La guía más completa sobre la norma ASTM D790 para ensayos de flexión de plásticos

Cómo realizar un ensayo de flexión en plásticos según ASTM D790

Escrito por Kayla Thackeray  

La norma ASTM D790 es un método de ensayo para determinar las propiedades de flexión (curvatura) de plásticos reforzados y no reforzados, compuestos de módulo alto y materiales de aislamiento eléctrico. Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos del ensayo de flexión de la norma ASTM D790, y le ofrecerá un resumen del equipo de ensayo, software y especímenes necesarios. Sin embargo, cualquier persona que planifique realizar el ensayo según la norma ASTM D790 no debe considerar esta guía como un sustituto de la norma completa.

¿La norma ASTM D790 responde a sus necesidades?

La norma ASTM D790 es uno de varios ensayos diseñados para medir las propiedades de flexión de los plásticos. No tiene el propósito de medir propiedades de tracción y cualquier persona que necesita cuantificar las propiedades de tracción de materiales plásticos debe consultar la norma ASTM D638. Esta norma no puede determinar el esfuerzo máximo de fibra de resistencia a la flexión desarrollado en un espécimen justo antes de que se quiebre o rompa en un ensayo de flexión. Se informa la deformación por flexión en lugar de la resistencia a la flexión en los materiales que no se quiebran en el ensayo de flexión para materiales que no se quiebran o deforman a o antes del 5 % de deformación. Estos materiales pueden ser más adecuados para ensayos de curvatura de 4 puntos según la norma ASTM D6272.

Diferencias entre la norma ASTM D790 y la norma ISO 178

La norma ASTM D790 es muy similar a la ISO 178, aunque difiere en varios puntos clave:

  • la norma ISO 178 requiere el uso de un deflectómetro o corrección de cumplimiento para determinar el módulo. En la norma ASTM D790 esto solo es una recomendación y el módulo puede calcularse mediante el desplazamiento de cruceta solamente.
  • Los tamaños preferidos del espécimen son diferentes y, como la velocidad del ensayo depende de la profundidad del espécimen, las velocidades del ensayo entre las normas pueden variar. La profundidad preferida de los especímenes de la norma ASTM D790 es 3,2 mm. La profundidad preferida de los especímenes de la norma ISO 178 es 4 mm.  
  • La norma ASTM D790 solo permite una velocidad de ensayo, mientras que la norma ISO 178 permite el uso de una segunda velocidad (más rápida) de ensayo después de medir el módulo.

ASTM D790

¿Qué mide?

La norma ASTM D790 mide las propiedades de flexión de un material mientras se somete a una deformación por curvatura o deflexión. El ensayo se realiza en un sistema universal de ensayo que usa un accesorio de flexión de tres puntos a una tasa proporcional a la profundidad del espécimen. El ensayo de la norma ASTM D790 se usa para determinar las siguientes propiedades mecánicas:

Módulo de la tangente: también denominado módulo de flexión, esta es la curva de la parte lineal inicial de la curva de deflexión de carga y es una medición de la rigidez del material

Módulo de la secante: la curva entre el punto de origen y un punto predefinido en la curva de deflexión de la carga

•Módulo del acorde: la curva entre dos puntos predefinidos en la curva de deflexión de la carga

Resistencia a la flexión: el esfuerzo máximo de flexión obtenido durante un ensayo de curvatura

•Esfuerzo de flexión máximo: el esfuerzo de flexión en el que un espécimen se rompe durante un ensayo de curvatura. Para algunos materiales, el espécimen se rompe antes de un punto de deformación, en estos casos la resistencia a la flexión es igual al esfuerzo de flexión máximo.

