ASTM D638, propiedades de tracción en plásticos
El ensayo de tracción según ASTM D638 es uno de los métodos más utilizados para evaluar las propiedades mecánicas de los termoplásticos y materiales de moldeo termoendurecibles.
Sin embargo, en la práctica se observan con frecuencia diferencias significativas en la resistencia a tracción, el módulo, la tensión de fluencia y la deformación entre laboratorios, usuarios y sistemas de ensayos. El origen de estas discrepancias rara vez se limita a la propia máquina de ensayos. Las desviaciones en la preparación y medición de las probetas, la selección del extensómetro, el acondicionamiento en condiciones ambientales, la selección de las mordazas y la velocidad de ensayo pueden influir en los resultados.
ZwickRoell ayuda a los laboratorios a minimizar la dispersión de los resultados mediante sistemas de ensayos perfectamente coordinados, software inteligente, flujos de trabajo automatizados y tecnologías líderes del sector para la medición de la deformación.
Fuentes de error frecuentes Realización del ensayo y equipos Ámbitos de aplicación Preguntas frecuentesDescargas Solicite asesoramiento
ASTM D638: Un vistazo a lo más importante
- La norma ASTM D638 describe el ensayo de tracción uniaxial en plásticos reforzados y no reforzados para determinar la tensión de tracción, la deformación, el módulo de tracción, la resistencia a tracción, el punto de fluencia y el punto de rotura y, opcionalmente, el coeficiente de Poisson.
- La norma se aplica a probetas con un espesor de entre 1 mm y 14 mm. Para láminas de menos de 1 mm, elastómeros, composites reforzados con fibras largas o espumas son más relevantes otras normas ASTM.
- La velocidad de ensayo influye directamente en las propiedades medidas del material, ya que los plásticos presentan un comportamiento viscoelástico.
- Una medición precisa de la deformación mediante la selección del extensómetro adecuado es decisiva para determinar el módulo de forma fiable.
- El acondicionamiento en determinadas condiciones ambientales puede influir considerablemente en los resultados de los polímeros sensibles a la humedad.
- La medición automatizada de la sección transversal de las probetas y las secuencias de ensayo automatizadas mejoran la reproducibilidad de los resultados y reducen la influencia del operario.
- ZwickRoell ofrece soluciones completas para ensayos según ASTM D638, que incluyen máquinas de ensayos, mordazas, extensómetros, software y automatización.
La norma ASTM D638 en la práctica: Fuentes de error habituales y cómo influyen en los resultados del ensayo
Aunque el ensayo se realice formalmente según ASTM D638, los resultados pueden diferir considerablemente entre laboratorios, operarios o sistemas de ensayos. Por ello, no solo es decisivo que el proceso de ensayo sea conforme a norma, sino también la ejecución controlada de cada uno de los pasos del ensayo:
- Preparación y calidad de las probetas:La calidad del ensayo comienza con la preparación de las probetas. Entre las posibles causas de desviaciones se encuentran unas condiciones de moldeo no uniformes, la influencia de la posición del punto de inyección, las tensiones residuales internas, los daños provocados por el mecanizado, las entallas o defectos superficiales, así como las desviaciones de espesor.
- Selección del tipo de probeta adecuado:ASTM D638 define diferentes tipos de probetas. Si se utiliza un tipo inadecuado, puede que la rotura no se produzca en la zona paralela estrecha o que la medición de la deformación no sea fiable. Especialmente en componentes pequeños, polímeros blandos o placas de mayor espesor, la selección de la probeta es decisiva.
- Medición de la sección: Todos los valores relacionados con la tensión se calculan a partir del área de la sección transversal inicial de la probeta. Pequeños errores en la medición del espesor o la anchura repercuten directamente en todos los resultados relacionados con la tensión, incluida la resistencia a tracción, el módulo, el límite elástico y las curvas tensión-deformación. Un error de tan solo 0,1 mm en la medición del espesor puede provocar un error del 2,5 %. Los equipos de medición automatizados o conectados directamente reducen los errores de introducción de datos y mejoran la trazabilidad de los datos de medición.
