ISO 527-1 | ISO 527-2 Ensaio de tração em plásticos
O ensaio de tração, conforme ISO 527-1 e ISO 527-2, é um dos métodos mais utilizados para determinar as principais propriedades mecânicas de massas moldáveis e de extrusão com espessura superior a 1 mm.
Na prática, porém, são detalhes como a geometria da amostra, a medição da seção transversal, a fixação, a pré-tensão, a velocidade de ensaio e o extensômetro que determinam se os resultados são realmente comparáveis.
A ZwickRoell auxilia os laboratórios a controlar esses fatores de influência de maneira controlada, em conformidade com as normas e de forma rastreável.
Fontes comuns de erros Execução de ensaios e Equipamentos Áreas de aplicação Perguntas frequentesDownloads Solicitar consultoria Ensaios comparativos / Ensaios Round Robin conforme ISO 527-2
O mais importante em resumo
- A ISO 527-1 descreve os princípios do ensaio de tração para determinar as propriedades de tração de plásticos e compósitos plásticos, enquanto a ISO 527-2 aborda as condições de ensaio para massas de moldagem e extrusão.
- São determinados, entre outros, a tensão de tração, o alongamento, o módulo de elasticidade, o ponto de escoamento, o ponto de ruptura e, opcionalmente, o coeficiente de Poisson. Esses parâmetros servem, entre outras coisas, para a comparação de materiais, a garantia da qualidade e a avaliação dos efeitos do envelhecimento ou do contato permanente com meios.
- São particularmente críticos a medição da amostra, o formato da amostra, o alinhamento, a fixação, a pré-carga, a velocidade de ensaio e a medição do alongamento. Mesmo pequenos desvios podem afetar de forma mensurável o módulo, a tensão ou o alongamento.
- O registro do módulo está sujeito a requisitos particularmente rigorosos: O alongamento é determinado na faixa de 0,05% a 0,25%, o que exige que variações de comprimento muito pequenas sejam registradas com precisão. Por esse motivo, a escolha do extensômetro adequado é fundamental.
- Os plásticos apresentam comportamento viscoelástico. Por isso, a velocidade do ensaio influencia os parâmetros mecânicos e deve ser rigorosamente mantida e documentada ao longo do processo de ensaio.
- A ZwickRoell combina máquina de ensaios, garras, extensômetros, medição de seção transversal, software de ensaios testXpert e automação adequados para reduzir a influência do operador e tornar os processos de ensaio reproduzíveis.
A ISO 527-1/-2 na prática: Fontes comuns de erros e sua influência nos resultados dos ensaios
Mesmo que o ensaio de tração seja realizado formalmente conforme ISO 527-1/-2, os resultados podem variar entre laboratórios, locais ou operadores. 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:
- Formato e preparação da amostra: A escolha do tipo de amostra, bem como as diferenças entre amostras moldadas por injeção e usinadas, podem influenciar os resultados dos ensaios. Além disso, efeitos de orientação, tensões internas ou influências da usinagem afetam diretamente a resistência, o módulo e o alongamento.
- Medição da seção transversal: Todos os parâmetros relacionados à tensão são calculados com base na seção transversal inicial. Mesmo pequenos desvios na medição da espessura ou da largura afetam diretamente a resistência à tração, o módulo, a tensão de escoamento e o diagrama tensão-deformação. Em amostras moldadas por injeção, os pontos de entrada da injeção e os ângulos de desmoldagem podem causar erros adicionais nas medições.
- Alinhamento e fixação da amostra: Desalinhamentos na fixação ou uma aplicação irregular de força geram tensões de flexão adicionais e afetam, em especial, a medição do módulo. Mesmo pequenos deslocamentos podem levar a resultados significativamente diferentes entre os laboratórios.
- Pré-tensão durante a fixação: Durante o processo de tensionamento, podem ser aplicadas forças indesejadas na amostra. Essas pré-tensões alteram o ponto de partida do ensaio e podem influenciar os valores do módulo determinados, especialmente no caso de materiais mais rígidos.
