ASTM D638 propriedades de tração em plásticos
O ensaio de tração conforme ASTM D638 é um dos métodos mais utilizados para avaliar as propriedades mecânicas de termoplásticos e massas moldáveis curáveis.
Na prática, porém, observam-se frequentemente diferenças significativas na resistência à tração, no módulo, na tensão de escoamento e no alongamento entre laboratórios, operadores e sistemas de ensaio. A causa raramente se encontra apenas na máquina de ensaio. Desvios na preparação e medição das amostras, na seleção do extensômetro, no condicionamento em condições ambientais, na seleção das garras e na velocidade de ensaio podem influenciar os resultados dos ensaios.
A ZwickRoell auxilia os laboratórios a minimizar a dispersão dos resultados dos ensaios por meio de sistemas de ensaio coordenados, software inteligente, fluxos de trabalho automatizados e tecnologias líderes do setor para medição de alongamento.
Fontes frequentes de erros Realização de ensaios e equipamentos de ensaio Áreas de aplicação Perguntas frequentes (FAQs)Downloads Solicitar consultoria
ASTM D638: O mais importante em resumo
- A norma ASTM D638 descreve o ensaio de tração uniaxial em plásticos reforçados e não reforçados para determinar a tensão de tração, o alongamento, o módulo de tração, a resistência à tração, o ponto de escoamento e o ponto de ruptura, além do coeficiente de Poisson (opcionalmente).
- A norma se aplica a amostras com espessura entre 1 mm e 14 mm. Para filmes com espessura inferior a 1 mm, elastômeros, compósitos de fibras longas ou espumas, outras normas ASTM são mais relevantes.
- A velocidade de ensaio influencia diretamente as propriedades do material medidas, uma vez que os plásticos apresentam comportamento viscoelástico.
- Uma medição precisa do alongamento, por meio da seleção do extensômetro adequado, é fundamental para uma determinação confiável do módulo.
- O condicionamento em condições ambientais pode influenciar significativamente os resultados em polímeros sensíveis à umidade.
- A medição automatizada da seção transversal da amostra e os procedimentos de ensaio melhoram a reprodutibilidade dos resultados e reduzem a influência do operador.
- A ZwickRoell oferece soluções completas de ensaio para a norma ASTM D638, incluindo máquinas de ensaio, garras, extensômetros, software e automação.
ASTM D638 na prática: Fontes frequentes de erro e impacto nos resultados de ensaio
Mesmo que o ensaio seja formalmente realizado conforme ASTM D638, os resultados podem variar significativamente entre laboratórios, operadores ou sistemas de ensaio. Portanto, o fator decisivo não é apenas a conformidade do procedimento de ensaio com a norma, mas a execução controlada de cada etapa do ensaio:
- Preparação e qualidade da amostra:A qualidade do ensaio começa com a preparação da amostra. Possíveis causas de desvios são condições de moldagem inconsistentes, influências da posição do bico de injeção, tensões internas, danos causados por usinagem mecânica, entalhes ou defeitos superficiais, bem como variações de espessura.
- Escolha do tipo correto de amostra:A norma ASTM D638 define diferentes tipos de amostras. Se for utilizado um tipo inadequado, a ruptura pode não ocorrer na faixa paralela estreita ou a medição do alongamento pode se tornar pouco confiável. A escolha da amostra é decisiva, especialmente no caso de componentes pequenos, polímeros macios ou placas mais espessas.
- Medição da seção transversal: Todos os valores relacionados à tensão são calculados com base na área da seção transversal original da amostra. Pequenos erros na medição da espessura ou largura afetam diretamente todos os resultados relacionados à tensão, incluindo resistência à tração, módulo, limite de escoamento e curvas tensão-deformação. Um erro de medição de espessura de apenas 0,1 mm já pode causar um erro de 2,5 %. Equipamentos de medição automatizados ou diretamente conectados reduzem erros de entrada de dados e melhoram a rastreabilidade dos dados de medição.
