ASTM D3574 Ensayo en espumas poliméricas flexibles
La norma ASTM D3574 es una norma importante para la evaluación de espumas flexibles de poliuretano, que incluye ensayos sobre propiedades físicas y mecánicas como la densidad, la resistencia a la tracción y el comportamiento a la compresión y a la fatiga. La norma ASTM D3574 se utiliza principalmente en la fabricación de muebles de asiento, colchones y componentes de automoción. Ayuda a los fabricantes a garantizar la calidad, el confort y la durabilidad de sus productos proporcionando métodos de ensayo normalizados para la comprobación de materiales.
A continuación, encontrará un resumen de los ensayos ASTM D3574 más utilizados que requieren el uso de una máquina de ensayos universal ZwickRoell y dispositivos de ensayo específicos. Si desea obtener información más detallada, puede adquirir la norma a través de Beuth Verlag o ASTM.
Todos los ensayos Test A Densidad Test B Dureza de indentación Test C Dureza de compresión Test E Resistencia a tracción Test F Resistencia al desgarro progresivo Test H Elasticidad al rebote Test I1-5 Ensayos de fatiga Test J - L Envejecimiento
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Todos los ensayos ASTM D3574
La norma ASTM D3574 contiene 19 ensayos diferentes para caracterizar espumas según las siguientes propiedades. Los ensayos marcados* requieren el uso de una máquina de ensayos ZwickRoell y un dispositivo de ensayo.
- Test A: Densidad aparente (comarable tb. ISO 845)
- Test B1: Indentation Force Deflection (IDF - Especificación del recalcado) y B2 Indentation Residual Gauge Length (IRGL - Especificación de la fuerza): Dureza de indentación* (comp. ISO 2439)
- Test C: Deflexión de la fuerza de compresión características de deformación por compresión* (vgl. ISO 3386)
- Test D: Ensayo de set de compresión de deflexión constante
- Test E: Ensayo de tracción* (comp. ISO 1798)
- Test F: Ensayo de resistencia al desgarro* (comp. ISO 8067)
- Test G: Air Flow Test (flujo de aire)
- Test H: Resiliencia al rebote por bola* (comparable tb. ISO 8307, DIN 13014)
- Test I1 a I4: Ensayos previos y posteriores a materiales celulares para distintos tipos de aplicación de fuerza. Mientras I1 consiste en un ensayo estático, los ensayos I2 a I4 se llevan a cabo en el ensayo de fatiga* (comp. ISO 3385:Ensayo de fatiga)
- Test J a L: Ensayo de envejecimiento* en diferentes condiciones ambientales
- Test M: Tiempo de recuperación
- Test N: Pérdida de histéresis
ASTM D3574 Test A e ISO 845
Tanto la norma ISO 845 como la ASTM D3574 Test A describen la determinación de la densidad aparente de una probeta de espuma flexible mediante el cálculo de su masa y volumen; se indica en kg/m3 .
La densidad aparente puede determinarse directamente conectando una báscula de precisión ZwickRoell al software de ensayo testXpert.
ASTM D3574 Test B
Al determinar la dureza de indentación según la norma ASTM D3574 se distingue entre los dos métodos B1 y B2:
Objetivo y ámbito de aplicación de los métodos B1 y B2:
- El ensayo ASTM D B1de deflexión por fuerza de indentación (Indentation Force Deflection IFD) o ensayo IFD define la fuerza necesara para generar unas determinadas indentaciones en la espuma con un recalcado predeterminado del 25% y 65%. La dureza determinada se indica en forma de fuerza en Newtons (tambien denominada valor IFD) al 25% y 65%.
- El ensayo ASTM D B2 Indentation Residual Gauge Length (IRGL-Test) se denomina longitud residual de indentación. Este ensayo tiene como fin principal determinar el espesor que debe tener la tapicería de espuma para garantizar que un asiento sea cómodo para una persona de talla media. Por ello, la norma ASTM D3574 B2 mide la longitud de medición residual (espesor) de la probeta de espuma que queda tras someterla a una fuerza definida de 4,5 N, 110 N y 220 N. Los resultados se indican en mm como valores IRGL.
Probetas de ensayo según los métodos B1 y B2:
- Mientras que el ensayo B1 es un método de laboratorio para la medición de la dureza de indentación en probetas normalizadas (bloques de espuma), el ensayo ASTM D3574 B2 deberá ensayar, en la medida de lo posible, el producto final (espuma moldeada), siempre que pueda realizarse sobre una base plana.
- La probeta normalizada según la norma ASTM D3574 B1 se extrae de una sección especifica del producto acabado y tiene unas dimensiones mínimas de 380 mm x 380 mm x 100 mm.
