La guía definitiva para las pruebas de tracción ASTM D412 de elastómeros

Cómo realizar una prueba de resistencia a la tracción en elastómeros según ASTM D412 

Escrito por Kayla Thackeray

La norma ASTM D412 es la más común para determinar las propiedades de tracción del caucho vulcanizado (termoestable) y de los elastómeros termoplásticos. Los compuestos de esta familia se utilizan para crear una amplia gama de bienes de consumo, como neumáticos, balones de fútbol y gomas elásticas. Esta familia también produce materiales altamente especializados, como las juntas tóricas de los transbordadores espaciales, que deben funcionar de forma fiable en condiciones ambientales extremas.

 

Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos de un ensayo de tracción ASTM D412, y le proporcionará una visión general del equipo de ensayo de materiales, el software y las muestras necesarias. Sin embargo, cualquier persona que tenga previsto realizar pruebas no debe considerar esta guía como un sustituto adecuado de la lectura de la norma completa.


¿Qué mide?

ASTM D412 mide el elasticidad de un material mientras está bajo tensión de tracción, así como su comportamiento después de las pruebas cuando el material ya no está siendo sometido a estrés. La norma ASTM D412 se lleva a cabo en una máquina de ensayo universal (también llamada máquina de ensayo de tracción) a una velocidad de 500 ± 50 mm/min hasta que la probeta falle. Aunque la norma ASTM D412 mide muchas propiedades de tracción diferentes, las siguientes son las más comunes:

  • Resistencia a la tracción: es el esfuerzo máximo de tracción aplicado al estirar una probeta hasta su rotura.
  • Esfuerzo de tracción a un alargamiento determinado: es el esfuerzo necesario para estirar la sección transversal uniforme de una probeta hasta un alargamiento determinado.
  • Alargamiento último: es el alargamiento en el que se produce la rotura en la aplicación de un esfuerzo de tracción continuado.
  • Juego de tracción: la extensión que queda después de estirar una probeta y dejar que se retraiga de una manera determinada, expresada en porcentaje de la longitud original.

Pruebas ASTM D412 en sistemas de prueba universales Instron

Tenga en cuenta que la norma ASTM D412 no se aplica a los ensayos de elastómeros duros y de baja elongación, como la ebonita. Aquellos que necesiten probar la ebonita y los plásticos duros deben consultar la norma  ASTM D638.

 Informe de prueba ASTM D412

Sistema de prueba de tracción

La mayoría de las pruebas ASTM D412 se realizan en una máquina de prueba universal de mesa con una variedad de accesorios que se pueden configurar para realizar correctamente una prueba de resistencia a la tensión ASTM D412 para elastómeros y caucho.

Un paquete estándar incluiría un Serie 3400 sistema de prueba, un extensómetro xl de largo recorrido y un par de empuñaduras de rodillos manuales. Este sistema es excelente para pequeñas y medianas empresas de fabricación de elastómeros, o para aquellos que compran su primer sistema D412. Un sistema más avanzado y eficaz es el sistema de pruebas de la  serie 6800  con un extensómetro de vídeo sin contacto AVE 2 y un par de mordazas neumáticas de acción lateral de la serie 2712 con  un kit de aire avanzado. Este sistema es el estándar mundial para los fabricantes de neumáticos y los grandes fabricantes multinacionales de elastómeros. Para los clientes que exigen un alto rendimiento, los  sistemas de ensayo multiestación de Instron  son la respuesta y pueden ensayar hasta cinco muestras simultáneamente. A continuación se muestra una configuración de prueba ASTM D412 de muestra.

Configuración de prueba ASTM D412

Configuración de prueba ASTM D412

1. Instron 6800

2. Tablero Bluehill Universal (2490-696)

3. Célula de carga Serie 2580

4. Mordazas neumáticas de acción lateral de 5 kN (2712-045)

5. Extensómetro de largo recorrido 2603-080

 

 

 

Software

Bluehill Universal viene con un módulo de aplicación gratuito al momento de la compra. Dentro de cada módulo de aplicación hay métodos de prueba preconfigurados y documentación de respaldo para ayudar con las pruebas de varios estándares, incluida ASTM D412 para aquellos que eligen el módulo elastómero.

