ASTM D256: Resistencia al impacto con entalla Izod en plásticos
El ensayo de impacto Izod con entalla según ASTM D256 es uno de los métodos de ensayo más importantes para determinar la resistencia al impacto de los plásticos. Sin embargo, en la práctica, muchos ensayos fallan debido a una preparación insuficiente de las probetas, una alineación incorrecta o al uso de sistemas de ensayos inadecuados.
Con péndulos de impacto normalizados se pueden cumplir los requisitos de la norma ASTM de forma fiable y obtener valores reproducibles para la comparación de materiales, el control de calidad y el desarrollo de materiales.
Fuentes de error frecuentes Ejecución del ensayo Áreas de aplicación Preguntas frecuentes sobre ASTM D256 Descargas Asesoramiento no vinculante
ASTM D256 Resistencia al impacto Izod con entalla: Un vistazo a lo más importante
- En la práctica, muchos ensayos fallan debido a una preparación inadecuada de las probetas, una alineación incorrecta o al uso de sistemas de ensayos inadecuados.
- Una tecnología de ensayo conforme a norma y unas condiciones de ensayo controladas son decisivas para obtener valores de medición reproducibles.
- En ensayos con un mayor volumen de probetas, los factores humanos derivados de la manipulación manual provocan variaciones adicionales, tiempos de ensayo más largos y un mayor gasto en personal.
- Con péndulos de impacto para plásticos adecuados pueden evitarse fuentes de error y alcanzar resultados estables.
- Este ensayo se utiliza, entre otros, en el ámbito de desarrollo de materiales, control de calidad y control de entrada de mercancías.
- El software de ensayo testXpert permite la evaluación centralizada, la integración en sistemas existentes (ERP/LIMS) y la detección precoz de desviaciones.
La norma ASTM D256 en la práctica: Fuentes de error habituales y cómo influyen en los resultados del ensayo
En la práctica, los resultados no fiables o no comparables en los ensayos de impacto Izod con entalla según ASTM D256 suelen deberse a desviaciones en la secuencia de ensayo o respecto a las especificaciones de la norma. Incluso pequeños errores durante la preparación de las probetas, el montaje o las condiciones de ensayo pueden influir significativamente en la medición de la resistencia al impacto.
Las causas típicas y sus efectos son:
- Preparación insuficiente o defectuosa de las probetas: Incluso pequeñas imprecisiones al realizar la entalla (geometría, profundidad, posición), derivadas de diferentes herramientas o métodos de entallado, así como una calidad insuficiente de la entalla (p. ej., formación de rebabas o grietas), modifican la concentración de tensiones en la entalla. Como consecuencia, la resistencia al impacto con entalla medida puede diferir considerablemente del comportamiento real del material.
- Desviaciones en las dimensiones de las probetas y en la geometría de la entalla: Las dimensiones o geometrías no conformes a norma hacen que los resultados ya no sean comparables con valores de referencia u otros ensayos.
- Errores en la manipulación de probetas: Los retrasos entre la extracción de la probeta Izod de la cámara de temperatura y la realización del ensayo (ASTM D256 exige un máximo de 5 segundos) pueden provocar pérdidas de temperatura y resultados inexactos.
- Alineación y fijación inexacta de las probetas: Si la probeta no está posicionada exactamente o actúan sobre ella diferentes fuerzas de apriete, el comportamiento en rotura varía. Esto provoca un aumento en la dispersión de los resultados de medición.
- Selección inadecuada del martillo del péndulo: Un martillo con una capacidad energética inadecuada (la energía de impacto no debe superar el 85 % de la capacidad del péndulo) o fuera del rango óptimo de medición puede afectar a la precisión de los resultados.
- Pérdidas de energía no consideradas fuera de la probeta: El método de medición prevé que todas las pérdidas de energía se atribuyen a la probeta. Las pérdidas de energía externas (p. ej., por fricción o vibraciones) falsean los resultados si no se minimizan o corrigen.
- Corrección insuficiente de las pérdidas por fricción: La resistencia del aire y la fricción en los apoyos del martillo del péndulo de impacto provocan pérdidas inevitables de energía. Si estos no se calibran, controlan y adaptan correctamente de forma periódica al martillo correspondiente, se generan errores sistemáticos.