- Velocidade de ensaio: Ao contrário da maioria dos metais, os plásticos, devido ao seu comportamento viscoelástico, são muito sensíveis à velocidade de deformação. Diferentes velocidades de ensaio podem influenciar o módulo de elasticidade, a tensão de escoamento, a resistência à tração e o alongamento na ruptura. Por isso, a norma ASTM D638 estabelece diferentes velocidades da travessa móvel, dependendo das propriedades do material e do alongamento, que devem ser ajustadas de forma consistente, documentadas e implementadas de acordo com a norma.
- Seleção do extensômetro: A medição do alongamento é um dos aspectos mais críticos nos ensaios conforme ASTM D638. A escolha inadequada do extensômetro pode afetar significativamente a precisão do módulo, da deformação de escoamento e da medição do alongamento. Desafios específicos surgem no ensaio de polímeros macios, materiais modificados para resistência ao impacto, materiais rígidos e amostras finas. A escolha da tecnologia adequada para a medição da deformação é, frequentemente, a decisão individual mais importante na montagem do ensaio conforme ASTM D638.
- Seleção das garras e alinhamento das amostras:A fixação incorreta pode causar deslizamento, rupturas prematuras na área de fixação, tensões de flexão, erros de alinhamento e velocidades de ensaio incorretas devido a movimentos dos suportes de amostra (cunhas etc.). A escolha do sistema de fixação correto garante que as forças sejam aplicadas uniformemente na amostra e que a ruptura ocorra dentro do comprimento de medição.
- Condicionamento sob condições ambientais definidas: Muitos polímeros são fortemente influenciados pela temperatura e pela umidade do ar. Exemplos incluem poliamidas, PET, PBT, TPU e polímeros de base biológica. Um condicionamento inadequado pode levar a desvios significativos na rigidez, resistência e alongamento.
- Influência do operador no processo de ensaio: Processos manuais aumentam a dispersão na medição das amostras, na instalação do extensômetro, na montagem do ensaio, na análise de dados e até mesmo na transmissão de dados. Processos padronizados e, especialmente, a automação melhoram a confiabilidade dos resultados dos ensaios.
Para obter resultados reproduzíveis, as amostras, os instrumentos de medição, a máquina de ensaio, as garras, o extensômetro, o software e as condições de ensaio devem estar harmonizados entre si. É exatamente aí que entram as soluções de ensaio da ZwickRoell.
Realização do ensaio de tração conforme ASTM D638 com a ZwickRoell
Etapas críticas do ensaio e soluções recomendadas pela ZwickRoell:
Medição da amostra Estrutura mecânica & célula de carga Garras Velocidade de ensaio Extensômetro Condicionamento e condições ambientais Opções de automação
Assim é realizado o ensaio conforme ASTM D638:
No ensaio de tração conforme a norma ASTM D638, uma amostra de plástico padronizada é submetida a uma carga uniaxial até o ponto de escoamento, até um alongamento definido ou até a ruptura.
- Antes do ensaio, determinam-se o tipo, a largura e a espessura da amostra, uma vez que todos os parâmetros relacionados à tensão se baseiam na seção transversal inicial.
- Em seguida, a amostra é fixada em garras adequadas e alinhada centralmente.
- Durante o ensaio, a máquina de ensaio e o extensômetro registram a força, o deslocamento da travessa móvel e o alongamento da amostra. A partir da curva tensão-deformação, são calculados parâmetros como tensão de tração, módulo de elasticidade, tensão e deformação de escoamento, resistência à tração, alongamento na ruptura e, opcionalmente, o coeficiente de Poisson.
- Dependendo do material e do objetivo do ensaio, diferentes velocidades de ensaio, condições de condicionamento e métodos de medição de deformação são relevantes .
- Com o testXpert, é possível controlar e documentar de forma padronizada os parâmetros de ensaio, as mudanças de velocidade, os dados de medição e a análise.
Medição de amostras: Pequenos erros de medição afetam diretamente os valores característicos
Uma medição precisa é a base para ensaios de tração confiáveis. Um erro de medição da espessura de 0,1 mm gera um erro de 2,5%!
