ISO 527-2: Ensayos de tracción para plásticos

La guía definitiva para realizar pruebas de tracción ISO 527-2 en plásticos

Escrito por Erica Lawrence

La ISO 527-2 es una norma internacional para determinar las propiedades de tracción de los plásticos reforzados y no reforzados. Aunque proporciona resultados similares a los de la norma ASTM D638, la norma ISO 527-2 no se considera técnicamente equivalente debido a las diferencias en el tamaño de las muestras y los requisitos de los ensayos. Aunque algunos grandes fabricantes multinacionales realizan pruebas tanto con la norma ASTM D638 como con la ISO 527-2, la mayoría de nuestros clientes demuestran su preferencia por una u otra norma en función de su ubicación geográfica. Los fabricantes norteamericanos suelen realizar las pruebas según la norma ASTM D638, mientras que los de Europa y Asia lo hacen principalmente según la norma ISO 527-2. Los clientes de China realizan las mismas pruebas según la norma ASTM D638 y la ISO 527-2.

Esta guía ha sido diseñada para presentarle los elementos básicos de un ensayo de tracción de plásticos ISO 527-2, pero no debe considerarse un sustituto adecuado de la lectura de la norma completa.


ISO 527-2 Ensayos de tracción de plásticos con automatización y AVE 2


Cómo realizar un ensayo de tracción en plásticos según la norma ISO 527-2

La norma ISO 527-2 se lleva a cabo en una máquina de ensayo universal aplicando una fuerza de tracción a una muestra (espécimen) y midiendo varias propiedades del material del espécimen bajo tensión. El ensayo se realiza a velocidades de tracción que van de 1 a 500 mm/min hasta que la probeta falla (cede o se rompe).



¿Qué mide la norma ISO 527-2?

Aunque la norma ISO 527-2 mide muchas propiedades de tracción diferentes, las siguientes son las más comunes:

  • Resistencia a la tracción: cantidad de fuerza que puede aplicarse a un material antes de que ceda (se estire irremediablemente) o se rompa.
  • Módulo de tracción: cuánto puede deformarse (estirarse) un material en respuesta a una tensión antes de ceder. El módulo es una medida de la rigidez del material.
  • Alargamiento: aumento de la longitud de calibre tras la rotura dividido por la longitud de calibre original. Una mayor elongación indica mayor ductilidad.
  • Relación de Poisson: medida de la relación entre lo que se estira un material y lo que se adelgaza durante el proceso de estiramiento.

¿Es la norma ISO 527-2 la adecuada para usted?

Hay muchos métodos de ensayo diferentes para los distintos tipos de plásticos. La norma ISO 527-2 está destinada a los ensayos de plásticos rígidos y semirrígidos, ya sean moldeados, extruidos, mecanizados o fundidos. La norma ISO 527-2 también se aplica a los plásticos reforzados (a excepción de los plásticos reforzados con fibras, que están cubiertos por las normas ISO 527-4 e ISO 527-5). Cuando se prueben películas y láminas de menos de 1 pmm de grosor, debe utilizarse la norma ISO 527-3. Estos y otros métodos pueden encontrarse en los módulos de aplicación de Bluehill® Universal, que contienen plantillas de métodos preconfigurados para las normas ISO y ASTM más utilizadas.


Pantalla de selección del método de prueba universal de Bluehill

Máquina de ensayos de tracción

La mayoría de los ensayos ISO 527-2 se realizan en una máquina de ensayo universal de mesa. Lo más habitual es un sistema de 5 kN o 10 kN (1125 o 2250 lbf), pero a medida que aumenta la resistencia de los plásticos reforzados y los materiales compuestos, pueden ser necesarias unidades de mayor capacidad, como sistemas de 30 o 50 kN.

Las máquinas de ensayo universales de las series 3400 y 6800 de Instron son ideales para realizar ensayos según la norma ISO 527-2. Sin embargo, aquellos de nuestros clientes con necesidades de pruebas de gran volumen, operaciones globales y aplicaciones de investigación avanzadas suelen preferir los sistemas de la serie 6800 con mordazas neumáticas 2712, que proporcionan beneficios adicionales a las especificaciones de precisión y mejoras de eficiencia. 

