ASTM D3039: Propriedades de tração de materiais compósitos de matriz polimérica
Um guia para testar compósitos reforçados com matriz polimérica de acordo com a norma ASTM D3039
Escrito por: Ian McEnteggart
Atualizado: 18 de novembro de 2025
A norma ASTM D3039 é um padrão amplamente utilizado para determinar as propriedades de tração de materiais compósitos. Mais especificamente, esta norma aplica-se a compósitos que consistem numa matriz polimérica reforçada por fibras de alto módulo contínuas ou descontínuas.
Devido à sua elevada relação resistência/peso, estes tipos de compósitos são normalmente utilizados para aplicações aeroespaciais, automotivas e de energias renováveis.
Este guia apresenta os principais elementos do teste ASTM D3039, incluindo equipamentos, software e amostras necessárias.
O que a norma ASTM D3039 mede?
O teste ASTM D3039 envolve a aplicação de uma força de tração a um corpo de prova (cupom) e a medição de várias propriedades. O teste é realizado numa máquina de teste universal (também chamada máquina de teste de tração) e a norma incorpora unidades de polegada-libra e SI.
As principais medições incluem:
- Resistência à tração final – Tensão máxima aplicada (normalmente na rutura)
- Deformação de tração final – Deformação na rutura
- Módulo de tração – Rigidez do material
- Coeficiente de Poisson – Relação entre a variação na deformação transversal e longitudinal
- Deformação de transição – Nos casos em que o material apresenta um comportamento de cedência, conforme indicado por uma alteração de inclinação na resposta tensão-deformação, a deformação de transição é o valor de deformação onde ocorre a alteração de inclinação
- Modo de falha – Os corpos de prova partidos devem ser examinados e o seu tipo, área e localização de falha devem ser registados
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A norma ASTM D3039 é a norma certa?
A norma ASTM D3039 é um dos testes mais básicos para caracterizar as propriedades de tração de materiais compósitos. No entanto, existem outras normas para avaliar as muitas propriedades mecânicas diferentes de materiais compósitos anisotrópicos e heterogéneos, incluindo:
- ASTM D3410 e ASTM D6641 para testes de compressão
- ASTM D3518 para testes de cisalhamento no plano
O Módulo de Aplicações de Compósitos no software Bluehill Universal da Instron inclui um método de teste pré-configurado para ASTM D3039 e muitas outras normas. Veja a lista completa de modelos de métodos disponíveis no Bluehill Universal.
Tipos de corpos de prova
Os corpos de prova ASTM D3039 são de forma retangular com uma secção transversal constante.
A norma inclui geometrias de corpos de prova recomendadas para tipos de materiais unidirecionais a 0⁰, unidirecionais a 90⁰, equilibrados e simétricos e descontínuos aleatórios.
A norma ASTM D3039 pode ser utilizada tanto para reforços de fibra contínua como descontínua, mas a disposição do corpo de prova laminado deve ser equilibrada e simétrica em relação à direção do teste para garantir que o corpo de prova não torça ou distorça sob carga.
Abas do corpo de prova
É prática comum em testes de compósitos utilizar abas para proteger o material do corpo de prova de ser danificado pelas garras. A norma ASTM D3039 não exige abas, mas recomenda a sua utilização ao testar materiais unidirecionais.
As abas podem ser coladas ao corpo de prova ou mantidas no lugar por fricção (por exemplo, pano de esmeril).
Medição de amostras
Antes do teste, a área da secção transversal do corpo de prova deve ser medida. Isto é feito medindo a largura e a espessura em três locais dentro da secção de medição e calculando a média das medições.
Dispositivos de medição de corpos de prova
- Quando uma ou ambas as superfícies são irregulares, é necessário um micrómetro com uma interface de esfera para medir a espessura.
- Se ambas as superfícies forem planas, então pode ser utilizado um micrómetro com uma interface de esfera ou plana.
- Utilize um paquímetro ou micrómetro com uma bigorna plana para medir a largura do corpo de prova.
