lado expuesto a la intemperie. La prueba de impacto de viruta también es útil para medir la tenacidad relativa de una pieza bastante grande y de forma compleja que es difícil de sujetar en un dispositivo convencional. Se puede cortar una pequeña viruta de dicha parte y someterla a la prueba de impacto de viruta.

La prueba de resistencia al impacto por tracción se desarrolló para superar las deficiencias de las pruebas de impacto fl exural (Izod y Charpy). Las variables de prueba, como la sensibilidad de la muesca, el factor de sacudida y el espesor de la muestra, se eliminan en la prueba de impacto de tracción. A diferencia de las pruebas de impacto de péndulo tipo Izod-Charpy, que se limitan solo a muestras gruesas, la prueba de impacto de tracción permite al usuario determinar la resistencia al impacto de muestras muy delgadas y flexibles. Muchas otras características de los materiales poliméricos, como la anisotropía y el efecto de orientación, pueden estudiarse mediante el uso de la prueba de impacto de tracción. El trabajo de desarrollo inicial en los probadores de impacto de tracción incluyó el tipo de configuración de muestra en la base. Este método fue excluido por el Comité D-20 de ASTM debido al problema inherente de la corrección y repetibilidad del factor de lanzamiento. La presente prueba de impacto de tracción aceptable consiste en un tipo de montaje de muestra en la cabeza. En este caso, la muestra se monta en el péndulo y alcanza la energía cinética completa en el punto de impacto, eliminando la necesidad de una corrección del factor de lanzamiento. La energía para romperse por impacto en tensión está determinada por la energía cinética extraída del péndulo en el proceso de rotura de la muestra. La configuración de la prueba requiere montar un extremo de la muestra en el péndulo con el otro extremo para ser agarrado por una cruceta, que viaja con el péndulo hasta el instante del impacto. El péndulo se ve afectado solo por la fuerza de tracción ejercida por la muestra a través del centro de percusión del péndulo. Siempre que la base de la máquina sea lo suficientemente rígida para evitar las pérdidas de energía vibratoria, el rebote de la cruceta en la dirección opuesta se puede calcular fácilmente. La prueba de impacto de tracción es mucho más significativa que las pruebas de tipo Izod - Charpy, ya que introduce la tasa de deformación como una variable de prueba importante. Muchos investigadores han demostrado que los resultados de la prueba de impacto de tracción se correlacionan mejor con las fallas de campo reales y son más fáciles de analizar que los resultados de la prueba de impacto Izod. Sin embargo, esta sigue siendo una prueba uniaxial y la mayoría de los eventos de impacto son multiaxiales en situaciones de la vida real.

La prueba de impacto de caída de peso, también conocida como prueba de caída de impacto o prueba de impacto de altura variable, emplea una caída de peso. Este peso que cae puede ser un bote con punta cónica, una bola o un dardo con punta de bola. La energía requerida para fallar la muestra se mide dejando caer un peso conocido desde una altura conocida sobre una muestra de prueba. El impacto normalmente se expresa en ft-lb y se calcula multiplicando el peso del proyectil por la altura de caída. La mayor ventaja de la prueba de impacto de caída de peso sobre la prueba de impacto de péndulo o la prueba de tensión de alta velocidad es su capacidad para duplicar las tensiones de impacto multidireccionales a las que una pieza estaría sujeta en servicio real. La otra ventaja obvia es la flexibilidad de utilizar muestras de diferentes tamaños y formas, incluida una pieza real. A diferencia de la prueba de impacto Izod, que mide la sensibilidad a la muesca del material y no la tenacidad del material, las pruebas de impacto por caída de peso introducen tensiones poliaxiales en la muestra y miden la tenacidad. Las variaciones en los resultados de la prueba debido a los rellenos y refuerzos, la presión de sujeción y la orientación del material se eliminan virtualmente en la prueba de impacto de caída de peso. Este tipo de ensayo también es muy adecuado para determinar la resistencia al impacto de películas, láminas y materiales laminados de plástico. Normalmente se utilizan tres pruebas ASTM básicas, según la aplicación:

ASTM D 5420 - Resistencia al impacto de una muestra de plástico rígido plano por medio de una caída de peso

ASTM D 1709 - Resistencia al impacto de una película de plástico mediante el método de dardos en caída libre

ASTM D 2444 - Prueba de resistencia al impacto de tuberías y accesorios termoplásticos por medio de una prueba de impacto de caída

Esta prueba de impacto de caída de peso está diseñada principalmente para determinar la clasificación relativa de materiales de acuerdo con la energía requerida para romper las probetas de plástico rígido bajo diversas condiciones de impacto de un delantero impactado por una caída de peso. Se utiliza un peso de caída libre o un tupí para determinar la resistencia al impacto del material. Hoy en día existen muchas versiones diferentes de equipos de prueba. Básicamente, todos operan según el mismo principio. Consiste en una base de aluminio fundido, un tubo guía vertical ranurado, un percutor de punta redonda y un soporte del percutor, un peso de 8 libras, un troquel y un soporte para troquel y una plataforma de muestra. La plataforma de muestra se utiliza para colocar una hoja del grosor deseado para la prueba de impacto. El troquel se puede quitar de la base para que las partes reales de formas complejas se puedan colocar sobre la base y probar el impacto. La prueba se lleva a cabo elevando el peso a la altura deseada de forma manual o automática con el uso de un mecanismo motorizado y dejándolo caer libremente sobre el otro lado del percutor. El percutor transfiere la energía del impacto a la muestra de prueba plana colocada en una matriz cilíndrica o en una pieza que se encuentra en la base de la máquina. La energía cinética que posee el peso que cae en el instante del impacto es igual a la energía utilizada para elevar el peso a la altura de la caída y es la energía potencial que posee el peso cuando se libera. Dado que la energía potencial se expresa como el producto del peso y la altura, el tubo guía se puede marcar con una escala lineal que representa el rango de impacto del instrumento en pulg.-lb. Por lo tanto, la tenacidad o la resistencia al impacto de una muestra o una pieza se puede leer directamente en la escala calibrada en in.-lb. La pérdida de energía debido a la fricción en el tubo o debido a la aceleración momentánea del punzón es insignificante. Un método alternativo para lograr el mismo resultado utiliza un instrumento que emplea un dardo de caída libre que se deja caer desde una altura especificada sobre una muestra de prueba. El dardo con cabeza semiesférica está construido de aluminio pulido liso o acero inoxidable. Para soltar el dardo se utiliza un mecanismo de liberación electromagnético, operado por aire u otro mecanismo mecánico con un dispositivo de centrado. El dardo también está equipado con un eje lo suficientemente largo para acomodar pesos incrementales extraíbles. Se utiliza una abrazadera anular de dos piezas para sujetar la muestra. Se utilizan varias técnicas diferentes para determinar el valor de impacto de una muestra. Uno de los más comunes se denomina Método de escalera de Bruceton, en el que las pruebas se concentran cerca de la media para reducir la cantidad de muestras necesarias. Un método alternativo, conocido como nivel final de no falla (UNF), requiere probar la muestra en grupos sucesivos de 10. Se emplea un peso de misil para cada grupo y el peso se varía en incrementos uniformes de un grupo a otro. Estos métodos se analizan en detalle en el Libro de normas de ASTM. La máquina de prueba de impacto, está diseñada específicamente para probar tuberías y accesorios de plástico. Emplea un tup mucho más pesado con tres radios de diferentes tamaños en la punta del tup. El tubo de caída es lo suficientemente largo para proporcionar al menos 10 pies.