ISO » La guía definitiva de la norma ISO 178

La guía definitiva de la norma ISO 178

Cómo realizar un ensayo de flexión en plástico según la norma ISO 178
Escrito por Daniel Caesar

Encabezado ISO 178

Debido a su bajo coste, ligereza, resistencia a la corrosión y versatilidad general, los plásticos han establecido una presencia significativa en muchas industrias diferentes. Es importante determinar las propiedades de los materiales plásticos para caracterizar su comportamiento esperado en aplicaciones del mundo real. Una propiedad importante es la relación entre la tensión y la deformación mientras una muestra de plástico se dobla o flexiona: en otras palabras, las propiedades de flexión del material. Para regular un método estandarizado internacionalmente para determinar esta propiedad, la Organización Internacional de Normalización (ISO) desarrolló la norma ISO 178.

Esta guía está diseñada para introducirle en los elementos básicos de un ensayo de flexión ISO 178 y proporcionará una visión general del equipo de ensayo, las probetas y los resultados implicados en la norma. Sin embargo, cualquier persona que planee realizar ensayos conformes con la norma ISO 178 no debe considerar esta guía un sustituto adecuado de la lectura de la norma completa.

¿Qué mide?

icono del centro de plásticos

La norma ISO 178 es un método de ensayo para determinar las propiedades de flexión de plásticos rígidos y semirrígidos mediante la realización de un ensayo de flexión en tres puntos en un sistema de ensayo universal. Un ensayo de flexión en tres puntos aplica fuerza en el punto medio de una probeta rectangular, que se apoya libremente en ambos extremos. La fuerza aplicada se mide mediante una célula de carga, y la deflexión resultante se mide mediante el desplazamiento del cabezal del sistema (con resultados corregidos por la conformidad del sistema) o mediante un dispositivo de medición directa de la deformación. La norma ISO 178 describe cuatro tipos de ensayo, cada uno de los cuales especifica un método de medición de la deflexión (es decir, mediante cabezal o transductor de deformación directa) y un requisito de precisión de calibración asociado.

El tipo de ensayo ISO 178 que realiza un laboratorio viene prescrito por los requisitos de sus clientes, ya sean internos, como un laboratorio de I+D, o externos, como un laboratorio de ensayos de terceros. Es importante asegurarse de que los requisitos específicos de su laboratorio se identifiquen y acuerden con sus clientes antes de adquirir equipos de ensayo y realizar pruebas.

¿Es la norma ISO 178 la adecuada para usted?

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

  • La norma ISO 178 requiere el uso de un deflectómetro o una corrección de conformidad para determinar el módulo. La norma ASTM D790 permite calcular el módulo únicamente mediante el desplazamiento del cabezal.
  • Los tamaños preferidos de las probetas son diferentes y, dado que la velocidad de ensayo depende del espesor de la probeta, las velocidades de ensayo entre las normas pueden variar. El espesor preferido para las probetas ISO 178 es de 4 mm, mientras que el espesor preferido para las probetas ASTM D790 es de 3,2 mm.
  • La norma ASTM D790 permite solo una velocidad de ensayo, mientras que la norma ISO 178 permite utilizar una segunda velocidad de ensayo (más rápida) después de medir el módulo.

Especímenes

Las probetas ISO 178 se mecanizan a partir de láminas de acuerdo con la norma ISO 2818 o se preparan mediante moldeo por compresión o inyección de acuerdo con las normas ISO 293/295 o ISO 294-1/10724-1, respectivamente. Las dimensiones preferidas de las probetas se especifican como:

  • Longitud: 80 mm (± 2)
  • Anchura: 10 mm (± 0,2)
  • Espesor: 4 mm (± 0,2)

Si las dimensiones preferidas no son alcanzables, la norma ISO 178 ofrece anchuras alternativas en función del espesor de la probeta. Si el material es anisotrópico, se deben ensayar ambas direcciones.

Procedimiento

Los ensayos ISO 178 suelen realizarse en sistemas de ensayo universales de mesa debido al requisito de capacidad de fuerza relativamente baja. La máquina de ensayo debe ser capaz de mantener una velocidad de ensayo constante entre 1 y 500 mm/min dentro de las tolerancias especificadas en la norma. Todos los modelos de las Series 3400 y 6800 de máquinas de ensayo de Instron cumplen los requisitos de precisión de velocidad necesarios. El dispositivo de medición de fuerza, o célula de carga, debe cumplir la Clase 1 de la norma ISO 7500-1 en el rango de fuerzas a informar. Es importante asegurarse de que su laboratorio conozca las fuerzas de ensayo mínimas y máximas para que seleccionen una célula de carga con una capacidad de fuerza y un rango de verificación adecuados.

Configuración de ensayo ISO 178

Configuración de ensayo ISO 178
Sistema de ensayo universal de la serie 6800
Software Bluehill Universal
Célula de carga de la serie 2580
Dispositivo de flexión en 3 puntos (2810-400)
Émbolo de deflectómetro (2810-403)

Medición de la deformación

Medición de la deformación
Extensómetro sin contacto AVE2
Extensómetro automático AUTOX750
Extensómetro de pinza de la serie 2630

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

Cualquiera que sea la precisión de deflexión que requiera su laboratorio, Instron tiene una solución para satisfacerla. Todos los bastidores de ensayo de las Series 3400 y 6800, equipados con el software Bluehill® Universal, son capaces de medir la deflexión desde el cabezal con o sin corrección de conformidad. Instron también ofrece una gama de soluciones para la medición directa de la deformación. Una solución común es un extensómetro de clip montado en un émbolo, o deflectómetro. Las soluciones más avanzadas y de mayor rendimiento incluyen el AutoX750 y el Extensómetro de vídeo avanzado (AVE3).