- Velocidade de ensaio e taxa de alongamento: Devido ao seu comportamento viscoelástico, os plásticos são sensíveis a variações na velocidade de alongamento. Diferenças na velocidade de ensaio ou na taxa de alongamento efetivamente alcançada podem levar a valores divergentes de módulo, tensões de escoamento e alongamentos de ruptura.
- Seleção das garras: A taxa de alongamento real não é determinada apenas pela velocidade da travessa móvel. Movimentos de dispositivos de fixação com cunha ou sistemas de fixação inadequados podem alterar a transmissão da carga e, consequentemente, prejudicar a comparabilidade dos resultados.
- Seleção do extensômetro: A determinação do módulo, conforme ISO 527-1/-2, é realizada em uma faixa de alongamento muito pequena, entre 0,05% e 0,25%. Uma medição inadequada do alongamento ou um extensômetro com precisão insuficiente pode, portanto, levar a erros significativos no módulo de elasticidade.
- Condicionamento e condições ambientais: A temperatura e a umidade do ar afetam diretamente muitos plásticos. Diferenças no condicionamento, no armazenamento ou nas condições de ensaio podem levar a alterações perceptíveis na rigidez, na resistência e no alongamento.
- Influência do operador no processo de ensaio: As etapas manuais na medição das amostras, na fixação, no posicionamento do extensômetro e na inserção de dados aumentam a dispersão dos resultados. Procedimentos padronizados e processos automatizados aumentam 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 ISO 527-1/-2 com a ZwickRoell
Etapas críticas do ensaio e soluções ZwickRoell:
Medição da amostra Estrutura mecânica e célula de carga Garras Pré-tensão e início do ensaio Velocidade de ensaio Extensômetro Condições de condicionamento e ambientais Opções de automação Software de ensaios
É assim que se realiza o ensaio conforme ISO 527-1/-2
No ensaio de tração conforme ISO 527-1/-2,, 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 original da amostra.
- Em seguida, a amostra é fixada em garras adequadas, alinhada centralmente e submetida à pré-tensão definida pela norma.
- O ensaio começa com a determinação do módulo de tração a uma velocidade de ensaio definida e com medição de alongamento de alta precisão.
- Após a conclusão da medição do módulo, a velocidade de ensaio é aumentada, dependendo do comportamento do material, e a amostra é submetida a carga até o ponto de escoamento ou até a ruptura.
- Durante o ensaio, a máquina de ensaios e o extensômetro registram continuamente a força, o alongamento e o deslocamento da travessa móvel.
- 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, também podem ser considerados o condicionamento, os ensaios em temperatura controlada ou os ensaios de envelhecimento.
- 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: O erro geralmente começa antes do início do ensaio
A medição precisa das dimensões é a base para ensaios de tração confiáveis, conforme ISO 527-1/-2. Todos os parâmetros relacionados à tensão são baseados na seção transversal original da amostra. Portanto, mesmo pequenos desvios na medição da largura ou da espessura afetam diretamente o módulo de elasticidade, a tensão de tração e a tensão de alongamento. Em uma amostra com 4 mm de espessura, por exemplo, um erro de medição de apenas 0,1 mm já resulta em um desvio de cerca de 2,5% em todos os parâmetros relacionados à tensão. Especialmente no caso de amostras injetadas, pontos de entrada ou ranhuras de desmoldagem podem causar incertezas adicionais na medição.
Sistemas de medição automatizados, como o medidor de seção transversal CMU 30 da ZwickRoell, reduzem os erros causados pela intervenção do operador por meio da transmissão direta de dados para o testXpert, agilizam os processos, melhoram a rastreabilidade e garantem valores de entrada consistentes ao longo de todo o processo de ensaio.
Seleção da estrutura mecânica e célula de carga
A escolha da máquina de ensaios não deve basear-se exclusivamente na força máxima de ensaio. O sistema ideal depende do tipo de material, do range de força previsto, da geometria da amostra, do grau de automação desejado e da configuração do extensômetro.