Software Bluehill Universal

Especímenes

La norma ASTM D412 describe dos métodos de ensayo, según el tipo de muestra. Tenga en cuenta que estos dos métodos de prueba no producen resultados idénticos. El método de ensayo A utiliza muestras con forma de “mancuerna” o “hueso de perro”, mientras que el método de ensayo B está diseñado para muestras con forma de anillo. El método de prueba A se usa más comúnmente que el método de prueba B. Las muestras de hueso de perro deben cortarse a presión a partir de una lámina o placa moldeada por inyección. La dirección en la que se extruye la lámina es importante, ya que produce un patrón de grano sutil en el material. Para mayor consistencia, todos las muestras deben cortarse con la porción longitudinal paralela al grano.

Medición de muestras

Hay seis tipos permitidos de muestras de hueso de perro para las pruebas ASTM D412 y dos tipos permitidos de muestras de anillo de corte. La forma más comúnmente probada es una muestra de hueso de perro C troquelada, que requiere una longitud total de 115 mm (la longitud del calibre es de 25 mm), un ancho de 6 mm y un grosor de 3 mm. El espesor de la muestra debe medirse tres veces, siendo el valor medio el valor aceptado.

Para garantizar la conformidad con la norma, todas las muestras utilizadas para las pruebas ASTM D412 deben ser medido con un micrómetro de acuerdo con ASTM D3767. La función de dispositivo automático de medición de muestras en Bluehill ® Universal permite a los operadores conectar hasta dos micrómetros o dispositivos de medición al ordenador e introducir los datos directamente en el software. Esto elimina las posibilidades de errores de entrada del operador y aumenta la eficiencia.

Alineación de muestras

Para realizar el ensayo correctamente, las probetas deben mantenerse perpendiculares a las caras de las mordazas y no inclinadas en ángulo. La desalineación de las muestras puede causar variaciones importantes en los resultados de los ensayos, por lo que debe prestarse la debida atención para garantizar que todas las muestras estén alineadas de forma coherente para cada ensayo.

Una forma de abordar la desalineación es utilizar una cara de la mordaza que esté cerca de la misma anchura que la muestra, lo que hace que sea relativamente fácil ajustar visualmente la alineación. La forma más fácil de evitar la desalineación es utilizar un dispositivo de alineación de muestras que se monta directamente en los cuerpos de las pinzas. Se trata de una simple barra que proporciona un punto de parada ajustable para que los operadores puedan ver fácilmente que su muestra ha sido alineada correctamente.

de cuña hidráulicas

Una vez que se aprietan las mordazas en las probetas de elastómero como preparación para la realización de un ensayo, con frecuencia se aplican fuerzas de compresión no deseadas. Estas fuerzas, aunque diminutas, pueden interferir en los resultados de las pruebas si no se tratan de forma adecuada. Es importante que no se equilibren después de la inserción de la muestra, ya que esto provocará un desfase en los resultados. El software de ensayo de materiales Bluehill Universal puede programarse para normalizar las fuerzas a través de múltiples probetas y eliminar cualquier holgura o fuerza de compresión, asegurando resultados consistentes entre las probetas. Protección de muestras, disponible en las máquinas de ensayo universales de la serie 6800, está diseñado para evitar daños en la probeta o en el sistema durante la fase de preparación de un ensayo, antes de que se definan los límites operativos del mismo. Cuando se activa, la Protección de muestras ajusta automáticamente la cruceta para mantener cualquier fuerza no deseada por debajo de un determinado límite.