Sistemas de medição automatizados, como o medidor de seção transversal CMU 30 da ZwickRoell, reduzem os erros de transposição causados pelo operador por meio da transmissão direta de dados para o testXpert, aceleram os processos, melhoram a rastreabilidade e garantem que todos os ensaios sejam realizados com valores de entrada de dados consistentes.
Seleção da estrutura mecânica e célula de carga
A escolha de uma máquina de ensaio envolve mais do que apenas a seleção da força máxima de ensaio. O sistema ideal depende do tipo de material, da faixa de força esperada, da geometria da amostra, do grau de automação desejado e da configuração do extensômetro.
As Máquinas de ensaio universais para aplicações estáticas modulares da ZwickRoell permitem uma ampla gama de aplicações em plásticos em uma plataforma comum.
No entanto, o fator decisivo não é apenas a força máxima de ensaio, mas também a precisão na faixa inferior de força. A norma ASTM D638 exige uma precisão de medição de ±1 % em relação ao valor medido. As máquinas de ensaio da ZwickRoell podem atingir essa precisão já a partir de 1/1.000 da faixa de medição. Isso permite medir com precisão os módulos de elasticidade e as tensões de tração de muitos materiais com a mesma configuração de ensaio – sem a necessidade de trocas frequentes de células de carga.
Seleção das garras de fixação
Diferentes materiais e volumes de ensaio exigem diferentes métodos de fixação. Exemplos incluem garras pneumáticas, garras tipo parafuso e garras tipo cunha. O objetivo é sempre uma fixação confiável, sem danificar a amostra:
- Garras pneumáticas: As garras pneumáticas fecham-se com o toque de um botão e permitem um ajuste exato da força de fixação. Elas abrangem uma ampla gama de aplicações e são adequadas para polímeros macios e rígidos, permitem a transmissão direta da velocidade da travessa para a amostra e são particularmente úteis quando são exigidas alta reprodutibilidade, alto volume de ensaios ou alimentação automática de amostras.
- Garras tipo parafuso: As garras tipo parafuso fecham-se manualmente por meio de um movimento de rosqueamento. São adequadas para plásticos semirrígidos a rígidos e para ensaios com altos requisitos de reprodutibilidade, quando a intervenção manual é aceitável.
- Garras tipo cunha: As garras tipo cunha fecham-se manualmente por meio de um movimento de alavanca e são adequadas para ensaios frequentes. Como a força de fixação é gerada durante o ensaio de tração por meio do efeito de cunha, a taxa de alongamento na amostra pode variar. Isso deve ser levado em consideração na comparação de resultados e nos requisitos de reprodutibilidade. Portanto, são particularmente adequadas para tarefas internas de controle de qualidade com baixos requisitos de reprodutibilidade em relação aos valores de medição de outros laboratórios.
- Garras tipo corpo sobre cunha: As garras do tipo “corpo sobre cunha” estão disponíveis nas versões manual ou pneumática e são particularmente adequadas para ensaios de tração em plásticos rígidos a de alta resistência, nos quais um encaixe seguro da amostra e uma aplicação estável da força são importantes. A versão manual é uma solução econômica, robusta e simples para ensaios de rotina. A versão pneumática oferece vantagens em ensaios frequentes ou com maior volume de amostras, pois reduz a influência do operador e permite uma força de fixação mais uniforme.
Por que a velocidade de ensaio é importante na norma ASTM D638
A resposta mecânica dos plásticos depende fortemente da velocidade de alongamento. À medida que a velocidade de ensaio aumenta, a rigidez (módulo) geralmente aumenta, a resistência geralmente aumenta e o alongamento pode diminuir. A norma ASTM D638 define diferentes velocidades de ensaio, dependendo do comportamento do material e do alongamento esperado. Para que as comparações sejam válidas, a velocidade de ensaio e as mudanças de velocidade devem ser aplicadas e documentadas de forma consistente. Com o testXpert, as velocidades de ensaio e as mudanças de velocidade são definidas na especificação do ensaio, controladas automaticamente e documentadas. Isso reduz erros de operação e garante que os ensaios sejam realizados de acordo com os mesmos parâmetros, em conformidade com as normas.