Para ensaios conforme ISO 527-1/-2, a máquina de ensaios e a célula de carga devem medir o range de força relevante com precisão suficiente. A norma exige, via de regra, uma precisão na medição de força de ±1% do valor medido (Classe 1, conforme ISO 7500-1). As máquinas de ensaio universais modulares da ZwickRoell conseguem atingir essa precisão já a partir de 1/1.000 do range de medição. Dessa forma, é possível medir com precisão os módulos de elasticidade e as tensões de tração de diversos materiais utilizando a mesma configuração de ensaio – sem a necessidade de ajustar frequentemente a célula de carga.
Seleção das garras de fixação
Erros na fixação afetam diretamente os resultados dos ensaios. O alinhamento preciso da amostra e a aplicação reproduzível da força são fundamentais para se obter resultados confiáveis conforme ISO 527-1/-2. Mesmo pequenos desalinhamentos da amostra ou do eixo de carga podem causar tensões de flexão adicionais e influenciar a determinação do módulo. O posicionamento da amostra de acordo com as normas e um sistema de fixação adequado garantem uma aplicação de força reproduzível e reduzem a dispersão dos resultados.
Requisitos de ensaio diferentes exigem princípios de fixação diferentes:
- As garras pneumáticas se fecham ao pressionar um botão e permitem uma força de fixação definida e uma transmissão uniforme da velocidade de ensaio à amostra. Ideal para aplicações que exigem altos níveis de reprodutibilidade, bem como para a realização de muitos ensaios por dia ou alimentação automática de amostras.
- As garras tipo parafuso são fechadas manualmente por meio de um movimento de rosqueamento e, portanto, constituem uma solução robusta para muitas aplicações em plásticos que exigem alta reprodutibilidade na fixação.
- As garras tipo cunha são fechadas manualmente por meio de uma alavanca e são adequadas para ensaios frequentes. Como a tensão só é aplicada durante o ensaio, a taxa de alongamento pode variar. Portanto, são particularmente adequadas para aplicações internas de controle de qualidade com baixos requisitos de reprodutibilidade.
- As garras tipo “corpo sobre cunha” estão disponíveis nas versões manual ou pneumática e são particularmente adequadas para plásticos rígidos a de alta resistência. Elas garantem um encaixe seguro da amostra e uma transmissão estável da força. A versão manual é uma solução econômica, robusta e simples para ensaios de rotina. A versão pneumática reduz a influência do operador e é ideal para frequências de ensaios mais altas.
Pré-tensão e início do ensaio: O ponto de partida deve ser reproduzível
Já antes do início do ensaio propriamente dito, podem ser aplicadas forças na amostra durante a fixação. Essas pré-tensões não intencionais influenciam o ponto de partida da medição de alongamento e podem causar desvios, especialmente na determinação do módulo de elasticidade.
Uma pré-tensão definida garante um início reproduzível do ensaio e condições iniciais comparáveis. A função do software “Force Constant Hold” no testXpert compensa automaticamente as forças geradas durante o processo de tensionamento e mantém constante a pré-tensão definida. Isso reduz as tensões residuais na amostra e melhora a comparabilidade dos resultados dos ensaios.
Por que a velocidade no ensaio de tração conforme ISO 527-1/-2 é importante
As propriedades mecânicas dos plásticos dependem fortemente da taxa de alongamento. Mesmo pequenos desvios em relação à taxa de alongamento prevista podem resultar em valores diferentes do módulo e dos parâmetros de tensão. Por isso, a norma ISO 527-2 define, para a determinação do módulo, uma velocidade de ensaio de 1 mm/min para os tipos de amostras A1 e A2. Após a determinação do módulo, a velocidade pode ser aumentada para 5 mm/min ou 50 mm/min, conforme ISO 527-2, a fim de ajustar a duração do ensaio ao comportamento do material.
O que é decisivo, nesse contexto, não é apenas a velocidade ajustada na máquina de ensaios, mas a taxa de alongamento efetivamente alcançada na amostra. Isso é influenciado, entre outros fatores, pelo alinhamento da amostra e pelo sistema de fixação utilizado. Para que a determinação do módulo seja reproduzível, a taxa de alongamento especificada deve ser mantida o mais constante possível.