Melhor prática: Para eliminar a hipótese de erros de entrada e para melhorar a eficiência, utilize um dispositivo automático de medição de corpos de prova capaz de transmitir medições diretamente para o software de teste.
A funcionalidade de Dispositivo Automático de Medição de Corpos de Prova no Bluehill Universal permite que os operadores conectem até dois dispositivos (micrómetros ou paquímetros) simultaneamente.
Sistema de teste de materiais
O teste para ASTM D3039 é realizado numa máquina de teste universal.
- Um sistema de 30 kN ou 50 kN pode ser suficiente para testar compósitos de fibra de vidro.
- Um sistema de 100 kN ou 300 kN é geralmente necessário para testar compósitos de fibra de carbono.
Garras e alinhamento do corpo de prova
As garras de tração utilizadas para segurar corpos de prova compósitos devem fornecer uma pressão suficientemente forte e uniforme para evitar que o corpo de prova escorregue durante o teste.
Garras recomendadas
Ambos os tipos de garras fornecem uma força de fixação fiável e utilizam um design de corpo móvel que minimiza as forças de compressão ao carregar um corpo de prova.
Dispositivos opcionais de alinhamento do corpo de prova podem ser instalados nestas garras para definir o alinhamento ideal para resultados mais consistentes.
Faces de garras recomendadas
- Corpos de prova com abas: Faces de garras serrilhadas
- Corpos de prova sem abas: Faces de garras planas com um revestimento duro de alto atrito (por exemplo, surfalloy, carboneto)
Nota: Em alguns casos, pode ser utilizado pano de esmeril com faces serrilhadas para segurar corpos de prova sem abas.
Medição de deformação
A deformação é medida utilizando um extensómetro ou extensómetros de resistência.
Extensómetros de fixação (por exemplo, Série 2630)
- Anexado manualmente ao corpo de prova no início de cada teste
- Pode precisar de ser removido antes que o corpo de prova parta se a falha for violenta
- Pode não ser adequado para medir a deformação na falha
- Pode ser utilizado em câmaras ambientais até uma temperatura máxima de 200 °C
Extensómetros de vídeo sem contacto (por exemplo, Extensómetro de vídeo avançado AVE3)
- A câmara mede a deformação utilizando marcações no corpo de prova
- Não pode ser danificado pela energia libertada na falha
- Pode ser utilizado com uma câmara ambiental para testes não ambientais – monta-se fora da câmara, eliminando a necessidade de abrir e fechar a porta durante o teste
Extensómetros transversais
Se estiver a testar o coeficiente de Poisson, é necessário um extensómetro transversal para medir a variação na largura ao longo da região elástica do corpo de prova.
Um extensómetro transversal autónomo pode ser utilizado para complementar um extensómetro de fixação ou de vídeo, ou um dispositivo biaxial pode ser utilizado para medir a deformação axial e transversal simultaneamente com um único dispositivo.
Extensómetros de resistência
- Os extensómetros de resistência elétrica são normalmente utilizados para medir a deformação na falha em compósitos.
- Normalmente consistem numa fina grelha de folha de metal que é colada ao corpo de prova com um adesivo
- Pode ser utilizado em câmaras ambientais – desde temperaturas criogénicas até mais de 200 °C
- Requer eletrónica de condicionamento para gerar um sinal útil. A Instron oferece um adaptador fácil de utilizar para a eletrónica padrão numa máquina de teste Instron.
Embora os extensómetros de resistência possam fornecer medições de deformação muito precisas, são um consumível dispendioso que requer mão de obra qualificada para instalar corretamente.
Testes não ambientais em câmaras ambientais
Os materiais compósitos requerem frequentemente testes sob condições não ambientais para caracterizar o desempenho do material sob temperaturas de aplicação.
As câmaras ambientais utilizam convecção de ar forçado juntamente com elementos de aquecimento resistivos para atingir altas temperaturas e azoto líquido ou arrefecimento com dióxido de carbono para atingir baixas temperaturas.