Configuración de prueba ISO 527-2

Configuración de prueba ISO 527-2

1. Instron 6800

2. Tablero universal Bluehill (2490-696)

3. Extensómetro de vídeo AVE2 (2663-902)

4. Célula de carga Serie 2580

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

 

 

Empuñaduras de tracción

Debido a que el proceso de prueba somete a las muestras a fuerzas intensas, es importante que las muestras se mantengan de forma segura dentro de la máquina de prueba. Empuñaduras neumáticas de acción lateral con serrado caras de la mandíbula son a menudo los mejores agarres para sujetar plásticos rígidos. Las mordazas neumáticas mantienen su fuerza de agarre con la presión del aire, que permanece constante aunque la probeta se deforme durante el ensayo y su grosor cambie significativamente. Para fuerzas superiores a 10 kN, que normalmente solo se encuentran con materiales reforzados,  se prefieren las mordazas manuales de acción de cuña .

Modelo de 10 kN | 2712-046
Modelo de 5 kN | 2716-010

Extensómetros

Extensómetros se utilizan para recopilar datos de módulo, que es una de las propiedades más importantes evaluadas en ISO 527-2. El módulo de elasticidad es la medida de cuánto se estira o deforma un material en respuesta a una fuerza de tracción. Los extensómetros para medir el módulo deben cumplir la norma ISO 9513 Clase 1 con una precisión del 1 %, y hay varias opciones disponibles en función de las necesidades de su laboratorio. El tipo más sencillo es un extensómetro de pinza de calibre fijo de la serie 2630, que debe  engancharse directamente a la probeta al principio de cada ensayo y retirarse después de que la probeta ceda o antes de que se rompa.

Si se realiza el ensayo de la relación de  Poissons, debe añadirse también un  extensómetro transversal  para medir el cambio de anchura en toda la región elástica de la probeta. Se puede utilizar un extensómetro transversal independiente para complementar un extensómetro automático o con clip existente, o un Biaxial El dispositivo se puede utilizar para medir tanto axiales como deformación transversal simultáneamente.


Extensómetros axiales y biaxiales de pinza


En laboratorios con necesidades de alto rendimiento, los extensómetros automáticos pueden ayudar a eliminar la necesidad de manipulación manual por parte del operador, y también proporcionar una colocación más consistente en un gran número de muestras, aumentando los valores de repetibilidad. El AutoX750 se adhiere automáticamente a la muestra sin que el operador de la prueba interfiera. El Extensómetro de vídeo avanzado (AVE 2) es un extensómetro sin contacto que utiliza una cámara para rastrear la deformación de la muestra a lo largo de la prueba. Si se realizan pruebas según otros estándares, como ASTM D638 o ISO 178, los extensómetros automáticos también proporcionan la flexibilidad de usar diferentes longitudes de calibre con un solo dispositivo.


Extensómetro de contacto automático AutoX750 y extensómetro de video sin contacto AVE 2 para pruebas de tracción de plástico


Tipos de muestras

Hay seis tamaños de muestras posibles para los ensayos según la norma ISO 527-2. Las muestras preferidas son las muestras en forma de mancuernas tipos 1A (moldeado por inyección) y 1B (mecanizado). Si bien hay diferencias de longitud entre estos dos tipos de muestras, comparten un ancho nominal de 10 mm y un grosor de 4 mm. La longitud de calibre preferida para las muestras de Tipo 1A es de 75 mm, lo que es un cambio en el estándar introducido en 2012. Hasta 2012, la longitud de calibre preferida para el tipo 1A era de 50 mm, que sigue siendo aceptable para las pruebas de control de calidad o cuando se especifique. 

En los casos en que el material es limitado, muchos laboratorios utilizarán muestras de tamaño inferior a los tipos 1BA, 1BB, 5A o 5B. En estos casos puede ser técnicamente difícil medir el módulo debido a las pequeñas longitudes de calibre y a los cortos tiempos de prueba. Los resultados obtenidos a partir de muestras pequeñas no son comparables con los obtenidos a partir de muestras de tipo 1.

Muestras de ensayo de plásticos ISO 527-2

Medición de muestras

Todas las muestras deben medirse antes de la prueba de acuerdo con ISO 16012 o ISO 23529. La mayoría de los micrómetros típicos deberían ser adecuados para realizar estas mediciones. Para que el sistema de ensayo muestre las mediciones de Esfuerzo en lugar de solo las de Fuerza, se pedirá a los operadores que introduzcan el área de la sección transversal (grosor y anchura) de la muestra, ya que Esfuerzo = Fuerza / Área de la sección transversal (se muestra en unidades de Psi, Pa, kPa, GPa, etc.). Aunque el grosor y la anchura de las probetas rígidas requieren diferentes precisiones de medición, es habitual utilizar el mismo dispositivo de medición para ambos. Se pueden utilizar puntas cilíndricas o rectangulares, siempre que cumplan los requisitos dimensionales previstos en la norma ISO 16012. Las muestras moldeadas por inyección suelen producirse con un ángulo de tiro en lugar de ser perfectamente cuadradas, por lo que hay que tener cuidado de medir la anchura en el centro del ángulo de tiro.