- Velocidad de ensayo: A diferencia de la mayoría de los metales, los plásticos reaccionan de forma muy sensible a la velocidad de deformación debido a su comportamiento viscoelástico. Diferentes velocidades de ensayo pueden influir en el módulo de tracción, la tensión de fluencia, la resistencia a tracción y el alargamiento en rotura. Por este motivo, ASTM D638 establece diferentes velocidades de travesaño en función de las propiedades del material y de deformación, que deben ajustarse de forma coherente, documentarse y aplicarse conforme a norma.
- Selección del extensómetro: La medición de la deformación es uno de los aspectos más críticos de los ensayos según ASTM D638. Si no se elige el extensómetro adecuado, la medición puede influir considerablemente en la precisión del módulo, la deformación de fluencia y la medición de la deformación. Los ensayos de polímeros blandos, materiales modificados para aumentar la resistencia al impacto, materiales rígidos y probetas delgadas plantean retos especiales. La elección de la tecnología adecuada para medir la deformación suele ser la decisión más importante a la hora de configurar un ensayo según ASTM D638.
- Selección de las mordazas y alineación de las probetas:Una fijación incorrecta puede provocar deslizamiento, roturas prematuras en la zona de sujeción, tensiones de flexión, errores de alineación y velocidades de ensayo incorrectas debido al movimiento de las mordazas (cuñas, etc.). Con la elección del sistema de sujeción adecuado se garantiza que las fuerzas se transmiten uniformemente a la probeta y que la rotura se produce dentro de la longitud de medición.
- Acondicionamiento en condiciones ambientales definidas: La temperatura y la humedad del aire ejercen una gran influencia sobre muchos polímeros. Algunos de ellos son las poliamidas, PET, PBT, TPU y los polímeros de origen biológico. Un acondicionamiento inadecuado puede provocar desviaciones considerables en la rigidez, resistencia y deformación.
- Influencia del usuario en la secuencia de ensayo: Los procesos manuales aumentan la dispersión durante la medición de la probeta, la colocación del extensómetro, el montaje del ensayo, la evaluación de los datos e incluso la transferencia de datos. Los procesos estandarizados y, en particular, la automatización mejoran la fiabilidad de los resultados.
Para obtener resultados reproducibles, las probetas, los equipos de medición, la máquina de ensayos, las mordazas, el extensómetro, el software y las condiciones de ensayo deben estar perfectamente sincronizados. Aquí es precisamente donde entran en juego las soluciones de ZwickRoell para sus ensayos.
Realización del ensayo de tracción según la norma ASTM E8 D638 con ZwickRoell
Etapas críticas del ensayo y soluciones recomendadas por ZwickRoell:
Medición de probetas Bastidor de carga y célula de carga Mordazas Velocidad de ensayo Extensómetro Requisitos de acondicionamiento y ambientales Opciones de automatización
Así se realiza el ensayo conforme a la ASTM D638:
En el ensayo de tracción según ASTM D638, una probeta normalizada de plástico se somete a una carga uniaxial hasta el punto de fluencia, hasta una deformación definida o hasta la rotura.
- Antes del ensayo se determinan el tipo de probeta, la anchura y el espesor, ya que todos los valores característicos relacionados con la tensión se basan en la sección transversal inicial.
- A continuación, la probeta se sujeta en las mordazas adecuadas y se centra alineada.
- Durante el ensayo, la máquina de ensayos y el extensómetro registran la fuerza, el recorrido del travesaño y la deformación de la probeta. A partir de la curva tensión-deformación se calculan valores característicos como la tensión de tracción, el módulo de tracción, la tensión de fluencia, la deformación de fluencia, la resistencia a tracción, el alargamiento en rotura y, opcionalmente, el coeficiente de Poisson.
- En función del material y de la finalidad del ensayo, se consideran diferentes velocidades de ensayo, condiciones de acondicionamiento y métodos de medición de la deformación.
- Con testXpert se pueden controlar y documentar de forma estandarizada los parámetros de ensayo, los cambios de velocidad, los datos de medición y la evaluación.
Medición de probeta: Los pequeños errores de medición repercuten directamente en los valores característicos
Una medición precisa es la base para realizar ensayos de tracción fiables. ¡Un error de medición del espesor de 0,1 mm produce un error del 2,5%!
