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ISO 178 | Ensaio de flexão de 3 pontos em plásticos

O ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178 é utilizado para determinação das características de flexão de polímeros termofixos e termoplásticos. Os resultados essenciais deste ensaio são o módulo de flexão calculado a partir da rampa inicial no diagrama tensão-deformação, a resistência à flexão e a deformação por flexão na falha da amostra. Para plásticos deformáveis, a tensão de flexão é normalmente determinada com uma deflexão definida.

A configuração de ensaio no ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178 é constituído por dois apoios paralelos e um cutelo centralizado, entre os quais uma amostra padrão é deformada no range de pequenos ângulos de flexão. Por meio da medição adequada das forças de flexão e da deflexão são determinadas a tensão e a deformação das fibras marginais da amostra, de onde os respectivos resultados de ensaio são calculados como valores característicos únicos.

Outro método padronizado para caracterização das características de flexão de plásticos está descrito na norma ASTM D790.

Objetivo & Valores característicos Execução do ensaio Formas da amostra & Dimensões Requisitos do ensaio Equipamentos de ensaio Opções de automação Solicitar Consultoria Downloads

Objetivo e valores característicos do ensaio de flexão de 3 pontos ISO 178

Os ensaios de flexão de 3 pontos descritos na ISO 178 e na representam métodos de caracterização clássicos para plásticos rígidos e semi-rígidos. As características de flexão determinadas são de grande importância para os construtores, engenheiros e fabricantes, para assegurar que o plástico utilizado atenda aos requisitos da aplicação proposta.

Resultados de ensaio típicos são:

  • Módulo de flexão e resistência à flexão: O módulo de flexão é uma medida para a rigidez do material e indica sua capacidade de resistência a cargas. A resistência à flexão fornece dados sobre a carga máxima suportada pelo material em flexão antes de sua ruptura.
  • Tensão a 3,5 % de deformação
  • tensões e deformações no ponto de esticamento e na ruptura da amostra

Execução do ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178

  • Durante o ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178 uma amostra de plástico em forma de viga ou placa é posicionada entre dois apoios.
  • Na sequência, uma força vertical é aplicada sobre o lado superior da amostra no centro entre os apoios.
  • A força e a deformação da amostra serão medidas para determinar o módulo de flexão e a resistência à flexão. A medição da deformação por flexão é realizada com o extensômetro makroXtens.

Forma da amostra & dimensões conforme ISO 178

Conforme ISO 178 as amostras para a caracterização do composto pelo ensaio de flexão de 3 pontos são retiradas da parte central da amostra de múltiplo uso conforme ISO 20753. Dessa forma, o polímero é ensaiado na mesma condição de processamento como no ensaio de tração.

L comprimento livre de fixação
l1comprimento da parte paralela estreita/diâmetro interno
l3 comprimento total / diâmetro externo
b2 largura da amostra na região do ombro
b1 largura da amostra na região do comprimento de medição
h espessura da amostra

Formas da amostra e dimensões para ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178
Norma Tipo Observação l3
mm
l1
mm
b2
mm
b1
mm
h
mm
L
mm
Forma
ISO 20753 A1 Amostra de múltiplo uso
por meio de moldagem por injeção
≥150 80±2 20±0,2 10±0,2 4,0±0,2 115±1 Amostra tipo gravata
ISO 178 - parte central da
amostra de múltiplo uso
- ≥80 - 10±0,2 4 (de preferência) - Amostra tipo barra

 

Requisitos especiais na preparação e execução do ensaio de flexão de 3 pontos

  • O cálculo das tensões e deformações de flexão é feito normalmente assumindo-se pequenas deflexões e negligenciando-se o eventual atrito nos apoios. Por esse motivo, o método é limitado pelas normas à deformação de flexão de 3,5 %, o que corresponde à deflexão de 6 mm na amostra ISO com a altura de 4 mm. O erro de cálculo das normas a ser assumido fica no range inferior a 1 % do valor de medição.
  • A medição das dimensões das amostras requer no ensaio de flexão cuidado especial. Visto que a espessura da amostra é considerada quadraticamente no cálculo da tensão de flexão, também o erro de medição segue uma função quadrática. O erro de medição de apenas 0,1 mm na altura nominal da amostra de 4,0 mm já gera um erro na tensão de flexão de aproximadamente 5 %.
  • A medição da deflexão ocorre dependendo do respectivo objetivo do laboratório de ensaio. Dependendo do objetivo e, portanto, da complexidade do ensaio, a norma ISO 178 estabelece diferentes tipos de medição de deflexão:

 

Tipos de ensaios (I-IV), em ordem crescente conforme complexidade e requisito de precisão
Tipo de ensaio I II III IV
Objetivo exigido
do ensaio
somente tensão / resistência Tensão / resistência / deformações superiores a 1% Tensão / resistência / deformações / valor de módulo repetível e preciso Tensão / resistência / deformações / valor de módulo correto e preciso e, portanto, exato
Tipo de medição de
deflexão
não há necessidade de medição via curso da travessa via curso da travessa com correção da rigidez medição direta por meio de dispositivo de medição da deflexão

 

  • No caso mais simples (Tipo I) somente precisa ser determinada a força ou a tensão máximas de modo que não há necessidade de medição da deflexão.
  • Quando determinadas somente deflexões que provocam uma deformação de fibras marginais superior a 1% (Tipo II), por ex., o limite de flexão de 3,5%, a medição simples por meio do transdutor de deslocamento da travessa da máquina de ensaios é suficiente.
  • O Tipo III definido na norma descreve o caso de uma garantia de qualidade ou de uma tarefa P&D com medição do módulo de flexão somente para fins de comparação interna ou de monitoramento da tolerância, ou seja, não importa tanto a correção, mas sim a boa repetibilidade da medição. Nesse caso, é possível trabalhar com o transdutor de deslocamento da travessa da máquina de ensaios e correção da rigidez para fins de simplificação da configuração de ensaio.
  • Quando resultados de ensaio precisos e corretos conforme Tipo IV devem ser obtidos, os quais também permitem a comparação com outros laboratórios de ensaio, será obrigatoriamente necessária a utilização de uma medição direta da deflexão na classe de exatidão 1 conforme ISO 9513.

