Ensayo a tracción de materiales plásticos 

ISO 527-1, ISO 527-2, ASTM D 638

Objetivo del ensayo de tracción ISO 527

En el ensayo de tracción se determinan las principales propiedades mecánicas de materiales de moldeo. Generalmente, los valores característicos se utilizan para fines comparativos.

Dichos valores característicos son:

  • Tensión de tracción: Fuerza referida a la sección inicial de la probeta
  • Deformación: Variación de la longitud de medición referida a Longitud inicial
  • Módulo de tracción: Gradiente de la curva en el diagrama de tensión-deformación
  • Punto de fluencia: Tensión y deformación en el punto de la curva donde el gradiente es cero
  • Punto de rotura: Tensión y deformación en el momento de rotura de la probeta
  • Coeficiente de Poisson: relación negativa de deformación transversal respecto a extensión longitudinal

Tanto la norma ISO 527-1/-2 como la ASTM D 638 especifican métodos para el ensayo de tracción. Ambas normas son técnicamente equivalentes pero no ofrecen resultados completamente comparables, ya que las geometrías de las probetas, velocidades de ensayo y la manera de hallar los resultados difieren entre sí.

En el ensayo de tracción estandarizado se representan los resultados relativos a una velocidad de extracción definida en el cuerpo de la probeta. Sin embargo, en un componente o una estructura en uso las cargas aplicadas pueden situarse en un rango muy amplio de la velocidad de deformación. Debido a las propiedades viscoelásticas de los polímeros, a diferentes velocidades de deformación, generalmente, resultan unas propiedades mecánicas distintas a las medidas en una probeta estandarizada. Por este motivo, los valores característicos determinados en el ensayo de tracción solo son aptos para el diseño de componentes hasta cierto punto, aunque representan una base muy fiable para realizar comparativas de materiales.

Ensayos de envejecimiento: El ensayo de tracción nos proporciona una buena base para representar la variación de los valores característicos mecánicos de un polímero según el envejecimiento, el envejecimiento por calor o medios o la exposición a la intemperie. Para ello, se determinan los valores característicos del ensayo de tracción en un estado reciente a la inyección, así como también según los tiempos de envejecimiento y de exposición a la intemperie.

Requisitos del entorno y sistemas de ensayo en el ensayo de tracción ISO 527

Definición de la geometría y dimensiones de las probetas a ensayar según la norma ISO

Geometrías de probeta para el ensayo de materiales de moldeo

El objetivo primordial del ensayo de materiales de moldeo es alcanzar una elevada reproducibilidad, lo que requiere una limitación del tipo de probetas. Las probetas de fabrican habitualmente por inyección. Para ello, se utiliza la probeta definida en la norma ISO 527-2 del tipo 1A, que está limitada en la ISO 3167 como probeta del tipo A adicionalmente a un grosor establecido de 4 mm. Esta probeta, además, aparece en la ISO 20753 como tipo A1.

La probeta fabricada por inyección presenta una orientación cada vez menor a medida que aumenta la distancia desde el punto de inyección, lo que genera un desarrollo no constante de la curva de propiedades mecánicas a lo largo de la probeta y, a menudo, una rotura de la probeta por el lado opuesto de la inyección. La longitud de medición de la probeta es de preferiblemente 75 mm, alternativamente, de 50 mm. Por otro lado, está permitido el uso de la probeta del tipo 1B, denominado Tipo B en la ISO 3167 y tipo A2 en la ISO 20753. Esta probeta se suele mecanizar por fresado a partir de placas fabricadas por compresión o inyección. Las orientaciones del polímero se suelen diferenciar notablemente de las de la probeta fabricada por inyección. No se garantiza una comparabilidad de resultados determinados con geometrías de probeta distintas. La longitud de medida de la probeta del tipo 1B se ha establecido en 50 mm, por su radio mayor y a su rango paralelo más corto.

Probeta para Ensayos de envejecimiento, envejecimiento por medios o exposición a la intemperie

Una sección reducida supone una ventaja para todos los procesos de envejecimiento que se producen en la superficie de la probeta. A menudo, solo se toma la tensión máxima de tracción para evaluar este comportamiento. De la misma forma, no es necesario el uso de extensómetros y se pueden utilizar probetas finas con entalla. Con este fin, la norma ISO 527 ofrece los tipos CP y CW, que provienen de la norma de impacto-tracción ISO 8256.

Requisitos de acondicionamiento y condiciones ambientales definidos

El cumplimiento de los requisitos de acondicionamiento y de las condiciones ambientales establecidos en relación con la temperatura y la humedad del aire es de especial importancia para la comparabilidad de los resultados del ensayo. Las disposiciones para la duración del acondicionamiento se encuentran generalmente en las normas del material plástico a ensayar. Además, en el marco del ensayo de materiales de moldeo, las probetas deberán almacenarse al menos durante 16 horas en un clima normalizado.  Si los ensayos se llevan a cabo en clima normalizado, se remite a un clima establecido en las normas ISO 291 o ASTM D 1349.  Clima templado: 23 ± 2 °C, 50 ± 10 %r.F. Clima subtropical: 27 ± 2 °C, 65 ± 10 %r.F. Las tolerancias corresponden a la clase 2. En la Clase 1 dichas tolerancias se reducen a la mitad. A temperatura ambiente se indica un rango de temperatura algo más amplio que puede ir de 18 °C a 28 °C. Asimismo, también se pueden realizar ensayos a altas y bajas temperaturas, para los que se pueden establecer requisitos distintos.