As câmaras ambientais da Série 3119-600 da Instron fornecem extensas capacidades de teste de temperatura para avaliar as propriedades do material sob condições não ambientais. Uma gama completa de garras, hastes de tração e extensómetros complementares estão disponíveis.
Notas finais
A norma ASTM D3039 é essencial para compreender o comportamento de tração de compósitos reforçados com fibra de matriz polimérica. Embora este guia forneça uma visão geral abrangente, consulte sempre a norma ASTM D3039 completa para procedimentos detalhados e conformidade.
Perguntas frequentes
| ASTM D3039 | ASTM D638 | |
|---|---|---|
| Materiais | A norma ASTM D3039 abrange a determinação das propriedades de tração no plano de compósitos de matriz polimérica reforçados por fibras de alto módulo contínuas ou descontínuas.
As propriedades dos materiais compósitos de fibra contínua podem ser altamente anisotrópicas, ou seja, dependem fortemente da direção. |
A norma ASTM D638 abrange a determinação das propriedades de tração de plásticos não reforçados e reforçados. Os compósitos reforçados com fibras de alto módulo devem ser testados de acordo com a norma ASTM D3039.
Espera-se que os tipos de material plástico testados utilizando a norma ASTM D638 sejam essencialmente isotrópicos, ou seja, as propriedades são aproximadamente as mesmas em todas as direções. |
| Corpos de prova | Os corpos de prova ASTM D3039 são todos planos e retangulares. Isto reduz a possibilidade de falhas de cisalhamento nas garras.
Abas coladas ou de fricção são recomendadas para alguns tipos de material, por exemplo, unidirecional para evitar que as faces das garras danifiquem as fibras compósitas e causem falha prematura. Os corpos de prova são normalmente produzidos cortando folhas laminadas planas utilizando uma serra de diamante. |
Os corpos de prova ASTM D638 têm uma largura reduzida na secção de medição e larguras maiores na secção de fixação.
Os corpos de prova são geralmente produzidos por moldagem por injeção. |
| Medição de deformação | A norma ASTM D3039 especifica a utilização de um extensómetro calibrado de acordo com a norma ASTM E83 Classe B-1 ou extensómetros de resistência em conformidade com a norma ASTM E251.
A deformação de falha da maioria dos materiais compósitos é inferior a 5%, pelo que estes dispositivos de medição de deformação não requerem um grande curso. |
A norma ASTM D638 requer um extensómetro calibrado de acordo com a norma ASTM E83 Classe B-2 para medições de módulo e baixa extensão (<20%) juntamente com a utilização do deslocamento da travessa para determinar a “deformação nominal” para medições de alta extensão. |
| Cálculos | A norma ASTM D3039 inclui cálculos para:
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A norma ASTM D638 inclui cálculos para:
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Instron 6800 Series Universal Testing Systems provide unparalleled accuracy and reliability. Built on a patent-pending Operator Protect system architecture with an all-new Smart-Close Air Kit and Collision Mitigation features, the 6800 Series makes materials testing simpler, smarter, and safer than ever before.
High Force Universal Testing Machines Brochure
Instron’s high force systems include electromechanical and high-capacity hydraulic testing systems for tension and compression applications. Force capacities range from 100 kN to 2000kN.
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Instron 2716-028 / 2716-030 Series Precision Manual Wedge Grips provide reliable gripping for a vast range of materials, as well as repeatable alignment that meets Nadcap requirements.
Brochura do Bluehill Universal
Bluehill Universal é o software avançado de ensaio de materiais da Instron, projetado para interação intuitiva por toque e fluxos de trabalho simplificados. Oferece métodos de ensaio pré-carregados, QuickTest para configuração rápida, exportação de dados aprimorada e Instron Connect para comunicação direta com o serviço. Os usuários do Bluehill 2 e Bluehill 3 podem facilmente atualizar para a versão mais recente para melhor desempenho e usabilidade.
3119-600 Series Environmental Chambers
The 3119-600 Series Environmental Chamber allows labs to perform safe and efficient testing at a wide range of non-ambient temperatures.