Método de ensayo

La norma ASTM D790 describe dos procedimientos de ensayo diferentes diseñados para tipos diferentes de materiales. El Procedimiento A, que es el método preferido, emplea una tasa de deformación de 0,01 mm/mm/min. El Procedimiento B emplea una tasa de deformación de 0,10 mm/mm/min y está diseñado para materiales que no se rompen al 5 % de deformación si se ensayan con la tasa más baja. La norma ASTM D790 permite que se ejecute la medición de deformación del desplazamiento de cruceta o de las lecturas de un  extensómetro, descritos como ensayo Tipo 1 y Tipo 2, respectivamente.

La velocidad de ensayo requerida para la norma ASTM D790 se expresa como una función del espacio de soporte del espécimen, profundidad del espécimen y tasa de deformación. El Constructor de expresiones de Bluehill® Universal permite a los usuarios ingresar la velocidad del ensayo como una función, en lugar de como un número estático. Después de que el operador del ensayo ingresa las mediciones del espécimen, el software modificará automáticamente la velocidad del ensayo según la ecuación.

Sistema de ensayo

El ensayo según la norma ASTM D790 puede ejecutarse en una máquina universal de ensayo de sobremesa o de piso con una variedad de accesorios que pueden configurarse para optimizar el ensayo. Como cada laboratorio tiene diferentes necesidades, hay disponibles diferentes configuraciones de sistema.

A continuación, puede ver una configuración básica de muestra. Esta configuración de ensayo incluye un sistema de ensayo serie 3400 con un accesorio de flexión de 3 puntos y sin extensómetro, esto significa que la deformación en este caso debe medirse por el desplazamiento de cruceta (ensayo Tipo 1). Cuando la deformación se mide según el desplazamiento de cruceta, se recomienda la corrección de cumplimiento, aunque no es obligatoria. También pueden usarse marcos de ensayo serie 3400 junto con extensometría para el ensayo Tipo 2.

Configuración del ensayo de la norma ASTM D790

Configuración del ensayo de la norma ISO 178

1. Instron 3400

2. Tablero Bluehill Universal (2490-696)

3. Celda de carga serie 2530

4. Accesorio de curvatura de 3 puntos (2810-400)

5. Émbolo de deflectómetro (2810-403) 

 

Opciones avanzadas 

El sistema de ensayo serie 6800 es una opción más avanzada y eficiente para los usuarios que desean mayor repetibilidad y productividad. Aunque este sistema también se puede usar para los ensayos Tipo 1, se usa con más frecuencia para los ensayos Tipo 2, que se basan en un extensómetro y un deflectómetro para proporcionar un informe más preciso de la deformación.

Configuración del ensayo de la norma ASTM D790

Configuración del ensayo de la norma ASTM D790

1. Instron 6800

2. Tablero Bluehill Universal (2490-696)

3. Celda de carga serie 2580

4. Accesorio de curvatura de 3 puntos (2810-400)

5. Émbolo de deflectómetro (2810-403) 

 

Dispositivos para medición de la deformación 

El ensayo Tipo 2 requiere el uso de un dispositivo para medición de la deformación, o extensómetro. La primera y más avanzada opción es un extensómetro de video sin contacto, AVE2 de Instron. El AVE2 informa la deformación sin entrar en contacto físicamente con el espécimen o el espacio de ensayo. La segunda opción mostrada abajo es un extensómetro automático de contacto, el AUTOX750, que incrementa la productividad al minimizar el contacto del operador. Por último, el extensómetro acoplable serie 2630 es una opción popular para los laboratorios que no requieren gran productividad. Para los ensayos según la norma ASTM D790, se debe usar un extensómetro junto con un deflectómetro 2810-403.

Extensómetros

Productividad

Para los laboratorios que buscan incrementar su productividad, se pueden realizar varias modificaciones en la configuración del sistema.  Como los ensayos de la D790 pueden llevar mucho tiempo, las máquinas de ensayo de múltiples estaciones serie 5900 son una opción popular para los laboratorios con alta productividad. También hay disponibles sistemas de ensayo completamente automáticos y están diseñados para incorporar medición del espécimen, carga del espécimen, ensayo, medición de la deformación y retiro del espécimen. Estos sistemas pueden funcionar durante horas sin interacción del operador y ayudan a reducir la variabilidad generada por errores humanos.