Los sistemas de medición automatizados, como el medidor de la sección transversal CMU 30 de ZwickRoell, reducen los errores de transferencia por parte del usuario mediante la transmisión directa de los datos a testXpert, agilizan los procesos, mejoran la trazabilidad y garantizan que todos los ensayos se realicen con valores de entrada coherentes.
Selección del bastidor de carga y la célula de carga
A la hora de seleccionar una máquina de ensayos, no basta con elegir la fuerza de ensayo máxima. El sistema óptimo depende del tipo de material, el rango de fuerza esperado, la geometría de la probeta, el grado de automatización deseado y la configuración del extensómetro.
Las máquinas de ensayos universalesmodulares de ZwickRoell permiten realizar una amplia gama de aplicaciones de ensayo en plásticos sobre una plataforma común.
Sin embargo, no solo es decisiva la fuerza de ensayo máxima, sino también la precisión en el rango inferior de fuerza. La ASTM D638 requiere una precisión de medición de ± 1% con respecto al valor medido correspondiente. Las máquinas de ensayos de ZwickRoell pueden lograr la precisión a partir de 1/1000 de su rango de medición. Esto permite medir con precisión los valores de módulo y las tensiones de tracción de numerosos materiales con el mismo montaje de ensayo, sin necesidad de cambiar frecuentemente la célula de carga.
Selección de las mordazas
Los diferentes materiales y volúmenes de ensayo requieren diferentes métodos de sujeción. Algunos ejemplos son las mordazas neumáticas, las mordazas de tornillo y las mordazas de cuña. El objetivo es siempre conseguir una sujeción fiable sin dañar la probeta:
- Mordazas neumáticas: Las mordazas neumáticas se cierran pulsando un botón y permiten el ajuste exacto de la fuerza de sujeción. Tienen una gama de aplicaciones muy amplia y son adecuadas para polímeros blandos y duros, permiten transmitir directamente la velocidad del travesaño a la probeta y resultan especialmente útiles cuando se requiere una elevada reproducibilidad, un gran número de ensayos diarios o una alimentación automática de probetas.
- Mordazas de tornillo: Las mordazas de tornillo se cierran manualmente mediante un movimiento de roscado. Son adecuadas para plásticos semirrígidos y rígidos y para ensayos con elevados requisitos de reproducibilidad cuando resulta aceptable la intervención manual del operario.
- Mordazas en cuña: Las mordazas de cuña se cierran manualmente mediante una palanca y son adecuadas para ensayos frecuentes. Dado que la fuerza de apriete se genera durante el ensayo de tracción mediante el efecto de cuña, la velocidad de deformación de la probeta puede variar. Esto debe tenerse en cuenta al comparar resultados y cuando existan requisitos de reproducibilidad. Adecuado para tareas internas de control de calidad con bajos requisitos de reproducibilidad con valores medidos en otros laboratorios.
- Mordazas cuerpo acciona cuña: Las mordazas «cuerpo acciona cuña» están disponibles en versión manual o neumática y son especialmente adecuadas para ensayos de tracción en plásticos rígidos y de alta resistencia en los que son importantes una sujeción segura de la probeta y una transmisión estable de la fuerza. La versión manual es una opción económica, robusta y sencilla para ensayos rutinarios. La versión neumática ofrece ventajas cuando se realizan ensayos frecuentes o se requiere un mayor volumen de probetas, ya que reduce la influencia del usuario y permite aplicar una fuerza de apriete más uniforme.
Por qué es importante la velocidad de ensayo en ASTM D638
La respuesta mecánica de los plásticos depende en gran medida de la velocidad de deformación. Cuando aumenta la velocidad de ensayo, suele aumentar la rigidez (módulo), también suele aumentar la resistencia, mientras que la deformación puede disminuir. ASTM D638 establece diferentes velocidades de ensayo en función del comportamiento del material y de la deformación esperada. Para obtener comparaciones fiables, la velocidad de ensayo y los cambios de velocidad deben aplicarse de forma coherente y documentarse.
Con testXpert, las velocidades de ensayo y los cambios de velocidad se almacenan en el método de ensayo y se controlan y documentan automáticamente. Esto reduce los errores del operador y garantiza que los ensayos se realicen conforme a norma y con los mismos parámetros.
