La guía más completa sobre la norma ISO 178

Cómo realizar un ensayo de flexión en plásticos según ISO 178 

 Escrito por Daniel Caesar

 Encabezado de la norma ISO 178

Debido a su bajo costo, peso ligero, resistencia a la corrosión y versatilidad general, los plásticos establecieron una presencia significativa en muchas industrias diferentes. Es importante determinar las propiedades materiales de los plásticos a fin de caracterizar su comportamiento esperado en aplicaciones del mundo real. Una propiedad importante es la relación entre el esfuerzo y la deformación cuando una muestra de plástico se curva o flexiona: en otras palabras, las propiedades de flexión del material. Para regular un método internacionalmente estandarizado para determinar esta propiedad, la Organización Internacional de Normalización (International Organization for Standardization, ISO) desarrolló la norma ISO 178. 

Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos del ensayo de flexión de la norma ISO 178, y le ofrecerá un resumen del equipo de ensayo, los especímenes y los resultados contenidos en la norma. Sin embargo, cualquier persona que planifique realizar el ensayo que cumpla con la norma ISO 178 no debe considerar esta guía como un sustituto de la norma completa.

¿Qué mide? 

La norma ISO 178 es un método de ensayo para determinar las propiedades de flexión de plásticos rígidos y semirrígidos al ejecutar un ensayo de flexión de tres puntos en un sistema universal de ensayo. Un ensayo de flexión de tres puntos aplica fuerza en el punto medio de un espécimen rectangular, que está soportado libremente en cada extremo. La fuerza aplicada se mide con una celda de carga y la deflexión resultante se mide mediante el desplazamiento de cruceta del sistema (con resultados corregidos para cumplimiento del sistema) o mediante un dispositivo de medición directa de la deformación. Hay cuatro tipos de ensayo descritos en la norma ISO 178, cada uno especifica un método de medición de deflexión (por ej., mediante cruceta o transductor de deformación directo) y un requisito de precisión de calibración asociado.

El tipo de ensayo según la norma ISO 178 que realiza un laboratorio está indicado en los requisitos del cliente, ya sean internos, como un laboratorio de Investigación & Desarrollo, o externos, como un laboratorio de ensayos de terceros. Es importante garantizar la identificación y aceptación del cliente de los requisitos específicos de su laboratorio antes de comprar equipo de ensayo y ejecutar ensayos.

¿La norma ISO 178 responde a sus necesidades?

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

  • la norma ISO 178 requiere el uso de un deflectómetro o corrección de cumplimiento para determinar el módulo. La norma ASTM D790 permite que el módulo se calcule mediante 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 para especímenes de la norma ISO 178 es 4 mm, mientras que la profundidad preferida de los especímenes de la norma ASTM D790 es 3,2 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.

Especímenes

Los especímenes de la norma ISO 178 están fabricados con láminas según la ISO 2818 o se preparan mediante compresión o molde a inyección según las ISO 293/295 o ISO 294-1/10724-1, respectivamente. Las dimensiones preferidas del espécimen son las siguientes:

  • Longitud: 80 mm (±2)
  • Ancho: 10 mm (±0,2)
  • Grosor: 4 mm (±0,2)

Si no se alcanzan las dimensiones preferidas, la norma ISO 178 ofrece anchos alternativos según el grosor del espécimen. Si el material es anisotrópico, se ensayarán ambas direcciones.

Procedimiento

El ensayo de la norma ISO 178 generalmente se realiza en sistemas universales de ensayo de mesa debido al requisito relativamente bajo de capacidad de fuerza. La máquina de ensayo debe ser capaz de mantener una velocidad uniforme de ensayo entre 1 y 500 mm/min dentro de las tolerancias especificadas en la norma. Todos los modelos de máquinas de ensayo serie 3400 y serie 6800 cumplen con los requisitos de precisión de velocidad necesarios. El dispositivo de medición de fuerza, o celda de carga, debe cumplir con la Clase 1 de la norma ISO 7500-1 sobre el rango de fuerzas que se informarán. Es importante garantizar que su laboratorio conozca las fuerzas mínima y máxima del ensayo a fin de seleccionar una celda de carga con una capacidad de fuerza y rango de verificación adecuados.

Configuración del ensayo de la norma ISO 178

Configuración del ensayo de la norma ISO 178

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) 

 

Extensómetro

 

Medición de deformación

1. Extensómetro sin contacto AVE2

2. Extensómetro automático AUTOX750

3. Extensómetro acoplable serie 2630

 

La norma ISO 178 permite el uso de diferentes sistemas de medición de la deflexión según los resultados deseados y las precisiones asociadas. Desde la menor a la mayor precisión, los tipos de medición de deflexión permitidos son desplazamiento de cruceta, desplazamiento de cruceta con corrección de cumplimiento y uso de un dispositivo de medición directa de deformación. Antes de la actualización de 2010 de la norma ISO 178, los errores de precisión en la medición de la deflexión no podían superar el 1 % del valor. Sin embargo, desde la actualización de 2010, los operadores deben usar un deflectómetro Clase 1 según la norma ISO 9513, o usar un software capaz de eliminar el cumplimiento de máquina de los resultados.

Cualquiera sea la precisión de deflexión que requiere su laboratorio, Instron tiene una solución para lograrla. Todos los marcos de ensayo serie 3400 y serie 6800, equipados con software Bluehill® Universal, pueden medir la deflexión de la cruceta con o sin corrección de cumplimiento. Instron también ofrece una gama de soluciones para la medición directa de la deformación. Una solución común es un extensómetro acoplable montado en un émbolo, o deflectómetro. Las soluciones más avanzadas y de mayor productividad incluyen el AutoX750 y el extensómetro de video avanzado (AVE2). 

