Ensaio de compressão ASTM D695 para compósitos e plástico
A norma ASTM D695 descreve o ensaio de compressão para determinação de propriedades mecânicas como módulo de elasticidade e resistência para plásticos reforçados e não reforçados, baseado no princípio End-Loading Compression (aplicação de força frontal). A aplicação da força ocorre exclusivamente pelas faces terminais do corpo de prova. A ASTM D695 pode ser usada para materiais compósitos de fibras com rigidez de até 41 GPa, o que inclui, por exemplo, compósitos de tecido reforçados com fibra de vidro.
O texto a seguir se limita a sequência de ensaio ASTM D695 com dispositivo de suporte para plásticos de alto módulo e reforçados, com espessura de laminado inferior a 3,2 mm. Também são descritos os ensaios End-Loading Compression desenvolvidos a partir da ASTM D695: DIN EN 2850 método B, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV (ASTM D695 modificado) e SACMA SRM-1R-94. Esses últimos também possibilitam ensaios de compressão em laminados unidirecionais (UD) reforçados com fibra de carbono, com rigidez e resistência correspondentes elevadas.
Outros ensaios de compressão padronizados, frequentemente usados para compósitos reforçados com fibras contínuas, sem limitação quanto à rigidez do laminado, são: ISO 14126 Método 1 e ASTM D3410 (Shear Loading Compression), bem como ISO 14126 Método 2 e ASTM D6641 (Combined Loading Compression).
Valores característicos Execussão do ensaio e equipamentos de ensaio Corpos de prova Downloads FAQ Solicitar orientação
ASTM D695: Objetivo e características
Com o ensaio de compressão conforme ASTM D695 com suporte de compressão e, especialmente, com as variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695 (EN 2850 método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV) do setup de ensaio, podem ser determinados os seguintes resultados e valores característicos para plásticos reforçados com fibras:
- Tensão de compressão: Força de compressão relacionada à seção transversal inicial do corpo de prova
- Esmagamento: Variação do comprimento de medição em relação ao comprimento inicial na direção da carga (apenas quando utilizado um sistema adequado de medição de deformação, veja abaixo)
- Módulo de compressão: Inclinação da curva tensão-deformação em um intervalo de deformação definido na região elástica. Também denominado módulo de elasticidade ou, abreviadamente, E-módulo
- Resistência à compressão: Valor máximo da tensão de compressão determinada no ensaio de compressão
Instruções importantes para a determinação dos resultados
ASTM D695 prevê, para plásticos reforçados e não reforçados com espessura inferior a 3,2 mm, uma geometria de corpo de prova afilada, com a qual é possível determinar, em um único ensaio, o módulo de compressão (quando utilizado um sistema adequado de medição de deformação) e a resistência à compressão. Para isso, é necessário utilizar adicionalmente um dispositivo de suporte.
Corpos de prova afilados, no entanto, não são adequados para compósitos unidirecionais (UD).. As variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695 (EN 2850 método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV) utilizam, portanto, sempre dois corpos de prova retos e retangulares diferentes:
- Um corpo de prova sem reforço adicional para a determinação do módulo de compressão. Este corpo de prova não deve ser utilizado para a determinação da resistência à compressão, pois sempre ocorre uma falha prematura nas faces terminais, sob uma tensão de compressão inferior à resistência à compressão do material em ensaio.
- Um corpo de prova com reforços aplicados para a determinação da resistência à compressão. O ensaio é válido quando a falha ocorre dentro do comprimento livre do corpo de prova. Este corpo de prova, por sua vez, não é adequado para a determinação do módulo de compressão, pois a aplicação de extensômetros na parte livre do corpo de prova (aproximadamente 5 mm) é praticamente inviável.
Como a aplicação da força ocorre sempre exclusivamente pelas faces terminais do corpo de prova, em todos os casos é imprescindível um acabamento muito preciso das faces terminais dos corpos de prova.
Dispositivo de ensaio End-Loading Compression
ASTM D695 prevê, para o ensaio de materiais com espessura inferior a 3,2 mm, um dispositivo de suporte para o corpo de prova. O corpo de prova assim apoiado é então colocado em um dispositivo de compressão adequado (também chamado de Subpress ou Compression Tool na ASTM D695).
Nas variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695 para compósitos avançados (EN 2850 método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260), esse dispositivo de suporte é rigidamente conectado a um dispositivo de compressão correspondente, de modo que o desalinhamento ou flambagem da amostra com o suporte seja excluído.
- Este dispositivo End-Loading Compression aprimorado é também denominado dispositivo ASTM D695 Modificado na norma de ensaio Boeing BSS 7260.
