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Plástico para ensaio de tração

As normas ISO 527-1 (princípios gerais) e ISO 527-2 (condições de ensaio para massas moldadas e massas de extrusão) descrevem o ensaio de tração em plásticos. O pensamento-condutor da ISO 527 é a alta comparabilidade dos resultados de ensaio de diferentes laboratórios, empresas e países.

Outra descrição do ensaio de tração em plásticos se encontra na norma ASTM D 638.

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  • Brochura para o segmento: Plásticos & Borracha PDF 9 MB

Objetivo do ensaio de tração conforme ISO 527

No ensaio de tração são apuradas as principais características mecânicas de um composto para moldagem. Esses valores característicos são normalmente utilizados para fins de comparação.

Os valores característicos são:

  • Tensão de tração: Força relacionada ao corte transversal inicial da amostra
  • Deformação Variação do comprimento de medição relacionada ao comprimento de medição inicial
  • Módulo de tração: Gradiente da curva na curva tensão-deformação
  • Ponto de estiragem : Tensão e deformação no ponto da curva em que o gradiente é zero
  • Ponto de ruptura: Tensão e deformação no momento da ruptura da amostra
  • Fator de Poisson: razão negativa entre alongamento transversal e alongamento longitudinal

Tanto a ISO 527-1/-2 quanto a ASTM D 638 determinam métodos de ensaio para o ensaio de tração. Ambas as normas são tecnicamente equivalentes, mas não fornecem resultados totalmente comparáveis, uma vez que as formas de amostras, velocidades de teste e o tipo de determinação de resultados diferem em alguns aspectos.

No ensaio de tração padronizado os resultados de ensaio são apresentados em relação a uma velocidade de retirada definida na amostra. Contudo, na utilização de um componente ou de uma estrutura na prática os estresses que surgem podem estar em uma faixa muito ampla da velocidade de deformação. Em decorrência da característica elástico-viscosa dos polímeros, as variações das velocidades de deformação resultam normalmente em propriedades mecânicas diferentes das medidas em uma amostra padronizada. Por esse motivo, os valores característicos apurados no ensaio de tração são adequados para o projeto do componente apenas de forma limitada, mas fornecem uma base muito confiável para a comparação de materiais.

Ensaios de envelhecimento:

O ensaio de tração fornece uma boa base para apresentar a variação dos valores mecânicos característicos de um polímero conforme envelhecimento, armazenamento térmico ou de mídia ou conforme exposição às intempéries. Para tal, os valores característicos do ensaio de tração são apurados no estado recém-pintado assim como após períodos definidos de envelhecimento ou exposição às intempéries.

Requisitos quanto ao ambiente e aos equipamentos de ensaio no ensaio de tração ISO 527

Definição das amostras a serem utilizadas com forma e dimensão conforme ISO

Formas de amostra para o ensaio de composto para moldagem

A alta precisão comparativa é a meta destacada no ensaio de compostos para moldagem. Isso requer uma limitação dos tipos de amostras.

  • A fabricação das amostras é normalmente feita por meio de moldagem por injeção. Para tal é utilizada a amostra definida na ISO 527-2 do tipo 1A, a qual na ISO 3167 é restrita como amostra do tipo A adicionalmente à espessura definida de 4 mm. Ademais, esta amostra é mantida na ISO 20753 como amostra A1.
  • A amostra feita por meio de moldagem por injeção apresenta orientação que diminui com o aumento da distância do ponto de injeção; esta orientação causa um percurso não constante das propriedades mecânicas ao longo do comprimento da amostra e, portanto, leva frequentemente à ruptura da amostra no lado distante do ponto de injeção.
  • O comprimento de medição da amostra preferencialmente é de 75 mm, de forma alternativa de 50 mm.
  • De forma alternativa é permitida a utilização da amostra do tipo 1B designada na ISO 3167 com tipo B e na ISO 20753 com tipo A2.
  • Esta amostra é normalmente obtida por meio de fresagem de placas prensadas ou moldadas por injeção. Portanto, normalmente as orientações do polímero se distinguem de forma clara das na amostra moldada por injeção. A comparabilidade dos resultados apurados por meio de diferentes formas de amostras não é assegurada.
  • O comprimento de medição é fixado na amostra do tipo 1B em 50 mm em decorrência do raio maior e, portanto, da área paralela menor.

Amostra - ensaios de envelhecimento, armazenagem de mídia, ensaio de exposição às intempéries

  • Em todos os processos de envelhecimento os quais ocorrem a partir da superfície da amostra um corte transversal pequeno é vantajoso.
  • Frequentemente apenas a tensão de tração máxima é considerada na avaliação de referido comportamento. Portanto, a utilização de extensômetros não é necessária e amostras finas cintadas podem ser utilizadas.
  • Para tal, a ISO 527 oferece os tipos CP e CW emprestados da norma de tração por impacto ISO 8256.