Selección del extensómetro
Un extensómetro inadecuado puede falsear los valores de módulo, la deformación por tracción en punto de fluencia y el alargamiento en rotura. El riesgo aumenta con polímeros blandos, probetas muy delgadas, grandes deformaciones o probetas sensibles a las fuerzas de contacto. Por tanto, el extensómetro suele ser el componente más importante de un montaje de ensayo según ASTM D638.
- Extensómetro de contacto manual / extensómetro clip-on Entre sus ventajas se encuentran la rentabilidad, la alta precisión y su idoneidad para numerosos plásticos rígidos. Entre sus limitaciones se encuentran la colocación manual y una posible influencia sobre materiales blandos.
- Extensómetros con brazos sensores: Los extensómetros de brazos palpadores como makroXtens ofrecen ventajas como un funcionamiento completamente automático y la posibilidad de permanecer colocados sobre la probeta hasta su rotura. Se puede integrar una medición de la deformación transversal y el uso de cámaras de temperatura. Cuando se ensayan materiales muy diferentes, por ejemplo plásticos frágiles y elastómeros con deformaciones muy elevadas de la probeta, puede utilizarse alternativamente multiXtens.
- El extensómetro óptico videoXtens es la opción preferente para numerosas aplicaciones según ASTM D638. Entre sus ventajas se encuentran la medición sin contacto y, por tanto, sin influencia sobre la probeta, la ausencia de necesidad de marcar las probetas, una alta precisión en la determinación del módulo y su idoneidad para grandes deformaciones, unas condiciones ideales para la automatización, así como la opción de DIC 2D.
ASTM D638 - Ensayo de tracción en metal a temperaturas elevadas
La norma consiste en medir las probetas acondicionadas, según el método A de la norma ASTM D618. Sin embargo, la norma ASTM D638 permite variar las condiciones de acondicionamiento y medición, de modo que los ensayos a temperaturas bajas o elevadas también pueden realizarse de acuerdo con las especificaciones de esta norma.
Con la cámara de temperatura de ZwickRoell se dispone de un rango de temperatura de -80 °C a +360 °C. El sistema totalmente integrado garantiza un manejo eficiente, fiable y sencillo. La solución puerta en puerta reduce significativamente el consumo de nitrógeno y la formación de hielo cuando se realizan ensayos en frío, lo que hace que los ensayos sean más rentables.
Opciones de automatización para ASTM D638
En los ensayos de tracción según ASTM D638 la automatización puede ser una solución interesante a partir de 10 probetas al día. Nuestro sistema de ensayos ALEX se encarga de tareas sencillas de pick-and-place y ofrece una asistencia rentable en el laboratorio de ensayos.
Para laboratorios con altos requisitos de ensayo, recomendamos nuestro sistema de ensayos automatizado roboTest L. Nuestro «caballo de batalla» para ensayos de plástico en grandes volúmenes con capacidad de hasta 450 probetas. Mide la sección transversal de las probetas y los ensayos de tracción según ASTM D638 de forma automática. Después del ensayo, unas pinzas de eliminación independientes retiran los restos de las probetas de las mordazas.
Aunque otras formas de probetas u otros métodos de ensayo tampoco representan ningún problema para nuestros sistemas de ensayos automatizados. Los sistemas de ensayos automatizados roboTest N y roboTest R son más complejos y permiten conectar una segunda o tercera máquina de ensayos, así como equipos adicionales, como una estación de centrado o una cámara de temperatura con un rango de -80 °C a +360 °C. Esto no solo aumenta el rendimiento de muestras, sino que también permite realizar diferentes ensayos en paralelo para obtener resultados rápidos y fiables.
roboTest Alex roboTest N roboTest L roboTest R Automatización: ¿por qué?
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Ensayo según ASTM D638 con el software de ensayos testXpert de forma fiable y eficiente
El software de ensayo testXpert ayuda a los laboratorios a realizar ensayos según ASTM D638 de forma estandarizada y trazable y con una menor influencia del operario:
- Método de ensayo estándar integrado: Los valores característicos y parámetros de la norma ASTM D638 están integrados en el programa de ensayo estándar para ASTM D638. Esto permite realizar el ensayo de conformidad con la norma y reduce la parametrización manual.
