ASTM D638: Teste de tração para plásticos

Introdução

É necessário conhecer as propriedades mecânicas de um material na engenharia de plásticos e na ciência dos polímeros. Entre todas as propriedades do material, a mais importante é a resistência à tração, ou seja, a quantidade de estresse que pode ser suportada por um material sem falha quando submetido à tensão. A ASTM D638, uma norma reconhecida internacionalmente pela American Society for Testing and Materials (ASTM), fornece um método para testar as propriedades de tração de plásticos em condições de laboratório.

O que é a ASTM D638?

A ASTM D638, ou "Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics" (Método de teste padrão para propriedades de tração de plásticos), descreve o método, o tipo de amostra e as condições de teste para testar a resistência à tração, o alongamento na ruptura e o módulo de elasticidade de polímeros termoplásticos e termofixos. Ele é aplicável a plásticos semirrígidos e rígidos e serve para fornecer um meio de comparação de produtos de vários fabricantes ou de vários métodos de processamento.

O material é padronizado para garantir que o teste de tração seja repetível, minimizando a velocidade do teste, o tipo de aderência e a variação da forma da amostra. A ASTM D638 é amplamente utilizada e forma a base do projeto de engenharia, da escolha de materiais e da assistência regulatória.

Tipos e preparação de amostras

A especificação ASTM D638 categoriza cinco tipos de corpos de prova (Tipo I a Tipo V) com base no tamanho. Os tipos I e IV são usados com mais frequência:

Tipo I: 165 mm de comprimento total, 13 mm de largura de seção fina, 3,2 mm de espessura. Empregado com mais frequência para testes gerais de tração de plásticos comuns.

Tipo IV: Total de 115 mm, largura da seção fina de 6 mm, espessura de 3 mm. Quando a disponibilidade de material é limitada ou como estudo de base de comparação.

As amostras podem ser produzidas por meio de moldagem por injeção, moldagem por compressão, extrusão ou corte de placas. Além disso, deve-se prestar atenção para que os espécimes estejam livres de falhas, ou seja, vazios, arranhões ou irregularidades em suas superfícies, pois elas também podem afetar significativamente os resultados de tração.

Procedimento de teste

No teste de tração, o corpo de prova é colocado dentro de uma máquina de teste universal (UTM) e o corpo de prova é carregado com uma carga de tração uniaxial controlada até a falha. Alguns dos fatores importantes envolvidos no processo são:

1. A seleção da garra: As amostras são presas por garras pneumáticas ou mecânicas. A garra não deve causar deslizamento e não deve ser uma fonte de concentrações de tensão.

2. Velocidade do teste: a velocidade da cruzeta varia de acordo com o tipo de material e a espessura do corpo de prova. Para espécimes nominais do Tipo I com 3,2 mm de espessura, a velocidade costuma ser de 50 mm/min. A velocidade pode influenciar o alongamento medido e a resistência à tração no caso de plásticos viscoelásticos.

3. Ambiente de condicionamento: As amostras são condicionadas a 50% de umidade relativa e 23°C por um mínimo de 40 horas, de acordo com a norma ASTM D618, para que fiquem o mais estáveis possível em relação ao teor de umidade e à temperatura.

Principais propriedades medidas

O teste ASTM D638 envolve algumas das propriedades mais importantes do material:

Resistência à tração no rendimento: Tensão máxima que o material tolera antes de sofrer deformação permanente. O HDPE, por exemplo, geralmente cede a 20-30 MPa, enquanto o policarbonato (PC) pode ceder a 60-70 MPa.

Resistência à tração na ruptura: Tensão na qual a amostra acaba se rompendo. Os plásticos frágeis, como o poliestireno, quebram no ponto de escoamento ou próximo a ele, enquanto os plásticos dúcteis, como o polietileno, esticam significativamente antes de quebrar.

Alongamento na ruptura: Alongamento em comprimento na ruptura em termos percentuais. O HDPE pode ter um alongamento de 400 a 600%, enquanto o do poliestireno é inferior a 5%.

Módulo de elasticidade (módulo de Young): Uma medida de rigidez a partir da inclinação da primeira parte linear da curva de tensão-deformação. Por exemplo, o polipropileno tem cerca de 1,5-2 GPa de módulo e o PVC até 3-3,5 GPa.

Esses valores são aplicados pelos engenheiros para determinar se um material pode ou não sustentar cargas de operação sem ruptura ou deformação permanente.

Aplicações do teste ASTM D638

1. Seleção de materiais de engenharia

Os projetistas contrastam plásticos para componentes estruturais com base nos dados da ASTM D638. Por exemplo, ao escolher o material para componentes de veículos, como painéis internos, a resistência à tração e o alongamento determinam se um plástico é resistente a impactos e flexível sem rachaduras.

2. Controle de qualidade de fabricação

Os fabricantes deplástico podem, ocasionalmente, testar os lotes para garantir que as propriedades mecânicas sejam consistentes. A variação da temperatura de extrusão, da pressão de injeção ou das taxas de resfriamento será transferida para as propriedades de tração. A ASTM D638 é um método aceito para garantir que os materiais atendam às especificações antes do envio.

3. Pesquisa e desenvolvimento

Em P&D, os testes de tração determinam o efeito de aditivos, cargas ou reforços nas matérias-primas. Por exemplo, a adição de fibras de vidro ao polipropileno dobra a resistência à tração de 30 MPa para mais de 80 MPa e reduz o alongamento na ruptura pela metade. A norma ASTM D638 garante uma comparação eficaz entre as formulações.

4. Conformidade com os regulamentos

Dispositivos médicos, embalagens de alimentos e componentes eletrônicos geralmente exigem testes mecânicos de acordo com a norma ASTM D638 para atender às normas ISO, FDA ou ASTM. Os tubos de polietileno aprovados pela FDA são um exemplo em que a uniformidade das propriedades de tração deve ser assegurada para garantir o uso seguro em dispositivos médicos.

Conclusão

A ASTM D638 é uma norma subjacente ao teste de tração de plásticos quanto às suas propriedades. Ao fornecer procedimentos confiáveis para testes, preparação e análise de amostras, ela permite que engenheiros e fabricantes tomem decisões bem informadas sobre a escolha do material, o design do produto e a garantia de qualidade. Variando de painéis automotivos a dispositivos médicos, a norma garante que os plásticos se comportem de forma consistente e segura quando submetidos a estresse mecânico. Para obter mais informações, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).