Seleção do extensômetro
Um extensômetro inadequado pode distorcer os valores do módulo de elasticidade, a deformação de escoamento e o alongamento na ruptura. O risco aumenta no caso de polímeros macios, amostras muito finas, grandes alongamentos ou amostras sensíveis a forças de contato. Sendo assim, o extensômetro é frequentemente o componente mais importante em uma configuração de ensaio conforme ASTM D638.
- Extemsômetros manuais / extensômetro clip-on Entre as vantagens estão o custo-benefício, a alta precisão e a adequação para muitos tipos de plásticos rígidos. Entre as limitações estão a fixação manual e uma possível influência em materiais macios.
- Extensômetros com braços de contato: Extensômetros com braços de contato, como o makroXtens, oferecem vantagens como a operação totalmente automática e a possibilidade de permanecer fixado na amostra até a ruptura. Há a possibilidade de integrar a medição de deformação transversal e o uso de Câmaras de temperatura. Caso sejam ensaiados materiais muito diferentes, por exemplo, plásticos frágeis e elastômeros com alongamentos muito grandes, pode-se utilizar, como alternativa, o multiXtens.
- O extensômetro óptico videoXtens é a solução preferida para muitas aplicações conforme ASTM D638. Entre as vantagens estão a medição sem contato e, portanto, sem influência sobre a amostra, a dispensa de marcação da amostra, alta precisão na determinação do módulo de elasticidade e adequação para grandes alongamentos, condições ideais para a automação, bem como a opção de DIC 2D.
ASTM D638 – Ensaio de tração a temperaturas baixas ou a temperaturas elevadas
A medição padrão realiza a medição das amostras em um estado de condicionamento em conformidade com o método A conforme ASTM D618. Contudo, a ASTM D638 permite condições de condicionamento e de medição divergentes de modo que também ensaios a temperaturas baixas ou a temperaturas elevadas podem ser executados conforme as indicações de referida norma.
Com a câmara de temperatura da , está disponível uma faixa de temperatura de -80 °C a +360 °C. O sistema totalmente integrado permite a operação eficiente, confiável e simples.. Com a solução porta-em-porta o consumo de nitrogênio e o congelamento no caso de ensaios a temperaturas baixas são significativamente reduzidos de modo que os ensaios podem ser realizados com melhor relação custo/benefício.
Opções de automação para ASTM D638
Para ensaios de tração conforme ASTM D638, uma solução automatizada pode ser interessante já a partir de 10 amostras por dia. Nosso sistema de ensaio ALEX realiza tarefas simples de “pick-and-place” e oferece suporte econômico no laboratório de ensaios.
Para laboratórios com alta demanda por ensaios é recomendado nosso sistema robotizado . Nosso carro-chefe para ensaios em plásticos em grandes quantidades tem capacidade para 450 amostras. Ele realiza de forma autônoma a medição da seção transversal das amostras e os ensaios de tração conforme ASTM D638. Após o ensaio, garras de descarte independentes removem os resíduos das amostras dos suportes.
Não obstante, também outros formatos de amostra ou outros métodos de ensaio não são problema algum para nossos sistemas de ensaio automatizados. Os sistemas de ensaio automatizados roboTest N e roboTest R são mais complexos e permitem a conexão de uma segunda ou terceira máquina de ensaio, bem como de equipamentos adicionais, como uma estação de centralização ou uma câmara de temperatura na faixa de -80 °C a +360 °C. Isso não apenas aumenta a produtividade das amostras, mas também oferece a possibilidade de realizar diferentes ensaios em paralelo – para resultados rápidos e confiáveis.
Sobre roboTest Alex Sobre roboTest N Sobre roboTest L Sobre roboTest R Por que automatizar?
