ASTM D256: Resistência ao impacto Izod em plásticos
O ensaio de impacto Izod conforme ASTM D256 é um dos métodos mais importantes para determinar a resistência ao impacto de plásticos. Na prática, porém, muitos ensaios falham devido à preparação inadequada dos corpos de prova, alinhamento incorreto ou sistemas de ensaio inadequados.
Com pêndulos de impacto em conformidade com as normas, é possível atender de forma confiável aos requisitos da norma ASTM e obter valores característicos reprodutíveis para comparação de materiais, controle de qualidade e desenvolvimento de materiais.
Fontes comuns de erro Execução do ensaio Áreas de aplicação FAQs sobre a ASTM D256 Downloads Consultoria sem compromisso
ASTM D256 Resistência ao impacto Izod com entalhe: O mais importante em resumo
- Na prática, porém, muitos ensaios falham devido à preparação inadequada dos corpos de prova, alinhamento incorreto ou sistemas de ensaio inadequados.
- Técnicas de ensaio de acordo com as normas e condições de ensaios controladas são decisivas para obter valores de medição reproduzíveis.
- Em volumes maiores de ensaios, influências do operador decorrentes do manuseio manual levam a variações adicionais, tempos de ensaios mais longos e maior necessidade de pessoal
- Com pêndulos de impacto adequadas para plásticos, é possível evitar fontes típicas de erro e obter resultados estáveis.
- O ensaio é utilizado, entre outras aplicações, no desenvolvimento de materiais, garantia da qualidade e controle de recebimento de mercadorias.
- O software de ensaio testXpert permite a análise centralizada, integração em sistemas existentes (ERP/LIMS) e a detecção precoce de desvios.
ASTM D256 na prática: Fontes frequentes de erro e impacto nos resultados de ensaio
Na prática, resultados não confiáveis ou não comparáveis em ensaios de impacto Izod com entalhe conforme a ASTM D256 frequentemente surgem devido a desvios no procedimento de ensaio ou das exigências normativas. Mesmo pequenos erros na preparação dos corpos de prova, na configuração do ensaio ou nas condições de ensaio podem influenciar significativamente a resistência ao impacto medida.
Causas típicas e seus impactos são:
- Preparação inadequada ou incorreta dos corpos de prova: Mesmo pequenas imprecisões ao realizar o entalhe (geometria, profundidade, posição), causadas por diferentes ferramentas ou métodos de entalhamento, bem como uma qualidade insuficiente do entalhe (por exemplo, formação de rebarbas ou fissuras), alteram a concentração de tensões no entalhe. Como resultado, a resistência ao impacto com entalhe medida pode diferir significativamente do comportamento real do material.
- Desvios nas dimensões dos corpos de prova e na geometria do entalhe: Dimensões ou geometrias fora dos padrões normativos fazem com que os resultados deixem de ser comparáveis com valores de referência ou com outros ensaios.
- Erros no manuseio dos corpos de prova: Atrasos entre a retirada da amostra Izod da câmara de condicionamento e a realização do ensaio (a ASTM D256 especifica no máximo 5 segundos) podem levar à perda de temperatura e à imprecisão dos resultados de ensaio.
- Alinhamento e fixação imprecisos dos corpos de prova: Se o corpo de prova não estiver posicionado com precisão ou se houver variações nas forças de fixação, o comportamento de ruptura é alterado. Como consequência, ocorre um aumento na dispersão dos resultados de medição.
- Seleção inadequada do martelo pendular: A utilização de um martelo pendular com capacidade inadequada (a energia de impacto não deve exceder 85% da capacidade do sistema) ou fora da faixa ótima de medição pode afetar negativamente a precisão dos resultados de ensaio.
- Perdas de energia não consideradas fora do corpo de prova: O método de medição pressupõe que todas as perdas de energia sejam atribuídas ao corpo de prova. Perdas de energia externas (por exemplo, devido a atrito ou vibrações) distorcem os resultados se não forem minimizadas ou corrigidas.
- Correção insuficiente das perdas por atrito: O atrito do ar e o atrito nos mancais do martelo pendular causam perdas de energia inevitáveis. Se estas não forem calibradas, verificadas regularmente e corretamente atribuídas ao respectivo martelo pendular, surgem erros sistemáticos.