- Guía paso a paso: Los usuarios reciben indicaciones durante todo el proceso de ensayo. Esto permite familiarizarse con el proceso evita que se omitan pasos individuales del ensayo.
- Administración de usuarios: Gracias a la administración de usuarios, los usuarios solo verán las tareas y funciones que les conciernen. De este modo, pueden estandarizarse los conceptos de manejo y gestionarse claramente los derechos de acceso.
- Conexión de equipos periféricos: Las dimensiones de las probetas pueden transferirse directamente a testXpert desde los equipos de medición. Esto ahorra tiempo y evita errores de introducción de datos.
- Documentación de los parámetros de ensayo: Las velocidades de ensayo, los datos de medición, los resultados y las condiciones de ensayo se documentan de forma trazable.
- Comparabilidad entre métodos de ensayo: Los datos de ensayos de tracción, flexión, impacto o fluidez pueden gestionarse y evaluarse de forma centralizada, siempre que se utilicen las aplicaciones correspondientes en el laboratorio.
- Análisis de tendencias y control de calidad: Las evaluaciones y los análisis de tendencias permiten la detección precoz de desviaciones en el control de calidad y los ensayos en serie.
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Ámbitos de aplicación típicos de ASTM D638
La norma ASTM D638 se utiliza en todos aquellos casos en los que se requiere determinar, comparar o documentar de forma fiable las propiedades de tracción de los plásticos:
- Desarrollo de materiales y comparación de compuestos: Diferentes polímeros, cargas, aditivos o formulaciones pueden compararse mediante el módulo de tracción, la tensión de fluencia, la resistencia a tracción y el alargamiento en rotura.
- Control de calidad en la producción en serie: Los ensayos según ASTM D638 permiten controlar la homogeneidad de las propiedades mecánicas y a detectar a tiempo las variaciones entre lotes, materias primas o condiciones de procesamiento.
- Control de entrada de mercancía: Los granulados, semielaborados o materiales de moldeo suministrados pueden comprobarse en función de sus valores mecánicos característicos.
- Ensayo de probetas extraídas de componentes: Las probetas pueden extraerse de componentes o piezas moldeadas por inyección para evaluar las propiedades reales del material en el componente.
- Ensayo de pequeñas cantidades de material: Cuando solo se dispone de una pequeña cantidad de material, por ejemplo en prototipos, piezas fabricadas mediante fabricación aditiva o análisis de daños, pueden utilizarse probetas más pequeñas, como las de tipo V.
- Ensayos de envejecimiento y exposición a la intemperie: ASTM D638 permite evaluar los cambios en los valores mecánicos característicos tras el envejecimiento, el almacenamiento bajo la influencia del calor o de medios, así como tras la exposición a la intemperie.
- Homologación de materiales y comprobación de especificaciones: Los valores característicos obtenidos sirven de base para la homologación de materiales, acuerdos de suministro y especificaciones técnicas.
- Ensayos comparativos globales: Las empresas con cadenas de suministro internacionales necesitan con frecuencia disponer de posibilidades de ensayo según ASTM D638 e ISO 527 para satisfacer diferentes especificaciones de clientes.
Preguntas frecuentes sobre la ASTM D638
La norma ASTM D638 se usa para determinar las propiedades de tracción de plásticos reforzados y no reforzados. La norma se aplica con frecuencia a probetas de termoplásticos y materiales de moldeo termoendurecibles fabricadas por moldeo por inyección, moldeo por compresión, extrusión o mecanizado.
Los materiales comunes son:
- Polipropileno (PP)
- Polietileno (PE)
- Policarbonato (PC)
- ABS
- Poliamida (PA / nailon)
- PBT
- PET
- PVC
- PEEK
- PPS
- Plásticos reforzados con fibras cortas
- Materiales de moldeo termoendurecibles
La norma ASTM D638 se aplica generalmente a materiales con espesores de probeta de aprox. 1 mm a 14 mm. Las láminas y placas delgadas de menos de 1 mm suelen ensayarse según ASTM D882, mientras que los composites reforzados con fibras continuas suelen ensayarse según ASTM D3039.
