ASTM D412: LA GUÍA DEFINITIVA PARA REALIZACIÓN DE ENSAYOS DE TRACCIÓN DE ELASTÓMEROS

Cómo realizar un ensayo de resistencia a la tracción en elastómeros de acuerdo con el estándar ASTM D412 

Escrito por Kayla Thackeray

El ASTM D412 es el estándar más común para la determinación de las propiedades de tracción de elastómeros termoplásticos y caucho vulcanizado (termoestable). Los compuestos de esta familia se emplean para crear una amplia variedad de artículos consumibles como neumáticos, balones de fútbol y cintas de caucho. Esta familia también genera materiales altamente especializados, como las juntas tóricas de los transbordadores espaciales, que funcionan de un modo fiable bajo condiciones de entorno extremas.

astm d412 mordazas y extensómetros

Esta guía se ha diseñado para presentar los elementos básicos de un ensayo de tracción ASTM D412, y proporcionará una descripción del equipo, el software y las muestras necesarias para la realización del ensayo de materiales. No obstante, cualquier persona que se disponga a ejecutar ensayos según ASTM D412 no debe considerar esta guía como sustituto válido de la lectura del estándar completo.

 
 

¿Qué mide?

El estándar ASTM D412 mide la elasticidad de un material bajo deformación por tracción, así como el comportamiento tras el ensayo cuando el material deja de estar sometido a esfuerzo. El estándar ASTM D412 se lleva a cabo en una máquina de ensayo universal (también llamada máquina de ensayo de tracción) a una velocidad de ensayo de 500 ± 50 mm/min hasta que la probeta falla. Aunque el estándar ASTM D412 mide una gran variedad de propiedades de tracción distintas, las siguientes son las más comunes:

  • Resistencia a la tracción – el máximo esfuerzo de tracción aplicado en estirar una probeta hasta su rotura.
  • Esfuerzo de tracción en un alargamiento dado – el esfuerzo necesario para estirar la sección uniforme de una probeta de ensayo hasta un alargamiento dado.
  • Alargamiento máximo – el alargamiento en el que se produce la rotura al aplicar el esfuerzo de tracción continuado.
  • Juego de tracción – la extensión restante tras someter a una probeta a estiramiento y permitir su retracción de un modo especificado, expresado en forma de porcentaje de la longitud original.

Tenga en cuenta que el estándar ASTM D412 no es de aplicación a ensayos de elastómeros duros con bajos alargamientos como la ebonita. Para ensayos con ebonita y plásticos rígidos, se debe consultar el estándar ASTM D638.

 ASTM D412 informe de ensayo

Sistema de ensayo de tracción

La mayoría de los ensayos ASTM D412 se realizan sobre una máquina de ensayo universal de sobremesa con una amplia variedad de accesorios que pueden configurarse para la ejecución correcta de un ensayo de resistencia de tracción ASTM D412 para elastómeros y caucho.

Ensayo preestablecido Bluehill Universal ASTM D412

Un paquete estándar incluiría un sistema de ensayos serie 3300, un extensómetro de largo recorrido XL y un par de mordazas de rodillo manuales. Se trata de un sistema idóneo para empresas de tamaño pequeño-mediano dedicadas a la fabricación de elastómeros o para ompradores de su primer sistema D412.

Máquina de ensayo Instron 3300

Un sistema más avanzado y eficiente es el sistema de ensayos de la serie 5900, con un extensómetro de vídeo sin contacto AVE 2 y un par de mordazas de accionamiento lateral neumático de la serie 2712 con un kit de aire avanzado. Este sistema representa el estándar mundial para los fabricantes de neumáticos y grandes multinacionales fabricantes de elastómeros.

 Sistema de ensayo serie 5900 con mordazas neumáticas y ave2

Para clientes que exijan una alta producción, los sistemas de ensayo tipo multiestación Instron son la respuesta, pudiendo realizar ensayos hasta de cinco muestras simultáneamente.