Com o testXpert, as velocidades de ensaio e as mudanças de velocidade são definidas na especificação de ensaio, controladas automaticamente e documentadas. Isso reduz os erros de operação e garante a execução dos ensaios conforme os parâmetros definidos e as normas vigentes.
Seleção do extensômetro
A medição do módulo conforme ISO 527-1/-2 é realizada em uma faixa de alongamento muito pequena. Com um comprimento de medição de 50 mm, o intervalo entre 0,05% e 0,25% corresponde a uma variação de comprimento de 100 µm. Um desvio de apenas alguns micrômetros pode afetar visivelmente o valor do módulo. O extensômetro é, portanto, frequentemente o componente mais importante em uma configuração de ensaio conforme ISO 527.
- Os extensômetros manuais / extensômetros clip-on oferecem uma solução econômica para comprimentos de medição definidos, como, por exemplo, 50 ou 75 mm, e são adequados para diversos tipos de plásticos rígidos. No entanto, é preciso levar em conta a aplicação manual e um possível impacto sobre materiais macios.
- Extensômetros com braços de medição como o makroXtens se ajustam automaticamente e abrangem um range de alongamento maior. O alongamento é medido em ambos os lados da amostra e calcula-se a média. O sistema também pode ser utilizado em conjunto com uma câmara de temperatura. O multiXtens é adequado para alongamentos particularmente grandes. Os dois braços de medição podem se mover independentemente um do outro, permitindo assim um curso de medição consideravelmente maior.
- Um extensômetro óptico, como o videoXtens, realiza medições de forma óptica e sem contato, atendendo aos rigorosos requisitos da norma ISO 527-1 para a medição do módulo de elasticidade. No caso de amostras adequadas e não transparentes, a estrutura natural da superfície pode ser utilizada para a medição de alongamento, de modo que não são necessárias marcas de medição adicionais. A alta precisão, a adequação para grandes deformações, os procedimentos de ensaio automatizados e o uso em uma câmara de temperatura, bem como o DIC 2D opcional, fazem do videoXtens a solução preferida para muitas aplicações conforme ISO 527.
ISO 527: Ensaio de tração em baixas ou altas temperaturas
As propriedades mecânicas dos plásticos dependem da temperatura. Por isso, os ensaios de tração conforme ISO 527-1/-2 podem ser realizados não apenas no clima ambiente, mas também em temperaturas baixas ou elevadas. Para garantir a comparabilidade dos resultados, é fundamental que as condições ambientais estabelecidas para cada ensaio sejam mantidas de forma reproduzível.
Com a câmara de temperatura da , está disponível um range de temperatura de -80 °C a +360 °C. O sistema totalmente integrado permite a operação eficiente, confiável e simples. Com a solução “porta na porta”, o consumo de nitrogênio e a formação de gelo durante os ensaios em ambiente refrigerado são significativamente reduzidos, permitindo que os ensaios sejam realizados de forma mais econômica.
Automação de ensaios conforme ISO 527-1/-2
Quanto maior o número de amostras, maior é o impacto das etapas manuais repetitivas na eficiência e na segurança do processo. No caso da norma ISO 527-1/-2, isso se refere, por exemplo, à identificação da amostra, à medição dimensional, à colocação, à fixação, ao início do processo, à remoção e à transmissão de dados. Os sistemas de ensaio automatizados podem reduzir esses fatores e padronizar o processo de ensaio.
Para ensaios de tração conforme ISO 527-1/-2, uma solução automatizada pode já ser vantajosa 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 de ensaios é recomendado nosso sistema robotizado roboTest L. 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 da amostra e os ensaios de tração, conforme ISO 527-1/-2. 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 ensaios, 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 capacidade de processamento das amostras, mas também oferece a possibilidade de realizar diferentes ensaios em paralelo – para resultados rápidos e confiáveis.
Sobre sistema de ensaio ALEX Sobre roboTest N Sobre roboTest L Sobre roboTest R Por que automatizar?