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Ensaios ASTM D638 de forma segura e eficiente com o software de ensaios testXpert
O software de ensaios testXpert auxilia os laboratórios a realizar ensaios conforme ASTM D638 de maneira padronizada, rastreável e com influência reduzida do operador:
- Protocolo de ensaio padrão predefinido: Os valores característicos e parâmetros da ASTM D638 já estão inseridos no método de ensaios Standard. Isso facilita a execução em conformidade com a norma e reduz o trabalho de configuração manual dos parâmetros.
- Orientação passo a passo: Os usuários são guiados ao longo do processo de ensaio. Isso proporciona uma integração rápida e reduz o risco de esquecer etapas específicas do ensaio.
- Gerenciamento de usuários: Por meio do gerenciamento de usuários, os usuários visualizam somente as tarefas e funções relevantes para eles. Dessa forma, é possível padronizar conceitos de operação e controlar claramente os direitos de acesso.
- Conexão de dispositivos periféricos: As dimensões das amostras podem ser transferidas diretamente dos instrumentos de medição para o testXpert. Isso economiza tempo e evita erros de digitação.
- Documentação dos parâmetros de ensaio: Velocidades de ensaio, dados de medição, resultados e condições de ensaio são documentados de forma rastreável.
- Comparabilidade entre métodos de ensaio: Os dados de ensaios de tração, flexão, impacto ou fluidez podem ser gerenciados e avaliados centralmente, desde que as aplicações correspondentes sejam utilizadas no laboratório.
- Análises de tendências e monitoramento da qualidade: Avaliações e análises de tendências auxiliam na detecção precoce de desvios na garantia da qualidade e nos ensaios em série.
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Áreas típicas de aplicação da norma ASTM D638
A ASTM D638 é utilizada em todos os casos em que as propriedades de tração em plásticos precisam ser determinadas, comparadas ou documentadas de forma confiável:
- Desenvolvimento de materiais e comparação de compostos: Diferentes polímeros, cargas, aditivos ou formulações podem ser comparados com base no módulo de tração, tensão de escoamento, resistência à tração e alongamento na ruptura.
- Garantia da qualidade na produção em série: Os ensaios ASTM D638 ajudam a monitorar a consistência das propriedades mecânicas e a identificar precocemente desvios entre lotes, matérias-primas ou condições de processamento.
- Controle de entrada de mercadorias: Granulados, produtos semi acabados ou massas moldáveis recebidos podem ser verificados quanto aos seus parâmetros mecânicos.
- Ensaio de amostras retiradas diretamente de componentes: As amostras podem ser retiradas de componentes ou peças moldadas para avaliar as propriedades reais do material no contexto do componente.
- Ensaio de pequenas quantidades de material: Quando há pouca quantidade de material disponível, como no caso de protótipos, peças fabricadas por manufatura aditiva ou análises de danos, amostras menores, como as do Tipo V, podem ser relevantes.
- Testes de envelhecimento e intempéries: A ASTM D638 é adequada para avaliar alterações nas características mecânicas após envelhecimento, armazenamento sob calor ou em contato com meios, bem como após exposição às intempéries.
- Aprovação de materiais e verificação de especificações: Os valores característicos determinados servem de base para aprovações de materiais, acordos de fornecimento e especificações técnicas.
- Testes comparativos globais: Empresas com cadeias de suprimentos internacionais frequentemente precisam de opções de ensaio de acordo com as normas ASTM D638 e ISO 527 para atender a diferentes especificações dos clientes.
Perguntas frequentes quanto à norma ASTM D638
A ASTM D638 é utilizada para determinar as propriedades de tração de plásticos reforçados e não reforçados. A norma é frequentemente aplicada a amostras moldadas por injeção, prensadas, extrudadas e usinadas, feitas de termoplásticos e massas moldáveis curáveis.
Os materiais típicos são:
- Polipropileno (PP)
- Polietileno (PE)
- Policarbonato (PC)
- ABS
- Poliamida (PA / Nylon)
- PBT
- PET
- PVC
- PEEK
- PPS
- Plásticos reforçados com fibras curtas
- Massas moldáveis curáveis
A ASTM D638 é, em geral, aplicável a materiais com espessuras de amostra de aproximadamente 1 mm a 14 mm. Filmes finos e placas com espessura inferior a 1 mm são normalmente ensaiados de acordo com a norma ASTM D882, enquanto compósitos reforçados com fibras contínuas são geralmente ensaiados de acordo com a norma ASTM D3039.