Máquina de ensayo multiestación

Probetas

El estándar ASTM D412 describe dos métodos de ensayo, dependiendo del tipo de probeta. Tenga en cuenta que estos dos métodos de ensayo no generan resultados idénticos. El Método de ensayo A hace uso de probetas con forma de "dogbone" o "hueso", mientras que el Método de ensayo B está diseñado para probetas con forma de anillo. El Método de ensayo A es más común que el Método de ensayo B. Las muestras en forma de "hueso" deben troquelarse de una placa o plancha moldeada por inyección. La dirección de extrusión de la plancha es importante ya que genera un sutil patrón de grano en el material. Para obtener resultados más precisos, la mitad de las probetas deben cortarse contra este grano (orientación) y la otra mitad favor del mismo.

Medición de probetas

Existen seis tipos de probetas en forma de "hueso" admisibles para el ensayo ASTM D412 y dos tipos admisibles para probetas tipo anillo. La forma más comúnmente ensayada es una probeta con forma de "hueso" troquelada en C, que se establece para una longitud total de 115 mm (siendo la distancia inicial entre marcas 25 mm), una anchura de 6 mm y un espesor de 3 mm. El espesor de la probeta debe medirse tres veces, con un valor medio que será el valor aceptado.

Para garantizar la conformidad con el estándar, todas las probetas utilizadas para el ensayo ASTM D412 deberán medirse con un micrómetro de acuerdo con el estándar ASTM D3767. La función Dispositivo de medición automática de probetas disponible en Bluehill® Universal permite a los operadores conectar al ordenador hasta dos micrómetros o dispositivos de medición e introducir los datos directamente en el software. Esto elimina la posibilidad de errores de entrada de operador y aumenta la eficiencia.

Alineación de la probeta

Para que un ensayo se pueda ejecutar correctamente, las probetas se deben colocar perpendiculares a las superficies de mandíbula, no inclinadas o en un ángulo. La alineación incorrecta de las probetas puede provocar grandes variaciones en los resultados del ensayo; por ello, se debe prestar especial atención en garantizar que la alineación de las probetas sea consistente en cada ensayo.

Una forma de abordar la alineación incorrecta consiste en utilizar una superficie de mandíbula cuya anchura sea similar a la de la probeta, lo que consigue que ajustar la alineación visualmente sea relativamente sencillo. La forma más sencilla de evitar la alineación incorrecta es emplear un dispositivo de alineación de probetas montado directamente en los cuerpos de las mordazas. Se trata de una barra simple que proporciona un punto de parada ajustable, de modo que los operadores pueden observar fácilmente que la probeta se ha alineado correctamente.

 
 

Mordazas

Una vez apretadas las mordazas en torno a las probetas de plástico en preparación para la ejecución del ensayo, se suelen aplicar fuerzas de compresión no deseadas. Estas fuerzas, aunque son mínimas, pueden interferir con los resultados si no se tratan adecuadamente. es fundamental que no se equilibren/balanceen después de insertar la probeta, ya que esto causará una variación en los resultados. El software de ensayo de materiales Bluehill Universal se puede programar para normalizar las fuerzas en varias probetas y eliminar cualquier fuerza de compresión o pretensión, lo que garantiza la consistencia de los resultados en todas las probetas. La protección de la probeta, disponible en las máquinas de ensayo universales de la serie 5900, están diseñadas para evitar que la probeta o el sistema sufran daños durante la fase de configuración de un ensayo, antes de que se hayan definido los límites de funcionamiento del ensayo. Cuando está activada, Specimen Protect ajusta automáticamente la cruceta para mantener las fuerzas no deseadas por debajo de un determinado límite.