El dispositivo de medición de deflexión, similar a la celda de carga del sistema, también debe verificarse en relación con el rango operado de los resultados informados. En especial, el módulo de flexión se calcula a deflexiones excepcionalmente pequeñas (por debajo de 0,1 mm). Es útil identificar los desplazamientos mínimo y máximo del ensayo para poder instruir correctamente al proveedor de verificación.

Extensómetros de la norma ISO 178

Accesorios

Se necesita un accesorio de curvatura de tres puntos para el ensayo según la norma ISO 178. Este accesorio consta de un yunque de carga superior montado en la cruceta móvil y una viga de soporte fija inferior con dos yunques ajustables. El accesorio de flexión 2810-400 de Instron cumple plenamente con los requisitos del accesorio y se adapta para usar con yunques de 2,0 mm de radio para especímenes de ensayo de hasta 3,0 mm de grosor o yunques de 5,0 mm de radio para especímenes más gruesos. El requisito de espacio de soporte se basa en la proporción del grosor del espécimen, que varía según la rigidez del material que se ensaya. Los yunques ajustables permiten al operador configurar la distancia del espacio de soporte y presenta unidades de longitud graduadas en la viga de soporte que permiten el posicionamiento preciso de los yunques. También permite el centrado fácil del deflectómetro cuando se usan dispositivos de medición de deformación. Como la alineación del espécimen puede generar una variación importante en los resultados, se debe tener cuidado para garantizar que los especímenes están alineados de manera uniforme en cada ensayo. Los accesorios de curvatura de Instron también se ofrecen con brazos de alineación que se ajustan al ancho del espécimen.

2810-400
Modelo 5 kN | 2810-400

Medición del espécimen

La norma ISO 178 exige que se realicen mediciones del ancho y grosor en el centro de la longitud del espécimen según la norma ISO 16012. Se toman al menos tres mediciones del ancho y el grosor y se registra el promedio. La función del dispositivo de medición automática del espécimen (ASMD) de Instron 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 que el operador ingrese errores e incrementa la eficiencia.

Método de ensayo

El espacio del accesorio de curvatura de tres puntos (distancia entre los yunques inferiores) se configura como una función del grosor del espécimen. Las condiciones ambientales del ensayo, por ejemplo, baja temperatura o alta temperatura, dependen del material que se ensaya y deben acordarse entre el laboratorio y el cliente. La norma ISO 291 ofrece pautas si no tiene esta información. Instron ofrece cámaras ambientales completamente integradas para realizar ensayos no ambientales.

La norma ISO 178 específica el Método A y el Método B para configurar la velocidad de la cruceta. El método A usa una velocidad durante todo el ensayo, mientras que el Método B usa una velocidad durante la región del módulo inicial y una segunda velocidad para el resto del ensayo. Las velocidades constantes de cruceta usadas tienen el objetivo de estimar tasas de deformación específicas. Siguiendo una rutina de precarga, el espécimen del ensayo se somete a deflexión hasta que se rompe o deformación por flexión del 5 %, lo que ocurra primero. Los datos de fuerza y deflexión se registran durante todo el ensayo a una tasa de adquisición de datos suficiente.

Cuando se configura el ensayo, se recomienda tener una precarga adecuada para garantizar mediciones de deformación precisas y uniformes. La cantidad de fuerza aplicada al espécimen antes del inicio del ensayo impacta directamente en la repetibilidad de los cálculos.

Configuración del ensayo de la norma ISO 178

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) 

 

Resultados

A continuación, presentamos una lista de cálculos y resultados que pueden informarse para la norma ISO 178:

  • Esfuerzo de flexión–: una función de la carga aplicada, espacio, ancho y grosor del espécimen. Esto difiere del esfuerzo de tracción o de compresión, que es fuerza por área de unidad.
  • Tensión de la flexión–: una función de la deflexión, espacio y grosor del espécimen. Esto difiere de la deformación por tracción o compresión, que es el cambio en la longitud de calibre en relación con la longitud de calibre original.
  • Módulo de flexión–: una función de esfuerzo de flexión y tensión de la flexión entre 0,05 % y 0,25 % de tensión de la flexión. Se puede adaptar un módulo de acorde en esos puntos en una curva de esfuerzo de flexión frente a tensión de la flexión.
  • Resistencia a la flexión– : el esfuerzo máximo de flexión obtenido durante un ensayo de curvatura.
  • Esfuerzo de flexión al romperse–: el esfuerzo de flexión cuando el espécimen se rompe. Para algunos materiales, el espécimen se rompe antes de un punto de deformación, en ese caso la resistencia a la flexión es igual al esfuerzo de flexión al romperse.
  • Esfuerzo de flexión al 5 % de tensión de la flexión–: el esfuerzo de flexión al final de un ensayo, para los ensayos donde el espécimen no se rompe dentro del 5 % de tensión de la flexión.

Productividad

Para los laboratorios que buscan incrementar su productividad, se pueden realizar varias modificaciones en la configuración del sistema. Los dispositivos automáticos de medición de espécimen y los dispositivos de alineación de espécimen incrementan la productividad del ensayo al reducir la cantidad de ingresos de datos manuales realizados por el operador del ensayo. También hay disponibles sistemas de ensayo completamente automáticos, como el AT3 y AT6 de Instron, y están diseñados para incorporar medición del espécimen, carga del espécimen, ensayo y retiro. Estos sistemas pueden funcionar durante horas sin interacción del operador. Además, estos sistemas ayudan a reducir la variabilidad generada por errores humanos.

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