ASTM D638: Ensayo de tracción para plásticos

Introducción

Es necesario conocer las propiedades mecánicas de un material en la ingeniería de plásticos y la ciencia de los polímeros. Entre todas las propiedades de los materiales, la más importante es la resistencia a la tracción, es decir, la cantidad de tensión que puede soportar un material sin fallar cuando se somete a tracción. La norma ASTM D638, reconocida internacionalmente por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM), proporciona un método para probar las propiedades de tracción de los plásticos en condiciones de laboratorio.

¿Qué es la norma ASTM D638?

La norma ASTM D638, o "Método de ensayo estándar para las propiedades de tracción de los plásticos", describe el método, el tipo de muestra y las condiciones de ensayo para comprobar la resistencia a la tracción, el alargamiento a la rotura y el módulo elástico de los polímeros termoplásticos y termoestables. Se aplica a los plásticos semirrígidos y rígidos y sirve para comparar productos de distintos fabricantes o métodos de transformación.

El material está normalizado para garantizar que los ensayos de tracción sean repetibles, minimizando la velocidad de ensayo, el tipo de agarre y la variación de la forma de la probeta. La norma ASTM D638 se utiliza ampliamente y constituye la base del diseño de ingeniería, la elección de materiales y la asistencia normativa.

Tipos de muestras y preparación

La especificación ASTM D638 clasifica cinco tipos de probetas de ensayo (Tipo I a Tipo V) en función del tamaño. Los tipos I y IV son los más utilizados:

Tipo I: 165 mm de longitud total, 13 mm de anchura de sección delgada, 3,2 mm de espesor. Se emplea con mayor frecuencia para ensayos generales de tracción de plásticos comunes.

Tipo IV: 115 mm de longitud total, 6 mm de anchura de sección delgada, 3 mm de espesor. Cuando la disponibilidad de material es limitada o como estudio base de comparación.

Las probetas pueden fabricarse mediante moldeo por inyección, moldeo por compresión, extrusión o cortando a partir de placas. Además, debe prestarse atención a que las probetas no presenten defectos, es decir, huecos, arañazos o irregularidades en su superficie, ya que también pueden afectar a los resultados de tracción de forma bastante significativa.

Procedimiento de ensayo

El ensayo de tracción consiste en colocar la probeta dentro de una máquina universal de ensayos (UTM) y cargarla con una carga de tracción uniaxial controlada hasta el fallo. Algunos de los factores importantes que intervienen en el proceso son:

1. La selección de la sujeción: Las probetas se sujetan mediante mordazas neumáticas o mecánicas. La sujeción no debe provocar deslizamientos y la sujeción no debe ser una fuente de concentración de tensiones.

2. Velocidad de ensayo: La velocidad del travesaño varía en función del tipo de material y del espesor de la probeta. Para probetas nominales de tipo I de 3,2 mm de espesor, la velocidad suele ser de 50 mm/min. La velocidad puede influir en el alargamiento medido y en la resistencia a la tracción en el caso de plásticos viscoelásticos.

3. 3. Entorno de acondicionamiento: Las probetas se acondicionan al 50% de humedad relativa y a 23°C durante un mínimo de 40 horas según ASTM D618 para que sean lo más estables posible en cuanto a contenido de humedad y temperatura.

Propiedades clave medidas

Las pruebas ASTM D638 incluyen algunas de las propiedades más críticas de los materiales:

Resistencia a la tracción: Es la tensión máxima que tolera el material antes de sufrir una deformación permanente. El HDPE, por ejemplo, suele ceder a 20-30 MPa, mientras que el policarbonato (PC) puede ceder a 60-70 MPa.

Resistencia a la rotura por tracción: Esfuerzo al que la probeta acaba fracturándose. Los plásticos frágiles, como el poliestireno, se rompen en el límite elástico o cerca de él, mientras que los plásticos dúctiles, como el polietileno, se estiran considerablemente antes de romperse.

Alargamiento de rotura: Alargamiento en longitud a la rotura en términos porcentuales. El HDPE puede tener un alargamiento del 400-600%, mientras que el del poliestireno es inferior al 5%.

Módulo de elasticidad (módulo de Young): Medida de la rigidez a partir de la pendiente de la primera parte lineal de la curva tensión-deformación. Por ejemplo, el polipropileno tiene alrededor de 1,5-2 GPa de módulo y el PVC hasta 3-3,5 GPa.

Los ingenieros aplican estos valores para determinar si un material puede soportar o no cargas de funcionamiento sin romperse o sufrir deformaciones permanentes.

Aplicaciones de los ensayos ASTM D638

1. Selección de materiales de ingeniería

Los diseñadores contrastan los plásticos para componentes estructurales a partir de los datos de ASTM D638. Por ejemplo, al elegir material para componentes de vehículos como paneles interiores, la resistencia a la tracción y el alargamiento determinan si un plástico es resistente a los impactos y flexible sin agrietarse.

2. Control de calidad de fabricación

En ocasiones, los fabricantesde plásticos pueden probar lotes para asegurarse de que las propiedades mecánicas son constantes. La variación de la temperatura de extrusión, la presión de inyección o las velocidades de enfriamiento se trasladarán a las propiedades de tracción. ASTM D638 es un método aceptado para garantizar que los materiales cumplen las especificaciones antes de su envío.

3. 3. Investigación y desarrollo

En I+D, los ensayos de tracción determinan el efecto de aditivos, cargas o refuerzos en las materias primas. Por ejemplo, la adición de fibras de vidrio al polipropileno duplica la resistencia a la tracción de 30 MPa a más de 80 MPa y reduce el alargamiento a la rotura a la mitad. La norma ASTM D638 garantiza una comparación eficaz entre formulaciones.

4. Cumplimiento de la normativa

Los dispositivos médicos, los envases de alimentos y los componentes electrónicos a menudo requieren pruebas mecánicas según la norma ASTM D638 para cumplir las normas ISO, FDA o ASTM. Los tubos de polietileno aprobados por la FDA son uno de los casos en los que debe garantizarse la uniformidad de las propiedades de tracción para garantizar un uso seguro en dispositivos médicos.

Conclusión

La norma ASTM D638 es una norma en la que se basan los ensayos de tracción de plásticos para determinar sus propiedades. Al proporcionar procedimientos creíbles para los ensayos, la preparación de muestras y el análisis, permite a los ingenieros y fabricantes tomar decisiones bien fundadas sobre la elección de materiales, el diseño de productos y la garantía de calidad. La norma garantiza que los plásticos se comporten de forma coherente y segura ante esfuerzos mecánicos, desde paneles para automóviles hasta dispositivos médicos. Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).