 
 

A medida que las probetas de elastómero se estiran, su espesor se reduce. Por este motivo, el estándar ASTM D412 recomienda emplear mordazas que aprieten automáticamente. Una presión consistente y uniforme a lo largo de las mandíbulas garantiza que las probetas, cada vez de menor espesor, no se salgan de las mordazas durante la realización del ensayo. Las mordazas neumáticas de accionamiento lateral con mandíbulas serradas son altamente efectivas para ensayos en elastómeros. Con las mordazas neumáticas, la presión del aire de entrada se ajusta automáticamente, permitiendo el mantenimiento constante de la fuerza de agarre aunque el espesor de la muestra cambie significativamente durante el ensayo. Otra opción efectiva es el empleo de mordazas de rodillo autoprensantes, que emplean un muelle para ejercer presión constante sobre la muestra durante el ensayo. Al emplear el Método de ensayo B del ASTM D12, pueden utilizarse probetas de junta tórica con nuestra fijación junta tórica. Estas mordazas evitan la concentración de esfuerzos locales mediante ejes de rotación ubicados en la parte superior e inferior de las fijaciones.

mordazas

Extensómetro

Aunque el estándar no requiere el uso de extensómetros, es recomendable contar con una medición de deformación con extensómetro para lograr resultados precisos y repetitivos. La medición de deformación, basada en el recorrido de la cruceta, puede ser menos precisa debido al alargamiento de la probeta más allá de la distancia inicial de referencia. Los extensómetros de largo recorrido XL están diseñados para su uso en materiales elastoméricos, pudiendo emplearse también hasta la rotura de probetas. La fuerza de agarre ajustable en las cuchillas reduce el fallo prematuro de la probeta. Este extensómetro puede medir deformaciones de hasta el 3.000% desde la distancia inicial a tan solo una pulgada.

Extensómetro de largo recorrido

Un extensómetro sin contacto como el estándar o el extensómetro de vídeo avanzado 2 (SVE 2 o AVE 2) es la solución idónea para materiales elastoméricos. Está especialmente adaptado a probetas frágiles o que requieran una cámara ambiental para la realización del ensayo. Los extensómetros de vídeo sin contacto ofrecen la ventaja añadida de reducir la variación de resultados por interferencia del operador y aumentar la eficiencia en laboratorios con altas necesidades de producción.

Extensómetro de vídeo automático

Cámara ambiental

Los elastómeros ensayados bajo el estándar ASTM D412 a menudo están destinados a usos futuros bajo condiciones no ambientales. Como las condiciones ambientales suponen un gran impacto en las propiedades de tracción de los elastómeros, debe prestarse atención en garantizar que las condiciones del ensayo imiten las de la aplicación de uso final previstas. Los parámetros de ensayo de velocidad, temperatura, humedad, dimensiones de la probeta y de ensayo preliminar del ensayo tienen un efecto notable en los resultados de la prueba y deben mantenerse bajo control para que el ensayo genere datos útiles. Para garantizar que estos elementos simulen la aplicación de uso final del material, se emplea con frecuencia el estándar ASTM D412 en el interior de una cámara ambiental que permite utilizar calefacción o refrigeración (LN2 o CO2).

Las cámaras ambientales serie 600 de Instron permiten a los operadores supervisar la temperatura dentro de la cámara a lo largo de todo el proceso de ensayo. Además, dentro del Bluehill Universal pueden configurarse la temperatura y el tiempo de inmersión para garantizar que todas las probetas estén correctamente acondicionadas antes de comenzar el ensayo.

 Cámara ambiental

Producción

Para laboratorios que busquen aumentar su producción, el sistema permite varias modificaciones. Dispositivo de medición automática de probetas, mordazas neumáticas y dispositivo de alineación de probetas aumentan la eficiencia del ensayo reduciendo la cantidad de aportación manual por parte del operador del ensayo. Sin embargo, el tiempo de ensayo del ASTM D412 depende del alargamiento previsto de la muestra y no puede minimizarse. Para materiales de alta ductilidad, la duración del ensayo consume la mayor parte del ciclo de ensayo total. En estos casos, los bastidores de ensayo en multiestación pueden proporcionar la mejora producción ya que el operario puede realizar hasta 5 ensayos simultáneamente. 

También hay sistemas de ensayo completamente automatizados disponibles diseñados para incorporar medición de probetas, carga de probetas, ensayo y retirada. Estos sistemas pueden funcionar durante horas sin necesidad de interacción del operador. Además, estos sistemas ayudan a reducir la variabilidad derivada del error humano.

 
 

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