Especímenes

Los especímenes de la norma ASTM D790 son de forma rectangular y pueden ser moldeados, extruidos o cortados de placas o láminas. Las dimensiones de los especímenes de la norma ASTM D790 dependen del grosor del material, que la norma define como la profundidad del espécimen. Las láminas de material con un grosor superior a 3,2 mm tendrán un ancho y espacio proporcionales a su grosor. Las láminas de material con un grosor entre 3,2 y 1,6 mm tendrán un ancho de 12,7 mm y un espacio definido como grosor de espécimen X 16. Las láminas de material con un grosor menor a 1,6 mm serán de 50,8 mm X 12,7 mm con un espacio de soporte de 25,4 mm.

Las dimensiones del espécimen para materiales de aislamiento eléctrico tienen un conjunto diferente de medidas según su grosor nominal. Los materiales moldeados generalmente tienen 3,2 mm de profundidad, 12,7 mm de ancho y 127 mm de largo. Usan un espacio de soporte igual a la profundidad del espécimen X 16. Los compuestos reforzados de alta resistencia deben tener dimensiones según lo descrito en la norma para favorecer que el fallo ocurra en las fibras externas del espécimen. Al ensayar compuestos y otros materiales anisotrópicos, se debe tener cuidado para garantizar que el fallo solo ocurra debido a fuerzas acumuladas durante la curvatura y los especímenes deben cortarse para garantizar que la dirección de la fibra más fuerte es la que se ensaya.

Especímenes de la norma ASTM D790

Medición del espécimen

Los especímenes deben medirse con un micrómetro que cumpla con la norma ASTM D5947. Deben tomarse tres medidas del ancho y grosor del espécimen y se informará el promedio de estas medidas. La función de dispositivo de medición automática del espécimen (Automatic Specimen Measuring Device, ASMD) en Bluehill Universal permite a los operadores conectar hasta dos micrómetros o dispositivos de medición a la computadora e ingresar el promedio de las mediciones directamente en el software. Esto elimina la probabilidad de ingresar errores e incrementa la eficiencia.

Accesorio de curvatura

Para la norma ASTM D790 se usa un accesorio de curvatura de tres puntos. Este accesorio consta de una nariz de carga fijada a la cruceta móvil y un miembro fijo con dos soportes para el espécimen, o yunques, que pueden ajustarse para adaptar la distancia del espacio de soporte de los especímenes. La superficie de los yunques y la nariz de carga deben ser cilíndricas y tener un radio de 5 mm, a menos que se especifique lo contrario, y la longitud del miembro cilíndrico debe ser superior al ancho del espécimen.

El accesorio de curvatura de Instron incluye varias funciones clave para mejorar la precisión del ensayo. Unidades de longitud graduadas en la viga de soporte para permitir el posicionamiento preciso de los yunques y el centrado fácil del deflectómetro cuando se usan dispositivos para medir la deformación. Los accesorios de curvatura de Instron también se entregan con brazos de alineación que pueden ajustarse según el ancho del espécimen, dado que la alineación del espécimen puede provocar grandes variaciones en los resultados y se debe tener cuidado para garantizar que los especímenes están alineados de manera uniforme en cada ensayo.

2810-400
Modelo 5 kN | 2810-400

Cambios recientes en la norma

La versión más reciente de la norma ASTM D790 se lanzó en 2017. Difiere de varias maneras con la versión anterior 2015E2:

  • El requisito de verificación para el ensayo Tipo 1 (desplazamiento de cruceta) se cambió de un sistema Clase D a un sistema Clase B según E2309.
  • La norma para el aparato Tipo 2 (deflectómetro y extensómetro) se cambió de Clase B a Clase B-2.
  • Se agregaron la Nota 10 y el Apéndice XI a la norma para explicar qué es la corrección de cumplimiento y cómo se aplica.

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