- Masa insuficiente o instalación inestable del equipo de ensayos: Si el péndulo de impacto no tiene el peso suficiente o no está instalado libre de vibraciones (p. ej., sobre una mesa de laboratorio inestable), las vibraciones y movimientos durante el ensayo pueden provocar pérdidas adicionales de energía y, por lo tanto, dar lugar a resultados erróneos.
De esta forma, para obtener resultados reproducibles y comparables, es fundamental realizar el ensayo siguiendo estrictamente las normas, pero también minimizar las influencias del usuario, desde la fabricación de probetas y la selección del sistema de ensayos hasta unas condiciones de ensayo estables.
Así es cómo se realiza el ensayo:
El martillo del péndulo está compuesto por una varilla con un cuerpo de impacto que está fijada en un apoyo de baja fricción. Durante el ensayo, el martillo del péndulo impacta con una energía definida contra una probeta entallada fijada por un extremo. El material absorbe parte de la energía cinética, de modo que el martillo del péndulo ya no alcanza la altura de caída inicial tras golpear la probeta. La energía de impacto absorbida se determina a partir de la diferencia entre la altura de caída y la altura de ascenso.
La probeta se fija verticalmente de forma que la entalla se encuentre exactamente en la zona del mayor momento flector. Una fuerza de apriete controlada –por ejemplo, mediante sistemas de sujeción neumáticos– contribuye de manera significativa a la reproducibilidad de los resultados del ensayo.
Para el ensayo de impacto con entalla mediante el método Izod según ASTM D256 pueden utilizarse los péndulos de impacto para plásticos de ZwickRoell.
Los péndulos de impacto Izod permiten una sujeción segura y reproducible de las probetas más diversas, ya sea mediante un ajuste manual preciso o uno neumático rápido, incluso en el caso de materiales sensibles al apriete. El dispositivo de centrado y los insertos de cambio rápido garantizan que cada probeta quede alineada con precisión y que incluso los materiales acondicionados térmicamente o sensibles al apriete puedan ensayarse de forma fiable y conforme a norma.
El martillo del péndulo estándar según la norma ASTM D256 tiene una energía potencial de 2,75 J con una altura de caída fija de 610 ± 2 mm. Otros tamaños del martillo se obtienen al duplicar la energía potencial inicial con la misma altura de caída. De ello resulta una velocidad de impacto de aproximadamente 3,46 m/s. Para realizar ensayos normalizados, se selecciona en cada caso el martillo de péndulo más ligero, cuya capacidad de trabajo sea suficiente para la medición.
Para obtener resultados fiables, las influencias externas, como las pérdidas por fricción o vibración, deben minimizarse. Por ello, los péndulos de impacto de alta calidad se calibran adecuadamente y se diseñan para minimizar las pérdidas de energía. Los sistemas modernos, como los péndulos de impacto de ZwickRoell, utilizan por ejemplo varillas dobles especialmente rígidas y ligeras fabricadas con materiales de carbono unidireccional, de muy baja masa y con una rigidez óptima para reducir las vibraciones y aumentar la precisión de medición.
Además de estos factores relacionados con el equipo, en la práctica la influencia del usuario afecta especialmente a la reproducibilidad y eficiencia de los procesos de ensayo. Especialmente en ensayos con grandes volúmenes de probetas o tareas de ensayos repetitivas, la manipulación manual genera una mayor dispersión, tiempos de ensayo más largos y un mayor esfuerzo de personal. El sistema de ensayos automatizado roboTest H se encarga de la alimentación automática, el acondicionamiento térmico y el posicionamiento de las probetas, garantizando así condiciones de ensayo constantes y una reducción significativa de las influencias del usuario.
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Vídeo: Péndulos para el ensayo de materiales plásticos
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Casos de aplicación: Áreas de aplicación del método de ensayo según la ASTM D256
Entre las aplicaciones típicas del ensayo de impacto Izod con entalla según ASTM D256 se encuentran aquellas en las que los plásticos rígidos están expuestos a cargas de impacto o en las que es necesario evaluar de forma fiable su robustez mecánica. El ensayo proporciona valores característicos comparables que se utilizan en el desarrollo, el control de calidad y la homologación de materiales.