- Massa insuficiente ou instalação instável do equipamento de ensaio: Se o pêndulo de impacto não possuir massa suficiente ou não estiver instalado de forma estável e livre de vibrações (por exemplo, sobre uma bancada de laboratório instável), vibrações e movimentos durante o ensaio podem levar a perdas adicionais de energia e, consequentemente, a resultados incorretos.
Para obter resultados reprodutíveis e comparáveis, é essencial a execução consistente do ensaio em conformidade com a norma, bem como a minimização das influências do operador, desde a preparação dos corpos de prova, passando pela seleção do sistema de ensaio até a garantia de condições estáveis de ensaio.
O ensaio é realizado da seguinte forma:
O martelo pendular consiste em uma haste de pêndulo com corpo de impacto e é fixado em um mancal de baixo atrito. Durante o ensaio, o martelo atinge um corpo de prova entalhado, fixado em apenas um lado, com uma energia definida. Uma parte da energia cinética é absorvida pelo material, de modo que o martelo pendular, após atravessar o corpo de prova, não atinge mais a altura inicial de queda. A energia de impacto absorvida é determinada pela diferença entre a altura de queda e a altura de subida.
O corpo de prova é fixado verticalmente, de modo que o entalhe esteja exatamente na região de maior momento fletor. Uma força de fixação controlada, por exemplo, por sistemas de fixação pneumáticos, contribui significativamente para resultados de ensaio reprodutíveis.
Para a preparação dos entalhes, está disponível a fresadora automática de entalhes ZNO com uma fresa de um único dente em conformidade com a norma. Para quantidades de amostras menores é recomendada a plaina de entalhar manual com movimento de avanço automático.
Saiba mais sobre a preparação de corpos de prova em plástico
Para o ensaio de impacto com entalhe no método Izod conforme a ASTM D256, podem ser utilizados pêndulos de impacto para plásticos da ZwickRoell.
Os pêndulos de impacto Izod permitem, por meio de duas variantes de suportes de impacto, a fixação segura e reprodutível de uma ampla variedade de corpos de prova, tanto com ajuste manual preciso quanto com fixação pneumática rápida, inclusive para materiais sensíveis ao aperto. Dispositivos de centralização e insertos de troca rápida garantem que cada corpo de prova esteja exatamente alinhado e que também materiais condicionados termicamente e sensíveis ao aperto sejam ensaiados de forma confiável e em conformidade com a norma.
O martelo pendular padrão conforme ASTM D256 possui uma energia de trabalho de 2,75 J com uma altura de queda de 610 ± 2 mm. Outros tamanhos de martelo são obtidos por meio da duplicação da capacidade de trabalho, mantendo a mesma altura de queda. Como resultado, obtém-se uma velocidade de impacto de aproximadamente 3,46 m/s. Para ensaios em conformidade com a norma, seleciona-se sempre o martelo pendular mais leve cuja capacidade de trabalho seja suficiente para a medição.
Para obter resultados de medição confiáveis, é necessário minimizar influências externas, como perdas por atrito ou vibrações. Por isso, pêndulos de impacto de alta qualidade são devidamente calibrados e projetados de forma a manter baixas as perdas de energia. Sistemas modernos, como os pêndulos de impacto da ZwickRoell, utilizam, por exemplo, hastes duplas do pêndulo especialmente rígidas e leves, fabricadas em materiais de carbono unidirecional, que possuem massa muito baixa e, ao mesmo tempo, oferecem rigidez otimizada, de modo a reduzir vibrações e aumentar a precisão de medição.
Além desses fatores relacionados ao equipamento, na prática, a influência do operador é o principal fator que impacta a reprodutibilidade e a eficiência dos processos de ensaio. Especialmente em casos de altos volumes de amostras ou de tarefas de ensaio recorrentes, o manuseio manual gera dispersões adicionais, tempos de ensaio mais longos e maior demanda de pessoal. O sistema de ensaio robotizado roboTest H da ZwickRoell realiza automaticamente a alimentação, o condicionamento e o posicionamento dos corpos de prova, garantindo assim condições de ensaio constantes e uma redução significativa da influência do operador.
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Vídeo: Pêndulos de impacto para o ensaio em plásticos
A ZwickRoell oferece, com seus pêndulos de impacto da série HIT para ensaios em plásticos, uma solução que alia alta precisão e excelente custo-benefício. Os pêndulos de impacto estão disponíveis de 5 até 50 joules e permitem não somente a execução em conformidade com a norma de ensaios de resistência ao impacto com entalhe ASTM D256 Izod, mas, sim, também ensaios de Charpy, de Dynstat e ensaios de tração por impacto conforme ASTM, ISO e DIN.