De forma similar a la célula de carga del sistema, el dispositivo de medición de la deflexión también debe verificarse en el rango de funcionamiento de los resultados informados. El módulo de flexión, en particular, se calcula con deflexiones excepcionalmente pequeñas (inferiores a 0,1 mm). Es útil identificar los desplazamientos mínimos y máximos del ensayo para poder instruir adecuadamente al proveedor de verificación.

 


Extensómetros ISO 178

Accesorios

Para los ensayos según la norma ISO 178 es necesario un dispositivo de flexión en tres puntos. Este dispositivo consta de un yunque de carga superior montado en el cabezal móvil y una viga de soporte inferior fija con dos yunques ajustables. El dispositivo de flexión 2810-400 de Instron cumple plenamente los requisitos del dispositivo y es adaptable para su uso con yunques de radio de 2,0 mm para ensayar probetas de hasta 3,0 mm de espesor, o yunques de radio de 5,0 mm para probetas más gruesas. El requisito de la luz de apoyo se basa en una relación del espesor de la probeta, que varía en función de la rigidez del material que se ensaya. Los yunques ajustables permiten al operador establecer la distancia de la luz de apoyo y cuentan con unidades de longitud graduadas en la viga de apoyo para permitir un posicionamiento preciso de los yunques. También permite un fácil centrado del deflectómetro cuando se utilizan dispositivos de deformación. Dado que la alineación de la probeta puede causar una variación significativa en los resultados, se debe tener especial cuidado para asegurar que las probetas se alineen de manera consistente en cada ensayo. Los dispositivos de flexión de Instron también vienen con brazos de alineación que son ajustables para la anchura de la probeta.

2810-400-01-16

Modelo de 5 kN | 2810-400

Medición de probetas

La norma ISO 178 exige que las mediciones de anchura y espesor se tomen en el centro de la longitud de la probeta de acuerdo con la norma ISO 16012. Se toman al menos tres mediciones, y su media se registra tanto para la anchura como para el espesor. La función Dispositivo de medición automática de probetas (ASMD) de Instron en Bluehill Universal permite a los operadores conectar hasta dos micrómetros o dispositivos de medición al ordenador y que estos introduzcan la media de las mediciones directamente en el software. Esto elimina las posibilidades de errores de entrada del operador y aumenta la eficiencia.

Método de ensayo

La luz del dispositivo de flexión en tres puntos (distancia entre los yunques inferiores) se configura en función del espesor de la probeta. Las condiciones ambientales del ensayo —baja o alta temperatura, por ejemplo— dependen del material que se ensaya y deben ser acordadas por el laboratorio y su cliente. La norma ISO 291 proporciona orientación en ausencia de esta información. Instron ofrece cámaras ambientales totalmente integradas para acomodar ensayos no ambientales.

La norma ISO 178 especifica el Método A y el Método B para establecer la velocidad del cabezal. El Método A utiliza una única velocidad durante todo el ensayo, mientras que el Método B utiliza una velocidad durante la región inicial del módulo y una segunda velocidad, más alta, para el resto del ensayo. Las velocidades constantes del cabezal utilizadas tienen como objetivo estimar velocidades de deformación especificadas. Tras una rutina de precarga, la probeta se deflecta hasta la rotura o hasta una deformación por flexión del 5%, lo que ocurra primero. Los datos de fuerza y deflexión se registran durante todo el ensayo a una velocidad de adquisición de datos suficiente.

Al configurar el ensayo, se recomienda encarecidamente una precarga adecuada para garantizar mediciones de deformación precisas y consistentes. La cantidad de fuerza que se aplica a la probeta antes de iniciar el ensayo afecta directamente a la repetibilidad de los cálculos.

Configuración ISO 178 en un sistema de ensayo de materiales

Configuración de ensayo ISO 178

Sistema de ensayo universal de la serie 3400


Software Bluehill Universal


Load Cell Serie 2530


Dispositivo de flexión de 3 puntos (2810-400)

Resultados

A continuación se presenta una lista de cálculos y resultados que se pueden informar para la norma ISO 178:

  • Tensión de flexión – Una función de la carga aplicada, la luz, la anchura de la probeta y el espesor de la probeta. Esto difiere de la tensión de tracción o compresión, que es la fuerza por unidad de área.
  • Deformación por flexión – Una función de la deflexión, la luz y el espesor de la probeta. Esto difiere de la deformación por tracción o compresión, que es el cambio en la longitud calibrada sobre la longitud calibrada original.
  • Módulo de flexión – Una función de la tensión de flexión y la deformación por flexión entre el 0,05% y el 0,25% de deformación por flexión. Se puede ajustar un módulo de cuerda en esos puntos en una curva de tensión de flexión frente a deformación por flexión.
  • Resistencia a la flexión – La tensión de flexión máxima obtenida durante un ensayo de flexión.
  • Tensión de flexión a la rotura – La tensión de flexión cuando una probeta se rompe. Para algunos materiales, la probeta se rompe antes de un punto de fluencia, en cuyo caso la resistencia a la flexión sería igual a la tensión de flexión a la rotura.
  • Tensión de flexión con una deformación por flexión del 5% – La tensión de flexión al final de un ensayo, para ensayos en los que la probeta no se rompe dentro del 5% de deformación por flexión.

 

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 probetas y los dispositivos de alineación de probetas aumentan la eficiencia del ensayo al reducir la cantidad de entrada manual necesaria por parte del operador del ensayo. También están disponibles sistemas de ensayo totalmente automatizados, como el AT3 y el AT6 de Instron, diseñados para incorporar la medición de probetas, la carga de probetas, el ensayo y la extracción. Estos sistemas pueden funcionar durante horas sin requerir ninguna interacción del operador. Además, estos sistemas ayudan a reducir la variabilidad debida al error humano.