Vídeo: Dureza de indentación según ASTM D3574 Test B
Procedimiento del ensayo, equipos y resultados:
Para el ensayo se especifica un dispositivo definido en la norma ASTM D3571 Test B con un indentador circular plano de 203 mm de diámetro. El dispositivo de compresión de ZwickRoell para espumas flexibles se puede emplear para ensayos normalizados según los métodos B1 y B2. El producto acabado (B1) o la probeta normalizada (B2) se comprimen sobre una placa de 400 x 400 mm, perforada con orificios de ventilación para permitir que el aire salga rápidamente durante el ensayo.
Durante el ensayo, se mide el comportamiento de deformación de la espuma flexible en condiciones exactamente definidas y se muestra en un diagrama de fuerza-recorrido de indentación. El ensayo consta de ciclos de precarga, que sirven para acondicionar la probeta, seguidos de un ciclo de medición en el que se determinan los valores característicos.
La dureza de indentación también se describe en las normas ISO 2439 y DIN 53579-1, así como en una serie de métodos de ensayo específicos del sector automovilístico. Para estos ensayos, ZwickRoell también dispone de los dispositivos de ensayo adecuados.
ASTM D3574 Test C:
La ASTM D3574 Test C describe el ensayo de compresión de la espuma flexible para determinar la deflexión de la fuerza de compresión. Este ensayo mide la fuerza necesaria para alcanzar una compresión del 50% en toda la superficie de las probetas de espuma definidas.
Probeta según ASTM D3574 Test C:
- La probeta estándar recomendada según ASTM D3574 Test C tiene unas dimensiones mínimas de 50 x 50 x 25 mm. Es preferible utilizar probetas más grandes. La superficie debe ser de al menos 2500 mm2 y tener un grosor mínimo de 20 mm.
Vídeo: Deflexión de la fuerza de compresión según ASTM D3574 Test C
Procedimiento del ensayo, equipos y resultados:
- Para el ensayo según la norma ASTM D3571 Test C se especifica la solicitación de compresión de toda la superficie de la probeta. Por lo tanto, los platos de compresión deben ser más grandes que la probeta a ensayar. Las espumas de célula cerrada requieren orificios de ventilación de 6,5 mm en los platos de compresión.
- El ensayo consiste en 2 ciclos de precarga del 75% al 80% del espesor original, seguidos de un ciclo de medición en el que la probeta se comprime hasta el 50% de su espesor. La altura inicial, importante para el resultado del ensayo, se determina directamente antes del ciclo de medición (en el caso de la norma ISO 3386, antes del primer ciclo de precarga).
- El resultado es el espesor de la probeta en mm después del ciclo de medición y la fuerza de compresión CFD en kilopascales y también se denomina capacidad de carga, característica tensión-deformación de compresión, CFD o ensayo CLD.
La dureza a la compresión también se describe en la norma ISO 3386 y en una serie de métodos de ensayo específicos de la industria de automoción, pero difiere en su contenido técnico. Los resultados no pueden compararse directamente entre ambos métodos.
ASTM D3574 Test C: requisitos especiales para la tecnología de ensayo
La medición de las curvas de fuerza/deformación en compresión según el método C de ASTM D3574 presenta una serie de requisitos para la tecnología de ensayo:
- Corrección de la deformación de la máquina: El bastidor de carga y el sensor de fuerza presentan una deformación inherente bajo carga. Esto significa que la distancia del plato de presión es realmente mayor que la especificada. Esta deformación inherente se registra a través del software de ensayo testXpert de ZwickRoell y se utiliza para la corrección. La corrección se debe realizar en línea durante el ensayo para asegurar correctamente la distancia correcta entre platos durante los tiempos de parada.
- Las funcionalidades especiales Funciones de software especializadas, como la adquisición y el cálculo del espesor de la probeta, la predicción del porcentaje de compresión, el manejo de dos puntos cero de desplazamiento y dos espesores de probeta (si es necesario), el cálculo de los resultados según las normas y la elaboración de informes.
ASTM D3574 Test E Resistencia a tracción
Con el Test F de la norma ASTM D3574 se utiliza para determinar el efecto de una fuerza de tracción sobre la espuma. Además de registrar un diagrama de esfuerzo-deformación la determinación de la máxima resistencia a la tracción y del alargamiento de rotura están en primer plano. El método es ideal para hacer comparativas de material y para el control de calidad.
La norma ISO 1798 también trata el ensayo de tracción de la espuma flexible, pero difiere en su contenido técnico y los resultados no pueden compararse directamente entre ambos métodos.