Los ámbitos de aplicación típicos del método de ensayo incluyen:
- Comparación de materiales en el desarrollo de materiales: Pueden compararse diferentes materiales poliméricos, compuestos o formulaciones pueden compararse en relación a su resistencia al impacto Izod. Esto permite seleccionar u optimizar específicamente materiales para aplicaciones que implican mayores cargas mecánicas.
- Control de calidad en la producción: En la producción en serie, el ensayo según ASTM D256 se utiliza para supervisar la uniformidad de las propiedades del material. Las desviaciones en las materias primas, el procesamiento o los lotes pueden detectarse en una fase temprana.
- Control de entrada de materiales plásticos: En el ensayo de granulados o semielaborados, se garantiza que los materiales suministrados cumplen las propiedades mecánicas requeridas.
- Ensayo de componentes y probetas extraídas: Las probetas pueden extraerse directamente de piezas acabadas o piezas moldeadas por inyección para verificar las propiedades reales del material en el componente.
- Evaluación del envejecimiento y de las influencias ambientales: Mediante ensayos comparativos pueden analizarse cambios en la resistencia al impacto Izod, por ejemplo, tras la exposición a temperatura, el contacto con medios o la radiación UV.
Perfecta integración del ensayo según ASTM D256 con el software de ensayo testXpert
Un solo software de ensayos para todo: el ensayo de resistencia al impacto según ASTM D256, el ensayo de tracción, el ensayo de flexión, el ensayo de fluidez. Y todos los datos se pueden evaluar conjuntamente.
- Numerosas opciones de importación y exportación garantizan la integración perfecta de testXpert y del ensayo de resistencia al impacto según ASTM D256 en sus procesos. El software de ensayos lee y escribe los datos procedentes de otros sistemas de forma automática, por ejemplo, del sistema ERP o LIM local de su empresa.
- Se integra la medición de las dimensiones de probeta según ASTM D256: La anchura remanente, la altura y la anchura de la probeta se transmiten durante la medición del equipo de medición al software testXpert pulsando un botón.
- Todos los valores característicos del ensayo de resistencia al impacto según la norma ASTM D256, el ensayo de tracción, el ensayo de flexión y el ensayo de fluidez se almacenan juntos en una base de datos. Los datos de los ensayos son fáciles de recuperar, evaluar y comparar en todas las aplicaciones. El acceso es fácil a través del navegador web, desde donde quiera.
- El análisis de tendencias ofrece un sencillo gráfico de control de calidad (SPC), para detectar las desviaciones de las especificaciones de calidad en una fase temprana.
Preguntas frecuentes sobre la resistencia al impacto Izod según ASTM D256
En el ensayo de impacto convencional que utiliza el método Charpy o Izod, se mide la energía, o energía de impacto, generada por el martillo del péndulo al golpear la probeta. Esta energía puede determinarse de forma muy sencilla a partir de la diferencia entre la altura de liberación del martillo del péndulo y la altura de subida tras el impacto. En las normas ISO, la energía de impacto se relaciona con el área de la sección transversal de la probeta y se indica en [kJ/m²], mientras que en las normas ASTM es habitual relacionar esta energía con el espesor de la probeta para obtener una resistencia al impacto, por ejemplo, en [ft lbf/in].
El ensayo de flexión por impacto Izod con entalla según la norma ASTM D256 proporciona valores característicos de la resistencia al impacto y de la sensibilidad a la entalla a altas velocidades de deformación, expresados como un valor de energía en función del espesor. Además, se utilizan las siguientes normas:
- ASTM D4812: un método Izod para medir la resistencia a la flexión por impacto en probetas sin entalla
- ASTM D4508: un método Izod para medir probetas pequeñas (Chip Impact), homólogo al ensayo de impacto Dynstat según la norma DIN 53435.
- ISO 180: Describe el ensayo de impacto según el método Izod para determinar la resistencia al impacto en materiales plásticos. Proporciona valores característicos de la resistencia al impacto a altas tasas de deformación en forma de valor de energía por la sección transversal.