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O software de ensaios testXpert auxilia os laboratórios a realizar ensaios conforme ISO 527-1/-2 de forma padronizada, rastreável e com influência reduzida do operador:
- Método de ensaio padrão predefinido: Os valores de referência e parâmetros da norma ISO 527-1/-2 estão registrados no método de ensaio padrão. Isso facilita a implementação em conformidade com as normas e reduz o trabalho envolvido na configuração manual.
- 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 os conceitos de operação e controlar claramente os direitos de acesso.
- Conexão de dispositivos periféricos: As dimensões das amostras podem ser transferidas diretamente dos dispositivos 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 tendência e monitoramento da qualidade: Avaliações e análises de tendência auxiliam na detecção precoce de desvios na garantia da qualidade e nos ensaios de produção em série.
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Áreas de aplicação características do ensaio de tração conforme ISO 527-1/-2
O ensaio de tração conforme ISO 527-1/-2 é utilizado para determinar as principais propriedades mecânicas de massas para moldagem e extrusão em condições definidas.
- Comparação e seleção de materiais: O módulo de tração, a tensão de tração, o ponto de escoamento e o alongamento na ruptura permitem comparar diferentes massas de moldagem, compostos ou formulações.
- Garantia da qualidade e comparação de lotes: Ensaios de tração repetidos em condições de ensaio idênticas permitem comparar as características mecânicas de diferentes amostras ou lotes. Para isso, é fundamental que as condições relativas à geometria da amostra, ao condicionamento, à velocidade de ensaio e à medição da deformação sejam reproduzíveis.
- Controle de entrada de mercadorias: Os ensaios realizados em granulados, produtos semiacabados ou extraídos garantem que os materiais fornecidos atendam às propriedades mecânicas exigidas.
- Análise com quantidade limitada de amostra: Além das amostras preferenciais A1 e A2, a norma atual prevê geometrias de amostra menores. Elas podem ser utilizadas quando não houver material suficiente para uma amostra no tamanho preferencial.
- Análise das amostras extraídas de componentes: É possível utilizar geometrias de amostra menores quando não for possível obter, a partir de uma peça, amostras com as geometrias preferenciais A1 ou A2.
- Ensaios de envelhecimento, disposição em meios e exposição às intempéries: A ISO 527-1/-2 é adequada para analisar as alterações nas propriedades mecânicas de um polímero após processos de envelhecimento definidos. Para isso, comparam-se, por exemplo, os parâmetros no estado inicial com os resultados obtidos após armazenamento térmico ou em meio, ou ainda após exposição às intempéries.
- Ensaios comparativos entre diferentes locais: Como a norma ISO 527-1/-2 visa garantir a comparabilidade entre laboratórios, empresas e países, ela é particularmente adequada para processos de ensaio definidos em nível global.
Perguntas frequentes sobre a ISO 527
A norma ISO 527-1/-2 descreve o ensaio de tração em massas moldáveis e de extrusão de plástico com espessura superior a 1 mm. Entre elas estão, em especial, asmassas de moldagem termoplásticas e curáveis. O ensaio pode ser realizado tanto em amostras injetadas quanto em amostras prensadas ou usinadas.
Para outros tipos de plásticos ou grupos de materiais, aplicam-se outras partes da série de normas ISO 527:
- Filmes e placas de plástico com espessura inferior a 1 mm: ISO 527-3
- Compostos de plástico reforçados com fibras: ISO 527-4 e ISO 527-5
A norma ISO 527-1 estabelece os princípios gerais para o ensaio de tração em materiais plásticos. A geometria da amostra a ser utilizada depende da parte específica da série de normas ISO 527 e do material a ser ensaiado.
Para massas de moldagem e extrusão conforme a ISO 527-2, as amostras preferidas na versão atual da norma estão harmonizadas com as amostras da ISO 20753.
A norma ISO 527-2 define diversos tipos de amostras para o ensaio de tração em massas moldadas e extrudadas. As amostras preferidas são as dos tipos A1 e A2 (denominação anterior: Tipo 1A e 1B). Para casos de aplicação específicos, também estão disponíveis amostras de tamanho reduzido ou alternativas.