Condições definidas de condicionamento e ambientais

  • A observância das condições definidas de condicionamento e ambientais quanto à temperatura e umidade do ar é de suma importância para a comparabilidade dos resultados de ensaio.
  • As definições para o tempo de condicionamento se encontram normalmente nas normas do material do plástico a ser testado. Ademais, as amostras devem ser armazenadas no âmbito do ensaio de composto para moldagem por no mínimo 16 horas nas condições climáticas previstas pela norma.
  • Quando os ensaios são executados nas condições climáticas da norma, isso significa uma determinada condição climática prevista pela norma conforme definida na ISO 291 e/ou na ASTM D 1349.
    Clima moderado: 23 ± 2 °C, 50 ± 10 %r.F.
    Clima subtropical: 27 ± 2 °C, 65 ± 10 %r.F.
  • Os valores de tolerância correspondem à classe 2. Na classe 1, as tolerâncias são a metade.
  • Temperatura ambiente se refere normalmente a uma faixa de temperatura um pouco mais ampla a qual pode ficar entre 18 °C e 28 °C.
  • Além disso são possíveis ensaios a temperaturas elevadas ou temperaturas baixas para os quais outros requisitos poderão ser definidos.

Determinação exata das dimensões da amostra

  • A determinação das dimensões da amostra pode fornecer uma contribuição de erro relativamente alta em relação aos valores de tensão a serem apurados. No caso de estresses por tração o erro de medição entra linearmente no resultado de tensão. No caso de todos os estresses por flexão o erro de medição da espessura da amostra inclusive atua quadraticamente.
  • Além da precisão de leitura do equipamento de medição utilizado o tamanho e a forma do elemento de contato utilizado assim como a pressão superficial aplicada na medição possuem papel importante.
  • Ademais, a seção transversal da amostra diverge frequentemente da forma retangular ideal. Pode-se tratar de erros angulares decorrentes da usinagem mecânica ou pontos de depressão e leves declives de desmoldagem nas amostras moldadas por injeção.
  • Muitas normas de ensaio remetem à ISO 16012 e/ou à ASTM D 5947 para determinar os requisitos e a metodologia da medição dimensional. Parcialmente as respectivas normas de ensaio incluem determinações adicionais.
  • Para dimensões superiores a 10 mm no caso de plásticos sólidos, por ex. a medição do comprimento total, é normalmente utilizado um paquímetro. Em decorrência da pressão superficial não controlável durante o processo de medição, a acuracidade de medição é relativamente baixa, mesmo com um paquímetro de alta resolução.
  • A espessura e a largura das amostras são normalmente determinadas com o auxílio de um parafuso micrométrico com catraca. A superfície de contato é plana e circular com 6,35 mm em diâmetro. A catraca limita a força de medição a uma faixa entre 5 N e 15 N.
  • No caso de instalações automatizadas, a espessura e a largura são determinadas com o auxílio de um dispositivo de medição da seção transversal. Estes equipamentos seguram a amostra durante a medição na posição desejada e determinam as dimensões por meio de quatro transdutores de medição digitais, uma força de medição definida e pés sensores adequados.
  • No caso de plásticos flexíveis assim como no caso de folhas a observância mais precisa da força de medição é necessária. Para esse fim são utilizados instrumentos digitais de medição de espessura com suporte do peso próprio.

Requisitos para máquina de ensaios de materiais

As duas grandezas de medição principais de uma máquina para ensaios de materiais são a variação da força e a variação da extensão. No âmbito de uma calibração periódica em relação a um equipamento de medição rastreável a um normal nacional é comprovado que essas grandezas de medição alcançam para faixas definidas uma precisão definida nas normas de ensaio.

Medição de força (ISO 7500-1, ASTM E4)

A maioria das normas de ensaio requerem uma acuracidade de medição de 1% em relação ao respectivo valor de medição. Esse requisito é chamado no ambiente ISO de “Classe 1“. Quase todas as máquinas modernas para ensaios de materiais alcançam hoje a Classe 1 ou inclusive a Classe 0,5, cujas tolerâncias são a metade. Portanto, é decisiva a faixa de medição na qual uma máquina para ensaios de materiais alcança a acuracidade de classe indicada. Diferentes máquinas para ensaios de materiais tipo ZwickRoell alcançam a Classe 1 já a partir de 1/1000 de sua faixa de medição. Dessa forma pode ser feita a medição de valores de módulo e de tensões de tração de muitos materiais com o mesmo arranjo de ensaio sem retrofit.

Medição de variação da extensão (ISO 9513, ASTM E83)

As indicações de classe para a medição de variação da extensão incluem além de um erro (porcentual) relativo definido adicionalmente uma indicação para um erro absoluto o qual é relevante na medição de pequenas variações de extensão.
Aqui a ISO e a ASTM apresentam diferenças claras.

  • Enquanto na ISO as tolerâncias se referem à variação da extensão, a ASTM se refere diretamente à deformação.
  • Ademais, na ISO os requisitos na área de pequenas deformações são claramente definidos de forma mais estreita do que nas classes correspondentes da ASTM.
  • Portanto, dependendo do comprimento de medição utilizado obtêm-se parcialmente diferenças muito expressivas conforme definição, especialmente na medição de pequenas variações de extensão.