Ambos métodos de ensayo caracterizan la resistencia al impacto de un material plástico. El método de ensayo Izod, en el que la probeta se mantiene en posición vertical, se utiliza habitualmente en las normas ASTM. El método Charpy, que funciona con un dispositivo de flexión en tres puntos, se utiliza preferentemente con las normas ISO.
En ambos métodos se mide la resistencia al impacto en la entalla. Para ello, se impacta sobre la probeta de forma que la entalla se encuentre en el área de tracción de la flexión generada por el impacto. Con el método Izod, el área de tracción se encuentra en el lado de impacto del martillo y con el método Charpy, en el lado opuesto.
El método Charpyofrece ventajas para los ensayos a bajas temperaturas, ya que los puntos de contacto de la probeta en el péndulo de impacto están relativamente alejados del punto donde golpea el martillo. De este modo, la temperatura no es absorbida por los soportes del área en cuestión y las probetas pueden introducirse fácilmente desde una cámara con temperatura controlada.
El ensayo de flexión por impacto según la norma ASTM D256 se utiliza para todos los plásticos rígidos con el fin de caracterizar el comportamiento antes solicitaciones de impacto. La tensión de flexión se produce de golpe al impactar sobre el lado estrecho de una probeta con entalla sujeta de lado. El resultado se representa como la absorción de energía por el espesor de la probeta.
Esta norma ofrece varios procedimientos, tamaños y disposiciones de la entalla para analizar la sensibilidad de la entalla de un material polimérico.
- El método A se aplica en plásticos en los que la resistencia al impacto Izod es mayor o igual a 27 J/m. En este caso, se trabaja con un radio de entalla de 0,25 mm. El resultado se calcula directamente a partir de la altura de elevación del martillo del péndulo después del impacto.
- El método C se aplica en plásticos muy frágiles en los que la resistencia al impacto Izod es inferior a 27 J/m. Corresponde al procedimiento A, pero el trabajo de impacto medido se corrige por la cantidad de trabajo centrífugo calculado de la probeta.
- El método D se aplica para caracterizar la sensibilidad a la entalla de un material polimérico. Para este propósito, la resistencia al impacto se mide en probetas con diferentes radios de entalla y se calcula la sensibilidad de la entalla como un gradiente lineal en el radio de la entalla.
- El método E se utiliza para estimar la resistencia al impacto de probetas sin entalla. Para ello, se sujeta la probeta con entalla con una rotación de 180° de forma que la entalla se encuentre en posición opuesta a la dirección del impacto. El resultado es solo parcialmente comparable con el ensayo de una probeta sin entalla.
Las probetas de conformidad con ASTM D256 tienen definidas sus dimensiones externas a una longitud de 2,5 pulgadas (63,5 mm) y una altura de 0,5 pulgadas (12,5 mm). La anchura de las probetas fabricadas por inyección puede oscilar entre 3,0 mm (0,118 pulgadas) y 12,5 mm (0,5 pulgadas), aunque es habitual el uso de probetas de 3,2 mm (1/8 pulgadas) o 6,35 mm (¼ pulgadas) de ancho.
Los detalles exactos se pueden encontrar en las especificaciones del material a ensayar o deben acordarse entre las partes implicadas. En el caso de las probetas procedentes de componentes, el espesor de pared del componente suele determinar la anchura. Las probetas procedentes de espesores de pared más finos se someten al ensayo de tracción por impacto según la norma ASTM D1822.
El método describe la medición de la resistencia al impacto de la entalla, por lo que la probeta debe estar entallada.
- En el método A habitual, se introduce en la probeta una entalla con un radio de 0,25 mm y un ángulo de 45° mediante un proceso de mecanizado, de forma que se mantenga una altura residual en la base de la entalla de 10,16 mm (0,40 pulg.).
- En caso de tener que medir la sensibilidad de la entalla según el método D, deberán prepararse las probetas con diferentes radios de entalla. Además de la entalla estándar según el método A, también se fabrican probetas con un radio de entalla de 0,04 pulgadas (1,0 mm).