- Amostra A1 (anteriormente Tipo 1A): A amostra preferida para plásticos injetados. Ela está em conformidade com a amostra multifuncional prevista na norma ISO 20753 e é utilizada quando se deseja que os resultados sejam, na medida do possível, comparáveis entre laboratórios, locais ou empresas. O comprimento de medição recomendado é de 75 mm; como alternativa, pode ser utilizado 50 mm para aplicações de controle de qualidade.
- Amostra A2 (anteriormente Tipo 1B): É normalmente fabricada a partir de placas prensadas, fundidas ou usinadas. O comprimento de medição é de 50 mm. Como os processos de fabricação e a orientação do material das amostras injetadas podem variar, os resultados das amostras A1 e A2 não são diretamente comparáveis.
- Amostras A22 e A25: Versões em escala reduzida das amostras padrão. Elas são utilizadas quando a quantidade de material disponível é limitada ou quando só há peças pequenas à disposição.
- Amostras 5A e 5B: Pequenas amostras tipo gravata para aplicações com quantidade muito limitada de amostra. Essas geometrias correspondem aos tipos 2 e 4 da norma ISO 37 para elastômeros. Os resultados dessas amostras não são diretamente comparáveis aos das amostras padrão.
- Amostras 1BA e 1BB: Variantes do tipo A2 reduzidas proporcionalmente. Elas são utilizadas quando não é possível fabricar ou coletar amostras padrão. Para o ensaio, as velocidades de ensaio devem ser ajustadas adequadamente.
- Amostras CP e CW: Essas amostras são frequentemente utilizadas em ensaios de envelhecimento, exposição às intempéries ou armazenamento em meios. Em especial, o tipo CW pode ser fabricado a partir da parte central de uma amostra A1 ou A2 e, portanto, é adequado para ensaios comparativos relativos a influências ambientais.
De modo geral, a norma ISO 527-2 recomenda o uso das amostras padrão A1 ou A2, uma vez que estas garantem a máxima comparabilidade dos resultados dos ensaios. Amostras de dimensões reduzidas só devem ser utilizadas quando as geometrias padrão não estiverem disponíveis ou não forem tecnicamente viáveis.
O condicionamento das amostras é fundamental para se obter resultados de ensaio comparáveis e reproduzíveis, conforme ISO 527-1/-2. Os plásticos reagem às variações de temperatura e umidade, o que pode alterar parâmetros como o módulo de elasticidade, a tensão de escoamento, a resistência à tração e o alongamento.
A norma exige, portanto, que as amostras de uma série de ensaios sejam preparadas, condicionadas e ensaiadas em condições idênticas. Só assim é possível garantir que as diferenças nos resultados sejam, de fato, atribuíveis ao material e não a condições ambientais diferentes.
Para que as comparações entre materiais sejam significativas, as condições de condicionamento e de ensaio devem, portanto, ser sempre mantidas de forma uniforme e documentadas.
Para muitas tarefas de ensaio conforme ISO 527-1/-2, um extensômetro manual é uma solução econômica e em conformidade com a norma. Os extensômetros clip-on da ZwickRoell estão disponíveis para comprimentos de medição de 50 mm e 75 mm e são especialmente adequados para ensaios de rotina, bem como para a determinação do módulo de elasticidade e das características de tensão.
O extensômetro manual é particularmente adequado para:
- Aplicações em controle de qualidade
- Termoplásticos rígidos e semirrígidos
- Materiais com deformações moderadas
- Medições padrão do módulo de elasticidade, da tensão de escoamento e da resistência à tração
Em casos de grandes deformações, classes de materiais variáveis ou procedimentos de ensaio automatizados, os extensômetros de braço de contato e os sistemas ópticos oferecem vantagens adicionais. Esses sistemas permitem a medição automática do alongamento em ranges de medição mais amplos e atendem aos rigorosos requisitos da norma ISO 527-1/-2 para a determinação do módulo.
A capacidade necessária da máquina de ensaios depende do material a ser ensaiado, bem como das cargas de ensaio previstas. No entanto, para ensaios de tração conforme ISO 527-1/-2, a força máxima de ensaio não é o único fator determinante. Igualmente importantes são a precisão da medição e o range de força no qual essa precisão é alcançada. A norma ISO 527 exige, para a medição de força, o cumprimento dos requisitos da norma ISO 7500-1, geralmente com uma precisão de ±1% do valor medido (Classe 1).