Peculiaridades na medição de um módulo de tração

  • Como demonstra a tabela acima, os requisitos quanto à acuracidade se situam para a faixa de deformação do módulo de tração na Classe 1 da ISO em ± 3 µm. Isso significa que entre as medições no início e no término da faixa de módulo pode existir um desvio de até 6 µm. Isso levaria a um erro de medição de dimensão correspondente.
  • Para resolver esse problema foi introduzido na ISO 527-1 um requisito adicional para a medição do módulo de tração. O requisito adicional determina que a medição do segmento de medição entre o início e o término da determinação do módulo dever ser feita com acuracidade de 1%.

Ensaio de tração conforme ISO 527-1 com câmara de regulação da temperatura de -80°C até +250°C

Ensaio de plásticos a -80 °C até +250 °C na câmara de regulação da temperatura

Ensaio de material e de componentes sob temperatura (especialmente ISO 527-1) em plásticos, borrachas, elastômeros e materiais compostos com extensômetro makroXtens.

testXpert III - ensaio de tração em plásticos conforme ISO 527-1

Osoftware de ensaios testXpert III é a solução perfeita para qualquer requisito de ensaio. O software é o resultado de cooperação estreita com usuários de software do segmento de ensaio de materiais e inclui muitas funções as quais oferecem suporte perfeito em suas atividades diárias. Tanto a ISO 527-1/-2 quanto a ASTM D638 definem métodos de ensaio para o ensaio de tração. Ambas as normas são tecnicamente equivalentes, mas não fornecem resultados totalmente comparáveis, uma vez que as formas de amostras, velocidades de teste e o tipo de determinação de resultados diferem em alguns aspectos. Com o testXpert III a ZwickRoell oferece uma norma de ensaio padrão preparada a qual atende aos requisitos da ISO 527-1 e da ASTM D638, sem falta. Todos os ajustes para a execução do ensaio conforme ISO 527 já estão pré-definidos. Muitos outros detalhes também se encontram em testXpert.

Ensaio de tração em comparação com outros métodos de ensaio

Ensaio de tração em comparação com outros métodos de ensaio

Ensaio de flexão (ISO 178, ASTM D 790)
Creep / ensaio de fluência sob estresse de tração (ISO 899-1)
Ensaio de tração por impacto (ISO 8256, ASTM D 1822)
Ensaio rápido de ruptura por tração (ISO 18872)
Ensaio de flexão (ISO 178, ASTM D 790)

Ensaio de flexão (ISO 178, ASTM D 790)

  • O ensaio de flexão é executado a velocidades de estresse similares às do ensaio de tração e, portanto, fornece características similares dos materiais.
  • Uma grande vantagem do ensaio de flexão é a medição relativamente simples e pequenas deformações das amostras. Por esse motivo o ensaio de flexão foi utilizado por muito tempo preferencialmente para a medição do módulo.
  • Contudo, com a disponibilidade de extensômetros de alta precisão e de simples manuseio esta vantagem perde cada vez mais em importância.
  • Em decorrência do método, o ensaio de flexão caracteriza de forma mais destacada o estado do material na superfície da amostra. Em caso de presença de fortes orientações no material surgem diferenças dos valores de medição na comparação com o ensaio de tração.
  • Os métodos de cálculo utilizados nas normas estão sujeitos a um erro de medição crescente com o aumento da flexão da amostra. Por esse motivo, o ensaio de flexão, diferentemente do ensaio de tração, somente pode ser utilizado para pequenas deformações das amostras.
Maiores informações sobre ensaio de flexão ISO 178
Creep / ensaio de fluência sob estresse de tração (ISO 899-1)

Creep / ensaio de fluência sob estresse de tração (ISO 899-1)

O ensaio de fluência representa um estresse por tração sob carga constante. A velocidade de estresse, portanto, é quase zero. A variação da deformação é representada como curva de fluência.

Maiores informações sobre ensaio de fluência ISO 899-1
Ensaio de tração por impacto (ISO 8256, ASTM D 1822)

Ensaio de tração por impacto (ISO 8256, ASTM D 1822)

  • Esse ensaio oferece um método simples para determinação de uma característica de tração a alta velocidade de estresse com pêndulo de impacto.
  • Contudo, no pêndulo de impacto convencional podem ser determinados somente valores energéticos, as velocidades de retirada são normalmente limitadas a aproximadamente 3,8 m/s. Um pêndulo de impacto instrumentado permite a determinação de outros valores característicos, como por ex. a força de tração máxima.
Outras informações sobre ensaio de impacto
Ensaio rápido de ruptura por tração (ISO 18872)

Ensaio rápido de ruptura por tração (ISO 18872)

O ensaio rápido de ruptura por tração pode ser executado com o auxílio de drop weights ou com máquinas hidráulicas de ruptura rápida por tração . Nisso são alcançadas velocidades de saída de até 20 m/s. Continua sendo possível a utilização da medição direta da variação da extensão na amostra, o que permite produzir diagramas tensão-deformação expressivos. O ensaio rápido de ruptura por tração fornece parâmetros importantes para a simulação de colisão.

Ensaio de rasgamento rápido

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