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La guía definitiva de la norma ASTM D882 - Ensayos de tracción de láminas delgadas de plástico

ASTM D882 - Tensile Testing of Thin Plastic Film

Cómo realizar un ensayo de tracción en una película delgada de plástico según la norma ASTM D882

Escrito por Charlie Pryor

Las películas y láminas finas de plástico son una opción popular para el envasado y pueden encontrarse protegiendo muchos artículos cotidianos, desde restos de comida hasta bienes de consumo. Es fundamental que los fabricantes de plásticos y las empresas de envasado obtengan un perfil mecánico preciso de las láminas de plástico que están produciendo para garantizar que cumplen las expectativas requeridas. La norma ASTM D882 es una norma de ensayo común que se utiliza para determinar las propiedades de tracción de las películas finas de plástico y que suele emplearse con fines de control de calidad en línea. Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos de una prueba de tracción ASTM D882 y le proporcionará una visión general del equipo, el software y las muestras necesarias. Sin embargo, cualquiera que esté planeando realizar ensayos ASTM D882 no debe considerar esta guía como un sustituto adecuado de la lectura y seguimiento de la norma completa.



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Pruebas de películas separadoras para baterías de vehículos eléctricos

Aunque la norma ASTM D882 no es una norma oficial para probar las películas separadoras de las baterías de los vehículos eléctricos, se está modificando esta norma para evaluar las propiedades mecánicas de estos materiales. Las películas separadoras son una parte fundamental de las baterías de iones de litio y otras baterías de electrolito líquido que separan el ánodo y el cátodo. El material más utilizado para la película separadora es la poliolefina, una película de polímero lo suficientemente resistente como para soportar la operación de bobinado durante el montaje, así como el recubrimiento desigual de litio en el ánodo debido al uso extensivo. Un material separador más seguro y resistente evita con mayor eficacia el contacto entre el ánodo y el cátodo, mientras que un material más fino ayuda a reducir el peso de cada pila y a mejorar la densidad energética.

Probar estos materiales de acuerdo con la norma ASTM D882 puede ser muy beneficioso para las comprobaciones de control de calidad, así como en I+D cuando se trata de determinar la solución óptima de película separadora. Además, como ocurre con muchos otros materiales de película fina, la película separadora es anisótropa, por lo que se recomienda probarla en varias direcciones de corte/prueba diferentes.

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¿Qué mide?

La norma ASTM D882 está diseñada específicamente para el ensayo de plásticos de menos de 1 mm de grosor, y puede utilizarse para ensayar cualquier tipo de muestra de plástico dentro de este rango de grosor definido. Los plásticos de más de 1 mm de grosor deben ensayarse según la norma ASTM D638. Los ensayos ASTM D882 se realizan en una máquina universal de ensayos (también llamada máquina de ensayos de tracción) a una velocidad constante de la cruceta. A continuación se indican las propiedades de tracción que se miden con más frecuencia:

Método de ensayo y probetas

Durante los ensayos ASTM D882, las probetas se traccionan en tensión hasta el fallo. La velocidad de la cruceta depende de la longitud de la probeta y puede calcularse multiplicando la separación de agarre inicial (longitud de la probeta) por la velocidad de deformación inicial en mm/mm x min. La velocidad de deformación inicial está condicionada por el alargamiento máximo de la probeta en el momento de la rotura. Dado que las películas y láminas de plástico tienden a ser muy elásticas, suelen requerirse velocidades de cruceta más elevadas. Un factor crítico en los ensayos según la norma ASTM D882 es utilizar una precarga adecuada. Las probetas de láminas finas suelen estar relajadas y no tensas cuando se cargan en las mordazas para el ensayo. Una precarga, que puede configurarse fácilmente en el software de ensayos Bluehill® Universal, ayuda a eliminar cualquier holgura en la probeta antes de registrar los datos durante el ensayo, garantizando que los resultados sean precisos y repetibles.

Esta prueba está pensada para probetas uniformes dentro del 10% del grosor en toda la longitud de la probeta entre las mordazas. Las muestras más gruesas que se acerquen al límite de 1 mm de grosor deben ser uniformes con una precisión del 5%. Las probetas deben tener entre 5,0 y 25,4 mm de ancho, y al menos 50 mm más de longitud que la separación entre mordazas utilizada durante la prueba. La longitud estándar del calibre de la probeta para las pruebas es de 250 mm. Sin embargo, si esto no es posible, se acepta una longitud mínima de la probeta de 100 mm (50 mm de longitud de calibre) siempre que se establezca que esto no afecta a los resultados. Si la muestra es de material isótropo, la norma exige que se prueben al menos cinco probetas de cada muestra. Sin embargo, si se sospecha que la muestra es anisotrópica, deben ensayarse al menos diez probetas, cinco a lo largo de su eje longitudinal y cinco a lo largo del supuesto eje anisotrópico. Además, las probetas utilizadas para determinar el módulo no pueden utilizarse para determinar la resistencia a la tracción ni ninguna otra propiedad de tracción, lo que significa que cualquiera que realice ensayos según la norma ASTM D882 haría bien en producir un gran número de probetas para medir adecuadamente todas las propiedades relevantes.