Las probetas utilizadas para los ensayos según la norma ASTM D638 se clasifican por tipos:
- ASTM D638 Tipo I - Se emplea preferiblemente una probeta halterio tipo I, que con un espesor de 3,2 mm (1/8 de pulgada) y una longitud de medición de 50 mm (2 pulgadas) todavía está relativamente cerca de los espesores de material habituales en componentes y, a su vez, permite alcanzar una buena precisión en la medición de la deformación.
- ASTM D638 Tipo II - Si con la probeta tipo I no se produce una rotura en la parte estrecha y paralela, la norma ASTM D638 recomienda la probeta tipo II, con un ancho de la sección paralela estrecha significativamente reducido.
- ASTM D638 Tipo III - Si se obtienen probetas de espesores de material de más de 7 mm a través del mecanizado, se emplea la probeta tipo III. En este caso, tanto el ancho de la sección paralela estrecha como el ancho de cabeza y la longitud total se incrementan, de modo que el espesor de la probeta es inferior al ancho. En caso de grosores superiores a 14 mm, se ajusta el espesor mediante el mecanizado.
- ASTM D638 Tipo IV - La probeta tipo IV es ideal para el ensayo de polímeros muy blandos (por ejemplo, caucho) y se utiliza cuando se busca una comparación entre polímeros blandos y otros más rígidos.
- ASTM D638 Tipo V - Si solo se dispone de una pequeña cantidad de material, o si no es posible extraer una probeta más grande de un componente, entonces se usa una probeta tipo V, reducida en todas sus dimensiones respecto al tipo I.
Las probetas de tipo V están previstas en ASTM D638 para aplicaciones en las que solo se dispone de una cantidad limitada de material o cuando no pueden extraerse probetas de mayor tamaño del componente que se desea evaluar.
- Las aplicaciones comunes son:
- Proyectos de desarrollo de materiales
- Componentes prototipo
- Probetas de fabricación aditiva
- Piezas moldeadas pequeñas
- Análisis de daños
- Probetas mecanizadas a partir de componentes fabricados
Dado que las probetas de tipo V presentan una sección transversal considerablemente menor y una longitud de medición más corta que la probeta estándar de tipo I, debe prestarse especial atención a la alineación y fijación de la probeta y a la medición de la deformación para garantizar resultados precisos y repetibles.
L0 Longitud de medición
L Longitud de sujeción
l1 Longitud de la parte estrecha paralela/Diámetro interior
l2 Distancia entre secciones anchas, paralelas
l3 Longitud total/ diámetro exterior
b2 Ancho de probeta en área de los extremos
b1 Ancho de probeta en área de longitud de medición
h Espesor de probeta
| Norma | Tipo de probeta | Observación: | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Tipo I | Probeta pref. para plásticos rígidos | ≥165 | 57±0.5 | 19+6,4 | 13±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Tipo II | preferiblem., si tipo I no se rompe en la sección estrecha | ≥183 | 57±0.5 | 19+6,4 | 6±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 135±5 |
| ASTM D638 | Tipo III | para espesores de probeta superiores a 7 mm (plásticos rígidos y blandos) | ≥246 | 57±0.5 | 29+6,4 | 19±0.5 | 7...14 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Tipo IV | para comparaciones de plásticos rígidos y blandos | ≥115 | 33±0.5 | 19+6,4 | 6±0.05 | 3.2±0.4 | 25±0.13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Tipo V | pequeñas probetas de componentes | ≥63,5 | 9,53 | 9,53+3,1 | 3.18±0.5 | 3.2±0.4 | 7,62 | 25.4±5 |
Un acondicionamiento adecuado de las probetas es decisivo para obtener resultados ASTM D638 coherentes y comparables. Muchos polímeros son sensibles al contenido de humedad y a la temperatura. Las diferencias en el acondicionamiento pueden influir considerablemente en los siguientes valores característicos:
- Módulo de tracción
- Esfuerzo de fluencia
- Resistencia a la tracción
- Alargamiento a rotura
Esto es especialmente importante para materiales higroscópicos como la poliamida (PA), PET, PBT y numerosos polímeros de origen biológico.