Aplicqações: Áreas de utilização do método de ensaio conforme ASTM D256
Áreas típicas de aplicação do ensaio de impacto Izod com entalhe segundo a norma ASTM International D256 são encontradas em todos os locais onde plásticos rígidos estão sujeitos a cargas de impacto repentinas ou onde sua robustez mecânica precisa ser avaliada de forma confiável. O ensaio fornece valores característicos comparáveis, utilizados no desenvolvimento, na garantia da qualidade e na liberação de materiais.
Áreas típicas de aplicação do método de ensaio são:
- Comparação de materiais no desenvolvimento de materiais: Diferentes materiais poliméricos, compostos ou formulações podem ser comparados quanto à sua resistência ao impacto Izod. Dessa forma, os materiais podem ser selecionados ou otimizados especificamente para aplicações com elevadas solicitações mecânicas.
- Garantia da qualidade na produção: Na produção em série, o ensaio segundo a norma ASTM D256 é utilizado para monitorar a constância das propriedades do material. Desvios em matérias-primas, processamento ou lotes podem ser identificados precocemente.
- Controle de recebimento de materiais plásticos: No ensaio de granulados ou produtos semiacabados, garante-se que os materiais fornecidos atendam às propriedades mecânicas exigidas.
- Ensaio de componentes e corpos de prova extraídos: Os corpos de prova podem ser retirados diretamente de peças acabadas ou de peças moldadas por injeção, a fim de verificar as propriedades reais do material no componente.
- Avaliação dos efeitos de envelhecimento e de influências ambientais: Por meio de ensaios comparativos, podem ser analisadas alterações na resistência ao impacto Izod, por exemplo, após exposição à temperatura, contato com meios/agentes químicos ou incidência de radiação UV.
Integração otimizada do ensaio conforme ASTM D256 por meio do software de ensaios testXpert
Um software de ensaios para tudo: o ensaio de impacto conforme ASTM D256, o ensaio de tração, ensaio de flexão e ensaio de fluidez. E todos os dados podem ser avaliados em conjunto.
- Diversas opções de importação e exportação garantem a integração otimizada do testXpert e do ensaio de impacto conforme ASTM D256 em seus processos. Automaticamente, o software de ensaios faz a leitura de dados de outros respectivos sistemas, por exemplo, de seus sistemas ERP e/ou LIM internos.
- A medição das dimensões das amostras conforme ASTM D256 está integrada: A largura residual, altura e largura da amostra são transmitidas pelo equipamento de medição ao testXpert ao apertar um botão.
- Todos os valores característicos dos ensaios de impacto conforme ASTM D256, ensaio de tração, ensaio de flexão e ensaio de fluidez são armazenados conjuntamente em um banco de dados. Os dados de ensaio podem ser facilmente localizados, avaliados e comparados – incluindo todas as aplicações. O acesso é realizado facilmente através do navegador da web – de onde quiser.
- O Trend Analysis oferece um gráfico de controle de qualidade simples (SPC), o qual permite detectar desvios das especificações de qualidade em um estágio inicial.
FAQs referentes à força de impacto Izod conforme ASTM D256
No ensaio de impacto convencional no método Charpy ou no método Izod, é feita a medição da energia respectivamente do trabalho de impacto transmitido pelo martelo do pêndulo na destruição da amostra. Essa energia pode ser determinada de forma muito simples a partir da diferença entre a altura de liberação do martelo pendular e a altura atingida após o impacto. Nas normas ISO, o trabalho de impacto é indicado relativo à área da seção transversal da amostra e em [kJ/m²], enquanto nas normas ASTM a energia costumeiramente é relacionada à espessura da amostra para indicar a força de impacto por ex. em [ft lbf/in].
O ensaio Izod com entalhe conforme a ASTM D256 fornece propriedades de resistência ao impacto e sensibilidade ao entalhe em altas taxas de deformação, expressas como um valor de energia normalizado pela espessura. Além disso, são utilizados:
- ASTM D4812: um método Izod para a medição da resistência ao impacto em corpos de prova sem entalhe
- ASTM D4508: método Izod para ensaios em corpos de prova de pequenas dimensões (chip impact), que corresponde ao ensaio de impacto por flexão Dynstat conforme a norma DIN 53435.