Sistema de pruebas

Debido a las bajas fuerzas de rotura de estas probetas, los ensayos ASTM D882 se realizan normalmente en una máquina universal de ensayos de una sola columna como la serie 34SC de Instron o sistemas de la serie 68SC. Sin embargo, pueden surgir complicaciones debido al hecho de que muchas probetas de película fina presentan un elevado alargamiento hasta la rotura. Cuando se emparejan estas probetas con la longitud de calibre estándar de 250 mm, a veces puede ser necesario un bastidor de columna única de altura extra o posiblemente un bastidor de columna doble para poder ensayar hasta la rotura. La serie 6800 de Instron es ideal para los laboratorios que deseen una funcionalidad avanzada en sus sistemas de ensayo.

 

Configuración de la prueba ASTM D882
1) Sistema universal de pruebas de la serie 6800
2) Bluehill Universal Software
3) Célula de carga serie 2580
4) Mordazas neumáticas serie 2712

 

Sistema Instron

MordazasDebidoa la naturaleza flexible y delicada de estas probetas de plástico, la sujeción puede ser todo un reto. Las mordazas neumáticas de acción lateral proporcionan una presión de aire de entrada ajustable para garantizar que las probetas puedan sujetarse lo suficiente durante todo el ensayo. Las mordazas neumáticas son preferibles a las de acción de tornillo o a las apretadas a mano cuando se ensayan películas finas, ya que estas últimas añaden variabilidad a la presión de apriete y pueden permitir una mayor inconsistencia en los resultados del ensayo y una mayor probabilidad de roturas o deslizamientos de la mordaza. En algunos casos, para probetas de películas muy finas, también pueden utilizarse mordazas de rodillo autoapretantes.

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1 kN Modelo | 2712-041
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1 kN Modelo | 2713-007

ALINEACIÓN DE LA MUESTRA

Los ensayos de tracción de películas y láminas finas presentan más desafíos que los ensayos de muestras rígidas, y la mayoría de las películas y láminas finas utilizadas en la fabricación de baterías para VE son extremadamente finas, con un grosor de no más de 15 micras. Estos materiales se dañan fácilmente por una mala manipulación; incluso el simple acto de agarrar una película fina o una lámina puede dañar la probeta. Alinear correctamente unas muestras tan delicadas es un punto muy delicado para muchos laboratorios de pruebas, por lo que se recomienda el uso de un dispositivo cargador de muestras de precisión. Estos dispositivos utilizan un clip de alineación desmontable y un raíl lineal para guiar las probetas hasta las mordazas, y están disponibles en varios tamaños para adaptarse a una amplia gama de dimensiones de probetas.



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Caras de mandíbula

Dado que las probetas ASTM D882 son frágiles, la selección de la cara de la mordaza también es fundamental para el éxito de los ensayos. No se recomiendan las caras dentadas de las mordazas porque pueden dañar la probeta al agarrarla, lo que provocaría roturas de la mordaza o resultados inexactos. Las caras de goma no dañan las probetas de película fina y se ha demostrado que evitan el deslizamiento de las probetas al adelgazarse en las caras durante el proceso de ensayo, lo que hace que las caras de goma combinadas con mordazas neumáticas sean la combinación preferida. Esta combinación también produce los resultados más repetibles.

Las caras de las mordazas de goma deben coincidir con la anchura del extremo agarrado o tabicado de la probeta. El tamaño de cara más común para este tipo de material es de 25 mm x 25 mm (1 pulg. x 1 pulg.). La coincidencia de la anchura facilita la alineación de la probeta, lo que es fundamental para obtener buenas roturas y resultados precisos en los ensayos. En caso de que la anchura de la probeta esté en el lado más pequeño de la tolerancia de la norma, es necesario que las caras de las mordazas sean al menos tan anchas como la probeta, aunque en este caso también es aceptable que sean más anchas.

La sujeción por contacto de línea también es una posibilidad para las muestras de película que son demasiado finas para las caras de goma. Las caras de contacto en línea incluyen una cara lisa de la mordaza y una cara opuesta que está redondeada, lo que ayuda a distribuir la fuerza de sujeción a lo largo de una única línea perpendicular al movimiento de la cruceta. El aspecto más crítico de la sujeción es evitar el deslizamiento durante la prueba, así como mantener una distribución uniforme de la tensión en cada probeta mientras se realiza la prueba.

Pruebas automatizadas de películas finas para baterías de vehículos eléctricos
Con el crecimiento explosivo previsto para la industria de los vehículos eléctricos, los fabricantes de baterías deben considerar la posibilidad de ampliar sus capacidades de pruebas lo antes posible para satisfacer el aumento previsto de la demanda. A medida que aumenta el volumen de ensayos, el rendimiento y la eficiencia adquieren mayor importancia. Instron ofrece muchas soluciones diferentes para aumentar la productividad de su laboratorio de ensayos, incluyendo sistemas automatizados y semiautomatizados que son ideales para ensayar grandes volúmenes de probetas de película fina.



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El software de pruebas Bluehill Universal de ResultsInstronfacilita la elaboración de informes con cálculos conformes a la norma. El software también viene con un método de prueba preconfigurado para las pruebas ASTM D882, completo con parámetros de prueba y cálculos específicos para ayudar a garantizar el cumplimiento.

Bluehill Universal ASTM D882