La norma ASTM D638 hace referencia a las condiciones estándar de laboratorio para el acondicionamiento y recomienda acondicionar las probetas antes del ensayo cuando así lo exijan las especificaciones del material. Para que las comparativas entre laboratorios sean significativas deben utilizarse siempre procesos de acondicionamiento idénticos.
Para numerosas aplicaciones rutinarias según ASTM D638, un extensómetro de contacto manual ofrece una precisión suficiente y sigue siendo una opción ampliamente utilizada.
Los extensómetros de contacto manual son ideales para:
- Aplicaciones de control de calidad
- Termoplásticos rígidos
- Materiales con deformación moderada
- Mediciones estándar de resistencia a tracción y módulo
Sin embargo, los extensómetros de contacto manual requieren una colocación manual y, en ocasiones, pueden influir en el comportamiento de probetas muy blandas, delgadas o altamente deformables. Para laboratorios que requieren la máxima reproducibilidad, un elevado rendimiento de probetas o el ensayo de materiales complejos, la medición de la deformación mediante extensómetros de brazos palpadores u ópticos suele ofrecer grandes significativas.
La capacidad necesaria de la máquina de ensayos depende principalmente de la sección transversal de la probeta y de la resistencia a tracción prevista del material.
Para la mayoría de las aplicaciones según ASTM D638:
- Los sistemas de 1 kN a 5 kN son adecuados para materiales de menor resistencia y probetas pequeñas.
- Los sistemas de 10 kN se utilizan con frecuencia para ensayos rutinarios de plásticos.
- Pueden ser necesarias capacidades superiores para materiales altamente reforzados o secciones transversales excepcionalmente grandes.
El aspecto más importante no es únicamente la fuerza máxima, sino seleccionar una máquina de ensayos y una célula de carga que ofrezcan una resolución y precisión de medición suficientes en todo el rango de fuerza previsto. Una célula de carga correctamente dimensionada mejora la calidad de la medición, especialmente en la determinación del módulo y en los ensayos de materiales de menor resistencia.
Las normas ASTM D638 e ISO 527 son las más utilizadas para los ensayos de tracción en plásticos. Mientras que ASTM D638 ofrece una caracterización pragmática de las propiedades de tracción, el principio fundamental de ISO 527 es lograr una elevada comparabilidad de los resultados de ensayo entre laboratorios, empresas y países. Aunque ambas determinan propiedades mecánicas similares, los métodos de ensayo no son directamente intercambiables.
Las principales diferencias son:
- Geometrías de las probetas y longitudes de medición: En la ASTM D638 Tipo I se emplea preferiblemente una probeta de plástico rígido, de tipo halterio con una longitud de 165 mm con un espesor de 3,2 mm (1/8 pulg.) y una longitud inicial de 50 mm (2 pulg.), ya que todavía está relativamente cerca de los espesores de material habituales en componentes y, a su vez, permite alcanzar una buena precisión en la medición de la deformación. La probeta tipo halterio preferida según ISO 527-2 es la tipo 1A (moldeada por inyección) con una longitud total de 170 mm, un espesor de 4 mm y una longitud inicial de 75 o 50 mm. Mientras ASTM describe cinco tipos de probeta, ISO limita las probetas a dos tipos con el fin de conseguir una elevada precisión de comparación.
- Requisitos en la medición del alargamiento
- Definiciones de la velocidad de ensayo
- Métodos para determinar resultados concretos
La norma ASTM D638 se utiliza predominantemente en Norteamérica, mientras que la ISO 527 se aplica con mayor frecuencia a escala internacional.
Dado que estas diferencias pueden influir en valores medidos como el módulo, la tensión de fluencia, la resistencia a tracción y la deformación, los resultados obtenidos según ASTM D638 no deben compararse directamente con los obtenidos según ISO 527, salvo que se comprendan y documenten completamente las diferencias metodológicas.
Para las empresas que suministran productos a escala mundial, es habitual disponer de capacidad para realizar ensayos tanto según ASTM D638 como según ISO 527.
Los plásticos reforzados con fibras largas, como los CFRP, se miden en el ensayo de tracción conforme a ASTM D3039. Según la dirección y la estructura del laminado o tejido, estos materiales pueden tener propiedades muy diferentes. Por ello, a menudo requieren probetas y métodos de ensayo muy específicos.