Para a maioria das aplicações conforme ISO 527-1/-2, aplica-se o seguinte:
- Sistemas de 1 kN a 5 kN são adequados para materiais com menor resistência e pequenas amostras.
- Os 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.
As normas ASTM D638 e ISO 527 estão entre as mais utilizadas mundialmente para ensaios de tração em plásticos. Ambas as normas servem para determinar parâmetros mecânicos, como módulo de elasticidade, tensão de escoamento, resistência à tração e alongamento. No entanto, os resultados dos ensaios não são diretamente comparáveis, pois os métodos de ensaio e a avaliação diferem em vários aspectos.
As principais diferenças são:
- Geometrias das amostras e comprimentos de medição: A norma ASTM D638 utiliza cinco tipos padronizados de amostras, sendo que o Tipo I é a amostra preferida para plásticos rígidos. A norma ISO 527 recomenda, para se obter resultados comparáveis, principalmente os tipos de amostras A1 (injetadas) e A2 (usinadas). Para A1, recomenda-se um comprimento de medição de 75 mm, enquanto para A2 é utilizado um comprimento de medição de 50 mm. Além disso, a ISO define outras amostras de dimensões reduzidas ou específicas para determinadas aplicações.
- Requisitos para a medição de alongamento
- Definição da velocidade de ensaio.
- Determinação do resultado: As normas diferem no cálculo de parâmetros específicos, bem como na avaliação das deformações após o ponto de escoamento. Por isso, os mesmos materiais podem apresentar resultados diferentes de acordo com as normas ASTM D638 e ISO 527.
A norma ASTM D638 é utilizada principalmente na América do Norte, enquanto a ISO 527 é mais frequentemente especificada internacionalmente. Por isso, as empresas que atuam em mercados globais costumam dispor de recursos de ensaio para ambas as normas. Os resultados obtidos conforme ASTM D638 e ISO 527 só devem ser comparados entre si se forem levadas em conta as diferenças metodológicas.
Para filmes plásticos e placas com espessura inferior a 1 mm, utiliza-se a norma ISO 527-3. Esta parte da série de normas ISO 527 leva em consideração os requisitos específicos para folhas finas e materiais em placas e define amostras adequadas para esse fim, bem como condições de ensaio adaptadas.
Como alternativa, especialmente no contexto norte-americano, a norma ASTM D882 é frequentemente utilizada para ensaios de tração em filmes. No entanto, os resultados obtidos de acordo com as normas ASTM D882 e ISO 527-3 não são diretamente comparáveis devido às diferentes condições de ensaio e métodos de avaliação.
Para compósitos com matriz polimérica, a série de normas ISO 527 contém normas específicas. Enquanto a norma ISO 527-2 descreve as condições de ensaio para massas moldáveis e de extrusão, a norma ISO 527-4 regulamenta o ensaio de plásticos reforçados com fibras isotrópicas e ortotrópicas, e a norma ISO 527-5, o ensaio de plásticos reforçados com fibras unidirecionais.
Os materiais reforçados com fibras longas, como o CFRP ou o GFRP, apresentam propriedades mecânicas diferentes, dependendo da orientação das fibras, da estrutura do laminado e do processo de fabricação. Por isso, para esses materiais, são utilizadas geometrias específicas de amostras e condições de ensaio, definidas nas normas correspondentes da família ISO 527.
Na América do Norte, a norma ASTM D3039 também é frequentemente utilizada para ensaios de tração em materiais compósitos. No entanto, os resultados obtidos conforme ASTM D3039 e ISO 527-4/-5 não são diretamente comparáveis devido às diferentes condições de ensaio.
A determinação do módulo de tração é uma das etapas mais complexas do ensaio de tração conforme ISO 527-1/-2. O módulo de tração é determinado na região linear da curva tensão-deformação, entre 0,05% e 0,25% de alongamento. A norma privilegia o cálculo por meio de uma reta de regressão, uma vez que esta fornece resultados estatisticamente mais confiáveis do que a análise com base em dois pontos de medição isolados.