- As normas de ensaio DIN EN 2850 método B e SACMA SRM-1R-94 também utilizam este princípio, com pequenas diferenças nas dimensões do dispositivo de suporte e dos corpos de prova.
- Deve-se observar que o comprimento do dispositivo de suporte segundo o método B da norma DIN EN 2850 é definido como 70 mm, enquanto o dispositivo de suporte nas demais normas de ensaio (ASTM D695, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV, SACMA SRM-1R-94) tem comprimento de 73 mm. Para o método B da norma DIN EN 2850, deve-se, portanto, utilizar um dispositivo de ensaio específico.
Em todos os casos, o dispositivo de suporte não contribui para a transmissão de força para o corpo de prova. O atrito entre o corpo de prova e o dispositivo de suporte é minimizado por meio de um design apropriado das superfícies de contato. Na norma ASTM D695, uma fixação 'manual firme' do dispositivo de suporte ao corpo de prova é suficiente. Em todos os procedimentos de ensaio End-Loading aprimorados, é definido um baixo torque de aperto ou uma força de contato para os parafusos de fixação.
Dispositivo de ensaio ZwickRoell para o ensaio End-Loading Compression conforme ASTM D695 e variantes:
- O conjunto de ensaio ZwickRoell para o ensaio End-Loading Compression consiste em um dispositivo de compressão posicionado entre duas placas de compressão. Elementos de guia no dispositivo de compressão garantem sempre o centramento preciso do corpo de prova no eixo de carga. Devido à alta resistência à compressão, muitas vezes superior a 1000 MPa — especialmente em ensaios de compressão na direção das fibras para compósitos reforçados com fibras de carbono unidirecionais (UD) — devem ser utilizadas placas de compressão devidamente temperadas.
- Os dispositivos de ensaio ZwickRoell para End-Loading Compression podem ser usados em uma faixa de temperatura de -80°C a +300°C.
Máquinas de ensaio para ASTM D695
- Ao usar a geometria nominal do corpo de prova, para compósitos reforçados com fibras de carbono unidirecionais (UD) no ensaio End-Loading Compression, devido ao constante desenvolvimento e aprimoramento das propriedades mecânicas das fibras e da matriz, atualmente podem ser alcançadas forças máximas de até cerca de 50 kN. Como geralmente, além dos ensaios de compressão, também são realizados ensaios de tração, nos quais as forças máximas são ainda maiores, recomenda-se o uso de uma máquina de ensaio estática com capacidade de até 100 kN ou 250 kN.
- Se forem ensaiados exclusivamente compósitos reforçados com fibra de vidro, uma máquina de ensaio de 50 kN é suficiente.
Sistemas de ensaio modular em compósitos
Laboratórios de ensaio maiores, com um alto volume de ensaios, utilizam diferentes máquinas para os mais variados ensaios em compósitos e, dessa forma, conseguem minimizar a necessidade de trabalhos de conversão. As respectivas máquinas de ensaio podem ser adaptadas ao range de força de diferentes tipos de ensaio. Quando o volume de ensaios não é tão alto ou tão regular que o investimento em várias máquinas para ensaio compensa, é vantajoso equipar uma única máquina de ensaio de modo que o maior número possível de métodos de ensaio possa ser realizado com o menor esforço de conversão possível.
Para isso, a ZwickRoell desenvolveu um conceito modular, disponível como máquina de ensaio estático 100kN ou 250kN, com o qual 21 métodos de ensaio e aprox. 120 normas de ensaio (ISO, EN, ASTM, assim como Airbus AITM e Boeing BSS) são cobertos e que permite a ampla caracterização de materiais compostos de fibra à temperatura ambiente ou em ensaios a temperaturas baixas ou temperaturas elevadas de -80°C até +360°C.
Ensaios confiáveis de End-Loading Compression graças ao software de ensaio testXpert
Nosso software de ensaio testXpert apoia ensaios eficientes e resultados confiáveis conforme ASTM D695 e as variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695 para o ensaio de compressão End-Loading:
- Poupe o trabalho do estudo da norma: Garantia de conformidade com a norma através de procedimentos padrão de ensaio — incluindo todos os valores característicos e parâmetros da ASTM D695 e DIN EN 2850 já incorporados.
- Você pode alcançar a máxima eficiência de seus ensaios com a conexão de dispositivos periféricos: Quando as dimensões da amostra do micrômetro são enviadas diretamente ao software de ensaios, obtém-se uma economia de tempo e erros de entrada.
- Verifique e controle a temperatura na câmara também por meio do software. Ajuste as rampas de temperatura e verifique de forma rastreável, também em momento posterior, a observância dos valores.