En el caso de plásticos frágiles y plásticos que no presentan un punto de fluencia, el alargamiento de rotura se determina por medición directa con un extensómetro mecánico o sin contacto. En los termoplásticos que presentan un límite elástico, el alargamiento nominal a la rotura se mide a partir del recorrido de la pinza de tracción de la máquina de ensayos.
La resistencia a la tracción es el esfuerzo de tracción más elevado que puede alcanzar la probeta durante un ensayo de tracción. Esta resistencia a la tracción puede generarse en un punto de fluencia, en cuyo caso se denomina "resistencia a la tracción en el punto de fluencia". Si la resistencia a la tracción se produce poco antes del fallo de la probeta, se denomina "resistencia a la tracción en el punto de rotura".
La norma ASTM E132 ofrece un método de ensayo adecuado para medir el coeficiente de Poisson a temperatura ambiente. Sin embargo, en el caso de los plásticos no reforzados, normalmente se puede utilizar un valor fijo para el coeficiente de Poisson a efectos de cálculo, ya que es constante en gran medida.
Además de las formas de las probetas, la norma ASTM D638 también describe la precisión con la que deben medirse las dimensiones de las probetas.
- El espesor de las probetas de plástico puede determinarse utilizando un pie de rey, un micrómetro o un medidor de sección
- El espesor de las probetas de plástico se mide con un tornillo micrómetro o un dispositivo de medición de sección
- La fuerza de medición oscila entre 5 y 15 N, las superficies de medición son circulares y planas, normalmente con un diámetro de 6,35 mm (6,5 mm). Permite otros elementos de contacto
- La medición se realiza en el centro de la probeta y dentro de la longitud de medición. Las probetas moldeadas por inyección se miden dentro de los 5 mm del centro de la longitud de medición
- ¡Un error de medición del espesor de 0,1 mm produce un error del 2,5%!
Las variables a medir según ASTM D638 son el recorrido del travesaño o la variación de la distancia entre pinzas, así como la deformación de la probeta medida directamente. Para la medición del recorrido del travesaño se requiere una precisión de ± 10% en base al respectivo valor medido en la norma ASTM D638. El recorrido del travesaño se emplea, particularmente, para determinar el alargamiento de rotura nominal, por lo que los recorridos a medir suelen ser relativamente largos.
El módulo de tracción se determina con extensómetros de contacto. El error permitido para determinar el alargamiento es de 0,0002 [mm/mm]. Esto corresponde a un error de alargamiento del 0,02% o, con una longitud de medición de 50 mm, un error de recorrido permitido de 0,01 mm.
Para la medición de puntos de fluencia y alargamientos bajos de hasta aproximadamente el 20%, la ASTM D638 requiere el cumplimiento de la Clase C de acuerdo con el estándar de calibración ASTM E83. Para alargamientos de hasta el 10%, esto significa un valor de error máximo permitido fijo en la determinación de la deformación de 0,001 [mm/mm], correspondiente a una deformación de 0,1%. Para la medición de deformaciones superiores, el error relativo no debe exceder ± 1% del valor medido respectivo.
Para la medición de deformaciones superiores al 20%, la ASTM D638 permite un error de medición relativo de ± 20%, que se puede alcanzar fácilmente incluso con extensómetros relativamente sencillos.
Descargas de ASTM D638
- Folleto sectores: Plástico y goma PDF 9 MB
- Información del producto: CMU 30 y CMU 80 PDF 718 KB
- Información de producto: zwickiLine hasta Fmáx. 5 kN PDF 820 KB
- Información del producto: ProLine, Fmáx. 5-100 kN PDF 1 MB
- Información del producto: AllroundLine, Fmáx. 5-100 kN PDF 1 MB
- Información del producto: Mordazas neumáticas, Fmáx. 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
- Información del producto: Mordazas de tornillo, Fmáx. 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Información del producto: Mordazas en cuña, Fmáx. 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
- Información del producto: Mordazas en cuña "Cuerpo acciona cuñas" Fmáx. 10 kN PDF 690 KB
- Información de producto: digiClip PDF 590 KB
- Información del producto: Extensómetros clip-on PDF 525 KB
- Información de producto extensómetro makroXtens PDF 637 KB
- Información del producto: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