As amostras utilizadas para os ensaios conforme ASTM D638 são classificadas por tipos:
- ASTM D638 Tipo I A amostra preferida é a barra de ombro Tipo I, que com 3,2 mm (1/8 polegadas) em espessura e 50 mm (2 polegadas) em comprimento de medição é ainda relativamente próxima das espessuras de materiais usuais em componentes e simultaneamente permite boa exatidão da medição de deformação.
- ASTM D638 Tipo II Quando com a amostra Tipo I não é possível causar a ruptura na parte estreita paralela da amostra, a ASTM D638 recomenda a amostra Tipo II com uma largura do segmento estreito paralelo bem reduzida.
- ASTM D638 Tipo III Quando amostras de materiais com mais de 7 mm em espessura são obtidas por meio de usinagem mecânica, a amostra Tipo III será utilizada. Aqui tanto a largura do segmento estreito paralelo quanto a largura do ombro e o comprimento geral foram aumentados de modo que a espessura da amostra continua inferior à largura. Com placas com mais de 14 mm em espessura, a espessura é adaptada por meio de usinagem mecânica.
- ASTM D638 Tipo IV A amostra Tipo IV é especialmente adequada para o ensaio com polímeros muito macios (por ex. borracha) e é utilizada quando uma comparação entre polímeros macios e polímeros mais rígidos é intencionada.
- ASTM D638 Tipo V Quando somente pouco material está disponível ou quanto a retirada a partir de um componente não permite uma amostra de tamanho maior, a amostra Tipo V será utilizada com uma redução de todas as dimensões em relação ao Tipo I.
As amostras do tipo V conforme ASTM D638, são destinadas a aplicações nas quais há apenas uma quantidade limitada de material disponível ou quando não é possível retirar amostras maiores do componente a ser avaliado.
- Aplicações típicas incluem:
- Projetos de desenvolvimento de materiais
- Componentes protótipos
- Amostras provenientes de manufatura aditiva
- Pequenas peças moldadas
- Análises de danos
- Amostras usinadas a partir de componentes acabados
Como as amostras do tipo V têm uma seção transversal significativamente menor e um comprimento de medição mais curto do que as amostras padrão do tipo I, deve-se prestar atenção especial ao alinhamento da amostra, à fixação e à medição da deformação, a fim de garantir resultados precisos e repetíveis.
L0Comprimento de medição
L Comprimento de fixação
l1 Comprimento da parte paralela estreita/diâmetro interno
L2Distância entre as partes largas e paralelas
l3 Comprimento total / diâmetro externo
b2 Largura da amostra na região do ombro
b1Largura da amostra na região do comprimento de medição
h Espessura da amostra
| Norma | Tipo de amostra | Observação | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Tipo I | Amostra preferida 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 | preferido quando Tipo 1 não sofre ruptura na seção transversal estreita | ≥183 | 57±0,5 | 19+6,4 | 6±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 135±5 |
| ASTM D638 | Tipo III | para amostras superiores a 7mm em espessura (plásticos rígidos e macios) | ≥246 | 57±0,5 | 29+6,4 | 19±0,5 | 7...14 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Tipo IV | para comparações entre plásticos rígidos e plásticos macios | ≥115 | 33±0,5 | 19+6,4 | 6±0,05 | 3,2±0,4 | 25±0,13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Tipo V | Amostras pequenas extraídas de componentes | ≥63,5 | 9,53 | 9,53+3,1 | 3,18±0,5 | 3,2±0,4 | 7,62 | 25,4±5 |
Um condicionamento adequado das amostras é fundamental para se obter resultados consistentes e comparáveis conforme ASTM D638. Muitos polímeros são sensíveis ao teor de umidade e à temperatura. Diferenças no condicionamento podem influenciar significativamente os seguintes parâmetros:
- Módulo de tração
- Tensão de escoamento
- Resistência à tração
- Deformação de ruptura
Isso é particularmente importante para materiais higroscópicos, como poliamida (PA), PET, PBT e muitos polímeros de base biológica.