Probetas según ASTM D3574 Test F:
Para estos ensayos, las probetas se suelen extraer de la pieza acabada o de una plancha de espuma. Deben perforarse con un molde definido con precisión en la norma en forma de mancuerna (probeta tipo halterio). El molde debe ser afilado y sin muescas para evitar que la probeta tenga bordes deshilachados. La probeta preferida corresponde a la probeta tipo halterio tipo A según ASTM D412 con una longitud de 140 mm y un espesor de 3 a 14 mm. Para ello, ZwickRoell ofrece prensas troqueladoras con cuchillas normalizadas.
Procedimiento del ensayo y requisitos de la máquina de ensayos
- La máquina de ensayos de tracción debe estar equipada con una célula de carga para medir la fuerza máxima aplicada. (Imagen zwickiLine)
- Para la sujeción de las probetas tipo halterio son adecuadas las mordazas de tornillo de acción lateral con mandíbulas planas o las mordazas neumáticas que ejercen una presión uniforme sobre las superficies de sujeción, que aumenta a mayor tensión para evitar que se deslice la probeta. (Imágenes de mordazas)
- La deformación puede medirse con extensómetros de contacto o extensómetros sin contacto, pero también a través del recorrido de la cruceta. Los extensómetros clip-on, que se sujetan la probeta, no suelen ser adecuados para la espuma flexible. Para la medición del alargamiento a rotura, ZwickRoell ofrece extensómetros mecánicos y ópticos, que registran el alargamiento de la probeta en el rango de una longitud de medición definida.
ASTM D3574 Test F resistencia al desgarro progresivo
El método de ensayo F según ASTM D3574 describe la determinación de la resistencia al desgarro progresivo de una espuma predañada.
Las progetas según ASTM D3574 Test F son probetas en bloque del tipo A de 152,4 mm (6") x 25,4 mm (1") x 25,4 mm (1") en las que se coloca un corte de 40 mm (1,5") de longitud a lo largo de la probeta (probeta tipo pantalón).
La norma ISO 8067 tiene el mismo objeto, pero difieren también en el tipo de probeta, por lo que los resultados no pueden compararse directamente. Mientras que la norma ASTM D3574 Test F sólo permite el uso de probetas tipo pantalón / probetas en bloque del tipo A, la norma ISO permite el uso de probetas angulares normalizadas. En ensayos interlaboratorios, el método A (probeta tipo pantalón) tuvo una dispersión de hasta el 36% y el método B según ISO 8067 (probeta angular) de hasta el 12%.
El ensayo de desgarro progresivo se puede llevar a cabo con una máquina de ensayos electromecánica zwickiLine. Como las fuerzas son relativamente reducidas, deberá utilizarse una célula de carga que alcance la clase 1 de precisión de medición en el rango de fuerza utilizado. No es necesaria una medición del desplazamiento, ya que la resistencia al desgarro progresivo se calcula a partir de la fuerza máxima medida durante el ensayo y el grosor medio de la probeta: Resistencia al desgarro: N/m = F/T x 10³
El control de la secuencia de ensayo y la evaluación normalizada de la resistencia de desgarro se realizan con el software de ensayo testXpert.
ASTM D3574 Test H e ISO 8307 Resiliencia al rebote
El ensayo según ASTM D3574 Test H consisten en deteminar la resiliencia por bola , dejando caer una bola de acero sobre una probeta de espuma y midiendo la altura del rebote. La norma ASTM D3574 Test H es idéntica a la ISO 8307.
El equipo de resiliencia al rebote por bola de ZwickRoell cumple los requisitos de la norma y consiste en un tubo vertical de plástico transparente en el que se puede dejar caer una bola de acero con un diámetro de 16 mm / 16,3 g desde una altura de 500 mm. La altura de rebote se mide mediante una haz luminoso. Los resultados se analizan automáticamente.
ASTM D3574 Test J, K, L Ensayos de envejecimiento
Los ensayos J, K y L de la norma ASTM D3574 describen diferentes tipos de ensayos de envejecimiento acelerado que analizan los efectos de la oxidación y/o la hidrólisis en las propiedades mecánicas de la espuma.
- Ensayo de envejecimiento J: Efecto del envejecimiento en autoclave de vapor (véase también ISO 2440)
- Ensayo de envejecimiento K: Efecto del envejecimiento por calor seco en un horno de convección (véase tb. ISO 2439).