- ISO 180: Descreve o ensaio de impacto pelo método Izod para a determinação da resistência ao impacto e da resistência ao impacto com entalhe em materiais plásticos. Ele fornece valores característicos da força de impacto com altas taxas de deformação em forma de um valor energético relativo à seção transversal.
Ambos os métodos de ensaio caracterizam a força de impacto de um material feito em plástico. O método de ensaio Izod, no qual o corpo de prova é posicionado na vertical, é comumente utilizado nas normas ASTM. O método Charpy, que utiliza uma configuração de flexão em três pontos, é preferencialmente aplicado nas normas ISO.
Nos dois métodos é feita a medição da resistência ao impacto com entalhe. Para isso, o corpo de prova entalhado é golpeado de forma que o entalhe fique na zona de tração da flexão gerada pelo impacto. No ensaio Izod, essa zona de tração fica no lado de impacto do martelo pendular, enquanto no ensaio Charpy ela fica no lado oposto.
O método Charpy oferece vantagens em ensaios a baixas temperaturas, pois os pontos de apoio do corpo de prova no equipamento de impacto pendular ficam relativamente distantes do local atingido pelo martelo pendular. Dessa forma, na área relevante a temperatura não é influenciada pelos apoios e a alimentação das amostras poderá ser feita facilmente a partir de uma caixa de temperatura regulada.
O ensaio de flexão por impacto com entalhe conforme ASTM D256 é utilizado em todos os plásticos rígidos com o objetivo de caracterizar o comportamento frente a estresses por impacto. A força de flexão repentina é aplicada em uma amostra entalhada fixada de forma unilateral por meio de impacto no lado estreito. O resultado é apresentado como a absorção de energia do corpo de prova em função da espessura.
Esta norma oferece diferentes procedimentos, tamanhos de entalhe e disposições de entalhe para investigar a sensibilidade ao entalhe de um material polimérico
- O método A é utilizado para plásticos cuja resistência ao impacto Izod seja maior ou igual a 27 J/m. Nisso é considerado um raio do entalhe de 0,25 mm. O resultado é calculado diretamente a partir da altura de elevação do martelo do pêndulo após o impacto.
- O método C é utilizado em plásticos frágeis nos, quais a resistência ao impacto Izod com entalhe é inferior a 27 J/m. Ele corresponde ao método A, porém o trabalho de impacto medido é corrigido pelo valor do trabalho centrífugo calculado da amostra.
- O método D é utilizado para a caracterização da sensibilidade ao entalhe de um material polimérico. Para tal é feita a medição da resistência ao impacto com entalhe em amostras com diferentes raios de entalhe e a sensibilidade ao entalhe é calculado com gradiente linear por intermédio do raio do entalhe.
- O método E é utilizado para a estimativa da resistência ao impacto em corpos de prova sem entalhe. Para tal a amostra com entalhe é fixada de forma girada em 180° de modo que o entalhe se encontra no lado oposto à direção do impacto. O resultado pode ser comparado ao ensaio com uma amostra sem entalhe somente de forma limitada.
Os corpos de prova conforme ASTM D256 têm suas dimensões externas fixadas em um comprimento de 2,5 in (63,5 mm) e uma altura de 0,5 in (12,5 mm). A largura de corpos de prova moldados por injeção variam entre 0,118 in (3,0 mm) e 0,5 in (12,5 mm), sendo comum o uso de corpos de prova com 1/8 in (3,2 mm) ou 1/4 in (6,35 mm) de largura.
As indicações exatas se encontram na especificação de material do material a ser testado, ou devem ser conciliadas entre as partes envolvidas. No caso de amostras retiradas de componentes, a espessura da parede do componente normalmente determina a largura. Amostras retiradas de espessuras de parede menores são testadas no ensaio de tração por impacto conforme ASTM D1822.
Visto que o método descreve a medição da resistência ao impacto com entalhe, a amostra deverá ser entalhada.
- No método A, é introduzido no corpo de prova um entalhe por usinagem com um raio de entalhe de 0,25 mm e um ângulo de entalhe de 45°, de modo que seja mantida uma altura residual na base do entalhe de 0,40 in (10,16 mm).
- Caso a sensibilidade ao entalhe seja medida pelo método D, devem ser produzidos corpos de prova com diferentes raios de entalhe. Além do entalhe padrão conforme o método A, também são fabricados corpos de prova com um raio de entalhe de 0,04 in (1,0 mm).