Dimensiones universales del espécimen Bluehill


Carga de muestras

Para obtener resultados adecuados, las muestras deben estar correctamente alineadas dentro de las mordazas. Una forma de evitar la desalineación es utilizar una cara de la mandíbula que esté cerca de la misma anchura que la muestra, lo que facilita el ajuste visual de la alineación. La forma más sencilla de evitar la desalineación es utilizar un dispositivo de alineación de muestras que se monta directamente en los cuerpos de las pinzas.

Una vez que los agarres se aprietan sobre un espécimen, por lo general, se aplican fuerzas de compresión no deseadas. Estas fuerzas, aunque diminutas, pueden interferir en los resultados de las pruebas si no se tratan adecuadamente: Es importante que no se equilibren después de la inserción de la muestra, ya que esto provocará un desfase en los resultados. El software Bluehill Universal puede programarse para normalizar las fuerzas en múltiples muestras y eliminar cualquier holgura o fuerza de compresión, garantizando resultados consistentes entre las muestras. En las máquinas de ensayo universales de la serie 5900 también recomendamos el uso de Protección de muestras, que 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, Specimen Protect ajusta automáticamente la cruceta para mantener cualquier fuerza no deseada por debajo de un determinado límite. 


Cálculos y resultados

Al presentar los resultados de las pruebas, es importante asegurarse de que los términos estén correctamente definidos para cumplir con la norma ISO y facilitar la comparación de datos entre diferentes laboratorios.


Medición de deformación

El error más común en la presentación de informes de datos es el informe de valores de deformación utilizando una fuente incorrecta. Para los plásticos, el porcentaje de alargamiento en la rotura a menudo no se puede medir exclusivamente con un extensómetro porque el plástico no se descompone de manera homogénea y la tensión a menudo se centra en una parte desproporcionadamente pequeña de la muestra, una propiedad conocida como "estrangulamiento." Debido a que el estrangulamiento puede ocurrir fuera de la longitud del medidor del extensómetro, se debe usar un término llamado "deformación nominal" para informar el porcentaje de elongación en cualquier punto después del rendimiento. El uso de un extensómetro para la tensión en la rotura solo es aceptable si la cepa es homogénea en toda la muestra y no exhibe estrangulamiento o rendimiento.

La deformación nominal se define de manera diferente dependiendo del método de prueba que se esté utilizando. Para la norma ISO 527-2, la deformación nominal puede medirse de dos maneras diferentes: El método A mide la deformación nominal puramente por el desplazamiento de la cruceta, pero para las muestras polivalentes se prefiere el método B. El método B mide la tensión nominal como la deformación medida desde el extensómetro hasta el rendimiento y desde el desplazamiento de la cruceta después del rendimiento, lo que garantiza que se tenga en cuenta el comportamiento del estrangulamiento fuera de la longitud del medidor del extensómetro.


Módulo

La norma ISO 527-2 define el módulo como la pendiente de la curva entre el 0,05 % y el 0,25 % de deformación utilizando un cálculo de la cuerda o de la pendiente de regresión lineal. Dado que el cálculo del módulo comienza con una deformación del 0,05 %, es muy importante que se apliquen las tensiones previas adecuadas al material para eliminar cualquier holgura o fuerza de compresión inducida por la sujeción de la muestra. No deberá superar el 0,05 % de deformación o el 1 % de la resistencia a la tracción del material.


Resistencia a la tracción

En la actualización de 2012 de la norma, se realizó un cambio en la definición de resistencia a la tracción. En versiones anteriores, la resistencia a la tracción se definía como la tensión máxima en cualquier momento a lo largo de la prueba. En la última versión de la norma ISO 527-2, la resistencia a la tracción se toma en el primer máximo local expuesto. Este cambio es especialmente crítico para los clientes que prueban materiales que tienen puntos de fluencia como el polipropileno, el polietileno y los nylons. 

Gráfico de resistencia a la tracción

Rendimiento

Para laboratorios con necesidades de pruebas de alto volumen, se pueden realizar varias modificaciones en la configuración de la máquina de tracción para acelerar el proceso de prueba y aumentar el rendimiento, hasta e incluyendo sistemas de prueba totalmente automatizados. Los sistemas totalmente automatizados están diseñados para incorporar la medición, la carga, el ensayo y la retirada de las muestras, y son capaces de funcionar durante horas sin la interacción del operador. Estos sistemas ayudan a reducir la variabilidad debida al error humano y pueden dejarse en funcionamiento una vez finalizado el turno para seguir obteniendo resultados cuando los operarios se vayan a casa.

 

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