A ASTM D638 refere-se às condições padrão de laboratório para o condicionamento e recomenda que as amostras sejam condicionadas antes do ensaio, caso isso seja exigido pela especificação do material. Para comparações válidas entre laboratórios, devem ser sempre utilizados procedimentos de condicionamento idênticos.
Para muitas aplicações de rotina conforme ASTM D638, um extensômetro manual oferece precisão suficiente e continua sendo uma solução amplamente utilizada.
O extensômetro manual é particularmente adequado para:
- Aplicações em controle de qualidade
- Termoplásticos rígidos
- Materiais com alongamento moderado
- Medições padrão de resistência à tração e módulo
No entanto, este extensômetro exige um ajuste manual e, às vezes, pode influenciar o comportamento de amostras muito macias, finas ou altamente extensíveis. Para laboratórios que necessitam de máxima reprodutibilidade, alta performance ou ensaios de materiais exigentes, a medição de alongamento com extensômetros de contato ou ópticos frequentemente oferece vantagens significativas.
A capacidade necessária da máquina de ensaio depende principalmente da seção transversal da amostra e da resistência à tração esperada do material.
Para a maioria das aplicações conforme ASTM D638, aplica-se o seguinte:
- Sistemas de 1 kN a 5 kN são adequados para materiais com menor resistência e pequenas amostras.
- Sistemas de 10 kN são frequentemente utilizados para ensaios de rotina de plásticos.
- Capacidades maiores podem ser necessárias para materiais altamente reforçados ou seções transversais excepcionalmente grandes.
O aspecto mais importante não é apenas a força máxima, mas a escolha de uma máquina de ensaio e célula de carga que ofereçam resolução de medição e precisão suficientes em todo o range de força esperado. Uma célulla de carga adequadamente dimensionada melhora a qualidade da medição, especialmente na determinação do módulo de elasticidade e no ensaio de materiais com menor resistência.
A ASTM D638 e a ISO 527 são as normas mais utilizadas para ensaios de tração em plásticos. Enquanto a ASTM D638 representa uma caracterização pragmática das características de tração, o objetivo da ISO 527 é a alta comparabilidade de resultados de ensaio entre laboratórios e empresas em nível internacional. Embora ambas determinem propriedades mecânicas semelhantes, os métodos de ensaio não são diretamente intercambiáveis.
As principais diferenças são:
- Geometrias das amostras e comprimentos de medição: A ASTM D638 Tipo I é a amostra preferida para plásticos rígidos, na forma de uma barra com ombro, com comprimento total de 165 mm, espessura de 3,2 mm (1/8 de polegada) e comprimento de medição de 50 mm (2 polegadas), uma vez que esta ainda se aproxima relativamente das espessuras comuns dos materiais em componentes e, ao mesmo tempo, permite uma boa precisão na medição do alongamento. A amostra tipo gravata preferida conforme ISO 527-2, é do tipo 1A (moldada por injeção), com comprimento total de 170 mm, espessura de 4 mm e comprimento de medição de 75 ou 50 mm. Enquanto a ASTM descreve cinco tipos de amostras, a ISO restringe os corpos de prova a dois tipos para atender a um alto nível de precisão comparativa.
- Requisitos para a medição de alongamento
- Definições da velocidade de ensaio
- Métodos para a determinação de determinados resultados
A norma ASTM D638 é utilizada predominantemente na América do Norte, enquanto a ISO 527 é mais frequentemente especificada internacionalmente.
Como essas diferenças podem influenciar valores medidos, como módulo, tensão de escoamento, resistência à tração e alongamento, os resultados determinados de acordo com a ASTM D638 não devem ser comparados diretamente com os resultados da ISO 527, a menos que as diferenças metodológicas sejam totalmente compreendidas e documentadas. Para empresas que fornecem produtos em todo o mundo, é comum dispor de recursos de ensaio tanto para a norma ASTM D638 quanto para a ISO 527.