Determinación exacta de las dimensiones de las probetas

La determinación de las dimensiones de la probeta puede proporcionar un número de errores en los valores de tensión relativamente alto. Cuando la probeta se somete a una carga de tensión, el error de medición se refleja de forma lineal en el resultado de esfuerzo. En todas las solicitaciones de flexión, el error de medición del espesor de probeta tiene un efecto incluso cuadrático.  Junto a la precisión de lectura del equipo de medición utilizado, el tamaño y la forma del elemento de contacto utilizado, así como la presión superficial ejercida durante la medición también desempeñan un papel fundamental. Además, la sección de la probeta suele variar de la forma rectangular ideal. Puede deberse a errores de ángulo procedentes de la mecanización o bien marcas de hundimiento y ligeros ángulos de desmoldeo en el caso de las probetas fabricadas por inyección. Muchas normas de ensayo remiten a la  ISO 16012 o la ASTM D 5947 para establecer los requisitos y la metodología de la medición de tamaño. En algunos casos, las normas de ensayo contienen disposiciones adicionales. Para dimensiones superiores 10 mm en plásticos duros, por ejemplo, la medición de la longitud total, se suele utilizar un calibre. Debido a la presión superficial incontrolable durante la medición, la precisión de medición es más bien reducida, a pesar de la alta resolución del calibre. El espesor y ancho de la probeta se suele determinar con un micrómetro con trinquete. La superficie de contacto es plana y circular con un diámetro de 6,35 mm. El trinquete tiene la función de limitar la fuerza de medición a un rango entre 5 N y 15 N. En equipos automatizados se determina el espesor y ancho con un medidor de sección. Dichos equipos mantienen la probeta en posición durante la medición y determinan las dimensiones con cuatro palpadores de medición digitales, una fuerza de medición definida y los palpadores correspondientes. En el caso de plásticos blandos, así como de láminas hay que cumplir la fuerza de medición con mayor precisión. Para ello, se emplean medidores digitales con peso muerto.

Requisitos de la máquina de ensayos

Las dos variables de medición fundamentales de una máquina de ensayos son la fuerza y el alargamiento. Como parte de una calibración periódica, en comparación con un instrumento de medición basado en los estándares nacionales se ha probado que dichas variables alcanzan el nivel de precisión establecido en las normas de ensayo en unos rangos definidos. 

Medición de fuerza (ISO 7500-1, ASTM E4)

La mayoría de estándares de ensayo requieren una precisión de 1% del valor medido. En el entorno ISO, este requisito se denomina "Clase 1". En la actualidad, prácticamente todas las máquinas de ensayo modernas alcanzan la clase 1 o incluso la clase 0,5, cuyas tolerancias se reducen a la mitad. Por este motivo, es decisivo el rango de medición, a través del cual una máquina de ensayos alcanza la clase de precisión indicada. Varias máquinas de ensayos ZwickRoell ya alcanzan la clase 1 a partir de 1/1000 de su rango de medición. Eso significa que se pueden medir valores del módulo y tensiones de tracción de muchos materiales con el mismo dispositivo de ensayo sin cambiar accesorios.

Medición de la extensión (ISO 9513, ASTM E83)

Las especificaciones de clase para la medición de la extensión incluyen, además de un error (porcentual) relativo definido, también una especificación para un error absoluto, que se produce durante la medición de variaciones de extensión más pequeñas.

En este caso, ISO y ASTM varían notablemente. Mientras que en la norma ISO las tolerancias se refieren a la medición de la extensión, en la ASTM hace referencia deformación a la tensión. Por otra parte, en la norma ISO los requisitos en deformaciones de menor rango son notoriamente más restrictivos que en las clases correspondientes de ASTM. De este modo, dependiendo de la longitud inicial utilizada, se explican, en parte, las notables diferencias en la definición, especialmente durante la medición de pequeñas extensiones.

Las particularidades durante la medición de un módulo de tracción, tal y como se muestra en la tabla de arriba, los requisitos de precisión del rango de medición del módulo de tracción en la clase 1 ISO se encuentran en ± 3 µm. Esto significa que puede producirse una desviación de hasta 6 µm entre las mediciones en el inicio y fin del rango de medición, lo que provocaría un error de medición de las mismas dimensiones. Para solucionar este problema, se ha añadido un requisito adicional a la ISO 527-1 para la medición del módulo de tracción. que establece que la longitud de medición entre el inicio y el fin de la determinación del módulo deberá medirse con una precisión de 1%.

Vídeo ensayo de tracción ISO 527

1:41

Ensayo de tracción en plásticos según la norma ISO 527 con makroXtens

El makroXtens II es un extensómetro versátil y de uso universal.

MGG Polymers upgrades testing laboratory with pendulum impact tester from ZwickRoell

The company MGG Polymers Austria Kunststoffverarbeitung GmbH, a subsidiary of the Müller-Guttenbrunn Group, produces 50,000 tons of high quality plastic pellets and compounds primarily made of PP, HIPS, ABS and PC/ABS annually for numerous customer applications worldwide. To characterize the behavior of polymers subjected to impact loading the company selected a pendulum impact tester from ZwickRoell.
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