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Ensaios simples e seguros conforme ISO 178 com o testXpert

O software de ensaios testXpert permite a rápida familiarização dos operadores e eles podem iniciar os ensaios imediatamente. Será possível visualizar somente as tarefas relevantes e serão guiados passo a passo durante todo o ensaio conforme ISO 178.

  • Todos os valores característicos e ajustes conforme a ISO 178 estão garantidamente incluídos conforme a norma no método de ensaios Standard. O software de ensaios guia passo a passo durante todo o ensaio.
  • Os usuários visualizam somente os passos a serem executados. Os passos são definidos no gerenciamento de usuários.
  • As dimensões de amostras conforme ISO 178 são transmitidas diretamente ao software de ensaios por meio da conexão do micrômetro externo e do paquímetro digital, o que permite economia de tempo e transmissão sem erro.
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  • O Trend Analysisdetecta desvios de longo prazo com uma simples avaliação de longo prazo.

Dispositivo de flexão de 3 pontos para ISO 178

Uma característica importante dos dispositivos de flexão profissionais é, além de sua precisão dimensional, o seu alinhamento preciso. Os apoios devem ser alinhados entre eles, assim como em frente ao cutelo de flexão, com alta precisão. Erros angulares causam no diagrama tensão-deformação algo chamado “pé de curva“, que pode comprometer significativamente a determinação do módulo. Apoios ajustáveis e gabaritos bem projetados facilitam essa tarefa de forma significativa. Batentes de centralização nos apoios facilitam o posicionamento preciso das amostras.

Vantagens e características do dispositivo de flexão de 3 pontos da ZwickRoell

Ensaio de flexão de 3 pontos com gabarito de distância conforme ISO 178:

  • Com o dispositivo de flexão da ZwickRoell podem ser executados ensaios com forças máximas de até 20 kN. Desta forma, a deflexão máxima é de 36 mm.
  • Com o auxílio do gabarito para ajuste da distância entre apoios e dos batentes de centralização é possível realizar o ajuste do dispositivo de flexão para ensaios conforme ISO 178 e também conforme ASTM D790.
  • Conforme a ISO 178 para o ensaio de flexão de 3 pontos, a distância entre apoios é de 64 mm com raio dos apoios e cutelo de 5 mm e com apoios de 40 mm em largura.
  • Os apoios podem ser centralizados quanto à distância entre eles e quanto à distância do cutelo de flexão, e podem ser alinhados no eixo de apoio com alta exatidão.
  • Os batentes de centralização do dispositivo de flexão podem ser confortavelmente ajustados e posicionados com o auxílio do gabarito de distância para as larguras de amostra de 10 mm (ISO 178) e de 12,7 mm (ASTM D790), respectivamente.

ISO 178 - Soluções ZwickRoell para medição da deflexão

Os resultados do ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178 demonstram especialmente o comportamento do material próximo à superfície da amostra. Em comparação aos ensaios de tração, as deflexões medidas são cerca de quatro vezes maiores que as mudanças de comprimento registradas no ensaio de tração.

  • Quanto aos requisitos da medição da deflexão conforme o ensaio Tipo III, as máquinas de ensaios ZwickRoell podem compensar a deformação da estrutura mecânica, da célula de carga e da ferramenta de flexão com o auxílio do software de ensaios testXpert. Isto permite medições suficientemente precisas por meio do transdutor de deslocamento da travessa da máquina de ensaios. Desta forma simplifica-se a operação da máquina de ensaio, especialmente quando utilizada para o controle de qualidade.
  • Quando uma alta precisão de comparação é exigida como no ensaio Tipo IV conforme ISO 178, é recomendada a utilização de um extensômetro que permita a deflexão livre de carga abaixo da amostra. A ZwickRoell oferece os braços de medição adequados para o ensaio de flexão, os quais são facilmente inseridos no extensômetro automático makroXtens ou multiXtens no lugar dos braços de tração.

Estrutura mecânica para ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178

Para e execução do ensaio de flexão de 3 pontos conforme ISO 178 podem ser utilizadas nossas máquinas de ensaios universais zwickiLine, ProLine e AllroundLine.

Ensaio de flexão de 3 pontos automatizado conforme ISO 178

Grandes volumes de amostras acabam especialmente ocupando toda a equipe. Um sistema de ensaios para o ensaio automatizado de plásticos libera pessoal qualificado da execução de trabalhos de rotina. Consequentemente, os colaboradores estarão disponíveis para tarefas mais complexas como, por ex., a interpretação dos dados obtidos, análises, avaliação de novos materiais ou atividades de pesquisa.

Especialmente para a execução automatizada de ensaios de flexão de 3 pontos conforme ISO 178, podem ser utilizados nossos sistemas de ensaio automatizados roboTest N, roboTest L e roboTest R.

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