Ensayo de impacto de materiales plásticos

Los ensayos de impacto se llevan a cabo para determinar el comportamiento de un material a velocidades de deformación más elevadas. Para la caracterización del comportamiento de plásticos en comparación frente a solicitaciones de impacto se pueden emplear péndulos, equipos de caída libre y máquinas de ensayos de alta velocidad.
Péndulo de impacto HIT 5.5 Ensayo de impacto en plástico

Máquinas de caída libre instrumentadas

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Las máquinas de caída libre instrumentadas disponen de un sensor de fuerza, una fotocélula para determinar la velocidad de forma exacta y una rápida adquisición de datos de medición. Así es como se pueden registrar diagramas de fuerza-recorrido completos, por ejemplo, en el ensayo de perforación. A partir de estos diagramas se pueden calcular tanto los puntos de fuerza característicos como la energía de impacto absorbida. 

Máquinas de ensayos de alta velocidad

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Las máquinas de ensayo de alta velocidad generan, con su accionamiento hidráulico, velocidades de ensayo de hasta 20 m/s. Están instrumentadas y se utilizan de forma flexible para ensayos de tracción/perforación y ensayos de flexión a elevadas velocidades de deformación. Cubren los métodos de los péndulos de impacto y de las máquinas de caída libre instrumentadas. Una gran ventaja de este tipo de máquina es su excedente energético, que junto con una regulación especial, permite alcanzar velocidades prácticamente constantes durante el ensayo. 

Máquinas de caída libre clásicas

Las máquinas de caída libre clásicas se basan en el principio de movimiento de caída lineal. Una masa con un cuerpo de impacto se libera desde una altura generalmente definida.  Dado que tras el impacto contra la probeta no se realiza ninguna medición más, estas máquinas de caída libre para análisis o.k. / n.o.k. se emplean en el método de incremento de carga (staircase method) o en el método de la esfera de reloj (around the clock method).

Péndulos de impacto clásicos

Péndulo de impacto HIT 5.5 Ensayo de impacto en plástico
Los péndulos de impacto clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del péndulo tras el impacto. El resultado es la resistencia al impacto o resiliencia referido a la superficie, p. ej. en kJ/m². En el ensayo de tuberías, los péndulos de impacto también se emplean para los análisis o.k. / n.o.k de la rotura de probeta, sin una representación cuantitativa del resultado.

Péndulos de impacto instrumentados

Péndulo de impacto instrumentado - Montaje de ensayo de tracción por impacto en soporte
Los péndulos de impacto instrumentados dotados de un sensor de fuerza y una rápida adquisición de datos de medida, con una tasa de hasta 4 millones de valores de fuerza y tiempo por segundo. De este modo, además de los valores de energía del trabajo de impacto también se pueden registrar otros datos, por ejemplo, las líneas de fuerza y de deflexión, así como valores característicos de mecánica de la fractura.  

Ensayos de impacto con péndulos

Se distingue entre 4 métodos normalizados:

  • Ensayo Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)
  • Ensayo Charpy instrumentado (ISO 179-2)
  • Ensayo Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y de impacto de la viga en voladizo sin entalla, 'unnotched cantilever beam impact', (ASTM D 4812)
  • Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 y ASTM D 1822)
  • Dynstat ensayo flexión por impacto (DIN 53435)

Diferencias entre ISO y ASTM en ensayos de impacto:

De acuerdo con ISO, un martillo se puede emplear en un rango del 10 al 80% de su energía potencial nominal. ASTM permite hasta un 85%. La diferencia principal entre ISO y ASTM reside en la selección del tamaño del martillo. Según ISO, hay que emplear siempre el martillo más grande posible, a pesar de que la cobertura de rangos es a veces mínima. Esta exigencia se basa en el supuesto de que la pérdida de velocidad al romper la probeta se tiene que mantener en un mínimo. El martillo estándar descrito en ASTM tiene una energía potencial nominal de 2,7 julios, todas las demás magnitudes se obtienen multiplicando por dos. En este caso, se ha de seleccionar el martillo más pequeño del rango para el ensayo.

Ensayo de perforación en placas de ensayo

Para la caracterización de materiales de moldeo el ensayo de perforación es de especial interés. Este tipo de ensayo representa una tensión multiaxial en una placa fina, inducida por una elevada tasa de deformación. El resultado es un diagrama fuerza-tiempo o el diagrama fuerza-desplazamiento, así como los datos únicos que junto con la fuerza máxima también describen la flecha en puntos característicos del diagrama.

El ensayo de perforación está normalizado por la ISO 6603-2 y la ASTM D 3763. Una variante de la norma para el ensayo de láminas plásticas es la ISO 7765-2.

Diagrama de fuerza y recorrido ensayo de perforación en plástico ISO 6603-2
Ensayo de perforación en plástico ISO 6603-2

Los ensayos se llevan a cabo con una altura de caída de 1 m que corresponde a una velocidad de impacto de 4,43 m/s. La energía potencial del cuerpo de caída deberá ser, como mínimo, 2,73 veces mayor que la energía de punción absorbida por el cuerpo de la probeta. De este modo, se cumplirán las especificaciones de la norma tras limitar la velocidad de caída un 20%, como máximo, de la velocidad de impacto.

Especialmente en polímero duros como el policarbonato, se produce una fricción en la punta del indentador que podría provocar una clara alteración del resultado de ensayo. Por este motivo, las normas especifican que debe lubricarse ligeramente el cuerpo de perforación.

Para el ensayo a bajas temperaturas, deberán acondicionarse las placas de ensayo durante un tiempo suficiente a la temperatura de ensayo. Para ello, se pueden emplear, según la temperatura de ensayo, refrigeradores habituales que deberán colocarse junto al equipo de ensayos. Para el ensayo se extraen las probetas del refrigerador, se colocan en la máquina de caída libre y se ensayan en pocos segundos.

Las máquinas de caída libre de la serie HIT 230F están diseñadas para tener una buena accesibilidad a la mesa de probetas. Al activar el mecanismo de liberación bimanual, se cierra el bloqueo y se ocultan todas las masas móviles, evitando cualquier peligro para el usuario, y se puede realizar el ensayo en cuestión de segundos. Frente a otras ejecuciones del equipo con cámaras de temperatura integradas, el diseño del modelo HIT 230F se distingue por su elevado volumen de probetas y su fácil manejo.

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