Para a medição do módulo, a norma ISO 527-2 estabelece, para os tipos de amostras preferenciais A1 e A2, uma velocidade de ensaio de 1 mm/min, o que corresponde a uma taxa de alongamento de aproximadamente 1% por minuto.
A precisão da medição do alongamento é particularmente importante. Como a medição, para um comprimento de medição de 75 mm, abrange apenas uma variação de comprimento de cerca de 150 µm e, para um comprimento de medição de 50 mm, de cerca de 100 µm, a norma ISO 527-1/-2 estabelece requisitos adicionais para o extensômetro. Para a determinação do módulo, a variação de comprimento deve ser medida com uma precisão de ±1 % ou de ±1 µm a ±1,5 µm.
A resistência à tração é a tensão máxima de tração que uma amostra atinge durante o ensaio conforme ISO 527. Ela é calculada a partir da força máxima medida em relação à seção transversal original da amostra.
Em muitos termoplásticos, a tensão máxima ocorre no ponto de escoamento. Nesse caso, a resistência à tração corresponde à tensão durante o escoamento. Em outros materiais, a tensão máxima só é atingida pouco antes da ruptura. A resistência à tração é então determinada como a tensão máxima antes da ruptura da amostra.
O índice de Poisson é normalmente determinado por meio de um ensaio de tração conforme ISO 527. Nesse processo, o alongamento longitudinal e a deformação8 transversal da amostra são medidos simultaneamente e comparados entre si. O número de Poisson pode ser determinado além de parâmetros como módulo de elasticidade, resistência à tração e tensão de escoamento.
A largura e a espessura da amostra devem ser determinadas com precisão antes do ensaio, uma vez que todos os parâmetros relacionados à tensão, como módulo de elasticidade, tensão de tração e tensão de escoamento, se baseiam na seção transversal original da amostra.
É necessário dar atenção especial à medição da espessura de amostras injetadas, pois as marcas de afundamento (sink marks) podem causar erros de medição. Um desvio de apenas 0,1 mm, com uma espessura da amostra de 4 mm, já pode causar um erro de cerca de 2,5%. Por isso, a norma ISO 527-1/-2 recomenda a medição da espessura com um micrômetro.
Além disso, a largura da amostra deve ser medida nas posições estabelecidas na norma, a fim de minimizar a influência dos ângulos de desmoldagem e obter valores representativos da seção transversal.
A medição de alongamento é um dos fatores mais críticos no ensaio conforme a norma ISO 527-1/-2. Especialmente para a determinação do módulo de tração, o alongamento na faixa de 0,05% a 0,25% deve ser medido com altíssima precisão.
Como as variações de comprimento medidas nessa faixa são de apenas cerca de 100 a 150 µm, a norma ISO 527-1/-2 complementa os requisitos gerais para extensômetros com especificações adicionais para a determinação do módulo de elasticidade. Uma precisão insuficiente na medição da deformação pode influenciar significativamente o resultado do módulo.
Para o ensaio conforme ISO 527-1/-2, portanto, só são considerados os sistemas de medição de alongamento que atendam à precisão de medição exigida, como, por exemplo, extensômetros manuais, extensômetros de braço de contato ou sistemas de medição ópticos.
Webinar: Ensaio de tração em plásticos conforme ISO 527: Dicas e sugestões para ensaios eficientes
Neste webinar, você conhecerá os principais requisitos da norma ISO 527 para ensaios de tração em plásticos e, por meio de exemplos práticos, receberá recomendações concretas para evitar fontes típicas de erros, bem como para a realização eficiente e em conformidade com a norma desses ensaios.
Downloads relativos à norma ISO 527-1/-2
- 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
- Informações do produto: Garras tipo cunha "corpo sobre cunha", Fmax 10 kN PDF 690 KB
- Informação de produto: digiClip PDF 590 KB
- Informações do produto: Extensômetro Clip-on PDF 525 KB
- Informação de produto: Extensômetro makroXtens PDF 637 KB
- Informação de produto: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