A medida que las muestras de elastómero se estiran, su grosor disminuye. Por esta razón, ASTM D412 recomienda agarres que se aprieten de forma automática automática. Una presión consistente y uniforme en las caras de las mordazas asegura que las muestras delgadas no se salgan de las mordazas durante el ensayo. Las mordazas neumáticas de acción lateral con caras dentadas son muy eficaces para el ensayo de elastómeros. En el caso de las mordazas neumáticas, la presión del aire de entrada se ajusta de forma automática, lo que permite que la fuerza de agarre se mantenga constante aunque el grosor de la muestra varíe considerablemente durante el ensayo. Otra opción efectiva es usar empuñaduras de rodillos autoapresables, que utilizan un resorte para ejercer una presión constante sobre la muestra durante las pruebas. Para aquellos que utilizan el método B de prueba ASTM D12, las muestras de junta tórica se pueden probar con nuestro Accesorio de junta tórica. Estas mordazas evitan las concentraciones locales de tensión mediante el uso de ejes giratorios en las fijaciones superior e inferior.

Modelo de 10 kN | 2712-046
2613-002
Modelo de 5 kN | 2713-002

Extensómetro

Aunque extensómetros no son requeridos por el estándar, se recomienda una medición de deformación para obtener los resultados más precisos y repetibles. La medición de la deformación basada en el recorrido de la cruceta puede ser menos precisa debido al alargamiento de la muestra fuera de la longitud del medidor. Los extensómetros XL de largo recorrido  están diseñados para trabajar con materiales elastoméricos y también pueden utilizarse mediante la rotura de la probeta. La fuerza de sujeción ajustable en los bordes de la cuchilla reduce el fallo prematuro de la muestra. Este extensómetro puede medir la tensión hasta el 3000 % a partir de una longitud de calibre de solo una pulgada.

Extensómetro de largo recorrido

Un extensómetro sin contacto como el extensómetro de vídeo estándar o avanzado 2 (SVE 2 o AVE 2) es el más ideal para materiales elastoméricos. Es especialmente adecuado para las muestras que son frágiles o que requieren una cámara ambiental para las pruebas. Los extensómetros de vídeo sin contacto ofrecen la ventaja añadida de reducir la variación de los resultados debido a la interferencia del operador y de aumentar la eficiencia en los laboratorios con necesidades de alto rendimiento.

Extensómetro de vídeo automático

Cámara ambiental

Los elastómeros probados bajo ASTM D412 a menudo están destinados para su uso futuro en condiciones no ambientales. Debido a que las condiciones ambientales tienen un gran impacto en las propiedades de tracción de los elastómeros, se debe tener cuidado de garantizar que las condiciones de prueba imiten las de la aplicación de uso final prevista. La velocidad de la prueba, la temperatura, la humedad, las dimensiones de la muestra y las condiciones previas a la prueba tienen efectos notables en los resultados de la prueba y deben controlarse para que la prueba produzca datos útiles. Para garantizar que estos elementos simulen la aplicación de uso final del material, ASTM D412 se realiza con frecuencia dentro de un cámara ambiental donde se puede utilizar calefacción o refrigeración (LN2 o CO2).

Las cámaras ambientales de la serie 600 de Instron permiten a los operadores controlar la temperatura dentro de la cámara durante toda la duración de la prueba. Además, el tiempo de remojo y la temperatura se pueden configurar dentro de Bluehill Universal para garantizar que todas las muestras se acondicionen adecuadamente antes del inicio de la prueba.

 Cámara ambiental

Rendimiento

Para los laboratorios que buscan aumentar su rendimiento, se pueden realizar varias modificaciones en la configuración del sistema. Los dispositivos automáticos de medición de muestras, las empuñaduras neumáticas y los dispositivos de alineación de muestras aumentan la eficiencia de la prueba al reducir la cantidad de entrada manual necesaria del operador de la prueba. Sin embargo, el tiempo de ensayo para la norma ASTM D412 depende del alargamiento previsto de la probeta y no puede minimizarse. En el caso de los materiales con alta ductilidad, la duración del ensayo consume la mayor parte del ciclo de ensayo global. En estos casos, las tramas de prueba de varias estaciones pueden proporcionar el mejor rendimiento porque el operador puede ejecutar hasta 5 pruebas simultáneamente. 

También existen sistemas de ensayo totalmente automatizados, diseñados para incorporar la medición, la carga, el ensayo y la retirada de las muestras. Estos sistemas pueden funcionar durante horas sin requerir ninguna interacción del operador. Además, estos sistemas ayudan a reducir la variabilidad debida al error humano.

 
 

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