Medição de deformação segundo ASTM D695 e variantes
Métodos adequados para medir a deformação nos ensaios de compressão de carga final de acordo com ASTM D695 são extensômetros colocados centralmente na superfície da amostra ou extensômetros de encaixe, que medem a compressão na borda da amostra. Ao utilizar extensômetros, os elementos do dispositivo de suporte devem ter um recesso adequado no meio para evitar o contato com a grade de medição do extensômetro e os cabos do extensômetro.
Devido ao posicionamento central exato da amostra no eixo de carga e aos recessos no corpo do dispositivo de teste de compressão de carga final ZwickRoell, também é possível usar o extensômetro automático de braço apalpador makroXtens, que mede em ambos os lados das bordas da amostra.
Nas variantes do ensaio de compressão de carga final desenvolvido com base na norma ASTM D695, a deformação é medida apenas para o corpo de prova destinado à medição do módulo de compressão. Os padrões de ensaio correspondentes às vezes usam especificações diferentes para a compressão máxima no ensaio e para a faixa na qual o módulo de elasticidade deve ser determinado
- DIN EN 2850 Método B: Carga de compressão de até pelo menos 0,5% (5000 µe) de compressão; Determinação do módulo E entre 0,1% e 0,5% (método preferido, salvo indicação em contrário)
- Boeing BSS 7260: Carga de pressão de até pelo menos 3000 µe de compressão; Determinação do módulo de Young entre 1000 e 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: Carga de pressão de até 5000 µe; Determinação do módulo E entre 1000 e 3000 µe; Recomenda-se o uso de extensômetros aplicados em ambos os lados para monitorar cargas de flexão sobrepostas; Se o desvio entre os dois sinais do extensômetro for maior que 10%, o teste será inválido e deverá ser repetido.
Conforme descrito acima, a medição de deformação do corpo de prova com adesivos aplicados para determinar a resistência à compressão não é prevista nessas normas de ensaio devido ao comprimento de medição livre muito curto.
Para o espécime com cintura usada na norma ASTM D695 para espessuras de espécime menores que 3,2 mm, que é usada tanto para a determinação do módulo de Young quanto para a resistência à compressão, um extensômetro de fixação medindo nas bordas do espécime também é adequado.
Amostra e Dimensões
- L = comprimento da amostra
- l = comprimento útil do corpo de prova (no caso de corpo de prova com laminações aplicadas para determinação da resistência)
- b = Largura da amostra
- h = Espessura do laminado
- H = espessura total do corpo de prova (espessura do laminado mais laminações aplicadas)
| Norma | Tipo de amostra | Representação esquemática (não em escala) | Aplicação e observações |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | Sob medida, para espessuras de corpo de prova menores que 3,2 mm |  | Plásticos não reforçados e reforçados com rigidez de até 41 GPa (por exemplo, também compósitos de tecido de fibra de vidro - GFK) |
DIN EN 2850 Método B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Tipo III Compression Strength Specimen |  | UD* e compósitos têxteis (GFK, CFK)
|
DIN EN 2850 Método B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Tipo IV Compression Modulus Specimen |  |
Perguntas frequentes sobre o ensaio de compressão ASTM D695
A ASTM D695 descreve o ensaio de compressão para determinar propriedades mecânicas, como o módulo de elasticidade (E-Modul) e resistência, para plásticos rígidos, baseado no princípio de End-Loading Compression (aplicação de força nas extremidades), onde a aplicação da força ocorre exclusivamente pelas faces finais do corpo de prova. A ASTM D695 pode ser usada para compósitos com rigidez de até 41 GPa, o que inclui, por exemplo, compósitos têxteis reforçados com fibra de vidro. Para plásticos de alto módulo e reforçados com espessura de laminado inferior a 3,2 mm, é necessário um dispositivo de suporte.
A norma ASTM D695 descreve o ensaio de compressão para determinar propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade (E-Modul) e resistência, para plásticos rígidos. A ASTM D695-15 refere-se ao ano de publicação de 2015, mas já foi atualizada e substituída pela ASTM D695-23, ou seja, ASTM D695:2023.
A ASTM D695 prevê para plásticos não reforçados e reforçados com espessura < 3,2 mm uma geometria de corpo de prova com afilamento, com comprimento L = 79,4 mm e largura B = 19 mm, com a qual podem ser determinados em um único ensaio o módulo de compressão (quando utilizado um sistema adequado de medição de deformação) e a resistência à compressão. Corpos de prova afilados, no entanto, não são adequados para compósitos unidirecionais (UD). As variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695 utilizam, portanto, sempre dois corpos de prova retangulares retos diferentes: Um corpo de prova sem reforço (sem aufleimer) para determinação do módulo de compressão, e um corpo de prova com reforços aplicados (applizierten Aufleimern) para determinação da resistência à compressão.