- Ensayo de envejecimiento L: Efecto del envejecimiento por calor húmedo en cámara climática (sin equivalente ISO)
El principio de este método puede aplicarse a muchas propiedades. En primer lugar, los ensayos se llevan a cabo y se miden en materiales sin tratar, tal como se ha descrito anteriormente. A continuación, se repiten en estado envejecido, por ejemplo, tras un envejecimiento térmico (por ejemplo, 7 días a 140 °C) o tras un envejecimiento por hidrólisis (por ejemplo, 5 horas a 120 °C).
El calor puede utilizarse de forma selectiva para el envejecimiento acelerado. La ecuación de Arrhenius describe la aceleración de las reacciones químicas con el tiempo. Según la regla de van't Hoff, la velocidad de las reacciones químicas se duplica por cada +10°C de aumento de la temperatura.
ASTM D3574 Test I Ensayo de fatiga
La norma ASTM D3574 Test I1 a I5 describe 5 métodos de ensayo de fatiga bajo carga constante en espumas:
- Test I1: ensayo estático de deflexión constante
- Test I2: Ensayo de fatiga dinámico por cizallamiento de «rodillo» con fuerza constante
- Test I3:Ensayo de fatiga (apisonado) a carga constante (equivalente a ISO 3385 )
- Test I4: Ensayo de fatiga dinámico para moquetas
- Test I5: Ensayo de fatiga dinámico (apisonado) con deflexión constante
Objetivo y finalidad del ensayo de fatiga según ASTM D3574 Ensayo I3
El objetivo del ensayo de golpeteo con carga constante según ASTM D3574 I3 es evaluar el comportamiento / envejecimiento a largo plazo de una espuma sometida a una carga mecánica constante. Ello corresponde, por ejemplo, a la carga a la que se somete un asiento de automóvil durante la conducción.
Procedimiento de ensayo Ensayo de fatiga según ASTM D3574 Test I3:
El ensayo completo se divide en 3 fases:
- Fase 1: Medición inicial: Determinación de la dureza de indentación según la norma ASTM D3574 Test B1 valor IFD a 40% de deflexión (o bien ISO 2439, Método A) y determinación de la altura inicial (d1) después de precargar con 4,5N +/- 0,5N.
- Fase 2: Ensayo de fatiga con carga de compresión definida de 750 N +/- 20 N, una frecuencia de 1,17 Hz a una probeta de espuma de 380 x 380 mm con un indentador circular y un plato de compresión inferior perforado más grande que la probeta.
- La probeta se someterá a fatiga mediante el método A con 8.000 ciclos (aprox. 2 h) o el método B con 80.000 ciclos (aprox. 19 horas) en una máquina de ensayos de fatiga. En el método C, se especifican 12.000 ciclos a una frecuencia de ciclo más lenta (aprox. 20 horas), especialmente para espumas viscoelásticas.
- Fase 3: Se repite la medición de la fase 1, tomando la altura inicial (y, por tanto, el punto cero de compresión) de la primera medición.
El resultado es la determinación de la pérdida de dureza (valor IFD de diferencia en kPa) y la pérdida de altura / espesor de la probeta ((d1-d2)/d1 x100%)
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Vídeo: Ensayo automatizado de espumas
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Requisitos para la máquina de ensayos según ASTM D3574
ZwickRoell dispone de una amplia gama de productos para ensayos de espumas flexibles según ASTM D3574:
- La máquina de ensayos universal de la serie zwickiLine es adecuada para los métodos de ensayo con probetas normalizadas ASTM D3574 Test B Dureza de indentación, Ensayo C Dureza de compresión, Ensayo E Resistencia a la tracción y Ensayo F Resistencia al desgarro progresivo y está disponible en 4 rangos de fuerza diferentes (0,5 / 1 / 2,5 / 5 kN) y 3 alturas de bastidor de carga.
- La máquina de ensayos universal de la serie ProLine permite además ensayos de componentes y la instalación de platos de compresión con una anchura de hasta 400 mm y permite realizar ensayos con fuerzas mayores.
- Nuestra máquina de ensayos CLine está especializada en ensayos de espumas moldeadas grandes y pequeñas. Con una Fmáx. de 5 kN o 10 kN, también permite realizar ensayos en asientos (1000 x 1450 mm) o colchones (1000 x 2000 mm) con una mesa deslizante. Esto la hace especialmente adecuada para los controles periódicos de producción.
- La máquina de ensayos electromecánica (actuador de ensayo servo electromecánico), que permite una alta velocidad de carga, puede utilizarse para determinar la dureza por indentación y la dureza por compresión, así como para ensayos de fatiga, gracias al sencillo cambio de accesorios. Con los accesorios opcionales, también puede utilizarse para ensayos de envejecimiento en zonas climáticas especiales con la cámara climática correspondiente.