Plásticos reforçados com fibras longas, como o CFRP, são avaliados em ensaios de tração de acordo com a norma ASTM D3039. Estes materiais podem apresentar características muito diferentes, dependendo da direção e da estrutura do laminado ou do tecido. Por isso, frequentemente exigem amostras e métodos de ensaio específicos.
No caso de plásticos frágeis e plásticos sem ponto de escoamento, a medição da deformação na ruptura é feita de forma direta com o auxílio de um extensômetro de medição mecânica ou de medição sem contato. No caso de termoplásticos com ponto de escoamento, a medição da deformação na ruptura nominal é feita a partir do curso de deslocamento da trava de tração da máquina para ensaios de materiais.
A resistência à tração é a máxima tensão de tração alcançável pela amostra durante o ensaio de tração. A resistência à tração pode ser obtida em um ponto de escoamento, nesse caso ela será chamada de “resistência à tração no ponto de escoamento“. Quando a resistência à tração é obtida um pouco antes da falha da amostra, ela é chamada de “resistência à tração na ruptura“.
Para a medição do fator de Poisson a temperatura ambiente a ASTM E132 oferece um método de ensaio adequado. Não obstante, no caso de plásticos não reforçados pode ser utilizado para fins de cálculo na maioria das vezes um valor fixo para o fator de Poisson visto que ele é praticamente constante.
Além das geometrias dos corpos de prova, a ASTM D638 também define a exatidão com que as dimensões dos corpos de prova devem ser medidas.
- A largura de corpos de prova de plástico pode ser determinada com um paquímetro, um micrômetro ou um dispositivo de medição de seção transversal
- A espessura dos corpos de prova de plástico é medida com um micrômetro ou com um dispositivo de medição de seção transversal
- A força de medição varia entre 5 e 15 N, as superfícies de medição são circulares e planas, normalmente com diâmetro de 6,35 mm. Outros elementos de contato são possíveis
- A medição é realizada no centro do corpo de prova e dentro do comprimento de medição. Corpos de prova moldados por injeção são medidos em até 5 mm ao redor do centro do comprimento de medição
- Um erro de medição da espessura de 0,1 mm gera um erro de 2,5%!
As grandezas a serem medidas segundo a ASTM D638 são o percurso da travessa, ou seja, a variação da distância entre as garras, e a deformação direta do corpo de prova medida diretamente. Para a medição do deslocamento da travessa é exigida a acuracidade de ± 10% em relação ao respectivo valor de medição em ASTM D638. O percurso da travessa é utilizado principalmente para determinar a deformação nominal na ruptura, de modo que os deslocamentos a serem medidos geralmente são relativamente grandes.
O módulo de tração é determinado com o auxílio de extensômetros de medição direta. O erro permitido na determinação da deformação é de 0,0002 [mm/mm]. Isto corresponde ao erro de deformação de 0,02%, ou - no caso de comprimento de medição de 50 mm - ao erro de deslocamento permitido de 0,01 mm.
Para a medição de pontos de rendimento e de pequenas deformações de aprox. 20%, a ASTM D638 exige a observância da Classe C conforme a norma de calibragem ASTM E83. Isto significa para deformações de até 10% um valor de erro fixo, máximo permitido na determinação da deformação de 0,001 [mm/mm], o que corresponde a 0,1% de deformação. Para a medição de deformações maiores o erro relativo não deve exceder ± 1% do respectivo valor de medição.
Para a medição de deformações superiores a 20%, a ASTM D638 permite um erro de medição relativo de ± 20%, o qual também pode ser alcançado por extensômetros relativamente simples.
Downloads sobre ASTM D638
- Brochura do setor: Plásticos & Borracha PDF 9 MB
- Informações do produto: CMU 30 e CMU 80 PDF 718 KB
- Informação do produto: zwickiLine de até Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Informações do produto: ProLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informações do produto: AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informações do produto: Garras pneumáticas, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
- Informações do produto: Garras tipo parafuso, Fmax 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Informações do produto: Garras tipo cunha, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
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