Temperatura de deflexión por calor HDT según ASTM D648 e ISO 75
Los termoplásticos en particular pierden progresivamente su rigidez y dureza con el aumento de la temperatura. La temperatura de deflexión por calor HDT (Heat Deflection Temperature, tb. denominada Heat Distortion Temperature) describe la temperatura a la cual un material plástico comienza a deformarse bajo una carga específica. Este valor se utiliza en los ensayos de materiales para evaluar la resistencia térmica de un material. Para medir la HDT se somete una probeta definida a una temperatura en aumento bajo una carga constante en un proceso de flexión en 3 puntos hasta alcanzar una deflexión definida.
Las normas ASTM D648 e ISO 75 describen el método de ensayo y regulan los requisitos de los equipos y las condiciones de ensayo, como la carga, la geometría de la probeta y la velocidad de calentamiento, con el fin de obtener resultados comparables a escala internacional.
Otro método rápido y sencillo para determinar la temperatura de deflexión por calor en plásticos (además de los métodos relativamente complejos como la calorimetría diferencial de barrido DSC o el análisis mecánico dinámico DMA) es la temperatura de reblandecimiento Vicat VST según ISO 306 o ASTM D1525.
Objetivo y ámbito de aplicación Visión general de las normas Probetas Vídeo Secuencia de ensayo Condiciones de ensayo ISO vs. ASTMEquipo de ensayos de HDTDescargas Solicite asesoramiento Preguntas frecuentes
¿Para qué sirve la HDT y por qué es importante?
La temperatura de deflexión por calor HDT es un valor puramente comparativo que puede utilizarse para diversos fines. En el proceso de control de calidad, ayuda a identificar desviaciones en la calidad del material durante la producción. Como valor comparativo relativo, es esencial para seleccionar plásticos para aplicaciones con cargas térmicas, por ejemplo en los sectores de automoción, eléctrico o de construcción. Además, dicho valor da información a desarrolladores e ingenieros sobre la capacidad de un material para cumplir los requisitos de la aplicación final sin perder su estabilidad dimensional. Un valor alto de HDT significa que el material sigue siendo seguro, incluso bajo temperaturas y cargas elevadas. Sin embargo, los resultados no proporcionan ninguna información sobre las temperaturas máximas de funcionamiento del producto final.
Temperatura de deflexión por HDT: las principales normas
La norma ISO 75-1 describe el método de ensayo general para determinar la temperatura de deflexión por calor HDT bajo carga. En todas las partes de la norma ISO 75, sólo se permiten disposiciones de probetas con bordes planos para el ensayo.
La norma ISO 75-2 contiene requisitos específicos para los plásticos (incluidos los plásticos rellenos y los plásticos reforzados con fibras largas cuando la longitud de la fibra es de hasta 7,5 mm antes del procesamiento) y para el caucho endurecido. Aquí se especifican tres métodos de ensayo mediante diferentes valores del esfuerzo de flexión constante al inicio del ensayo:
- Método A: esfuerzo de flexión = 1,80 MPa
- Método B: esfuerzo de flexión = 0,45 MPa
- Método C: esfuerzo de flexión = 8,00 MPa
Se pueden elegir los métodos libremente. No obstante, se recomienda seleccionar una carga inicial mayor cuanto más rígidas sean las probetas. Los resultados varían mucho en función de la tensión de flexión aplicada, de modo que es importante indicar claramente el estado de tensión junto con los resultados. Las mediciones han demostrado que la HDT de una probeta de polipropileno aumenta de 57 °C a 99 °C entre el método A (1,8 MPa) y el método B (0,45 MPa).
La norma ISO 75-3 define requisitos específicos para la determinación de la temperatura de deflexión por calor de laminados de alta resistencia endurecibles y plásticos reforzados con fibras largas (con una longitud de la fibra superior a 7,5 mm antes del procesamiento). El esfuerzo de flexión se calcula utilizando una fracción (1/1000) del módulo de flexión del material cuando se ensaya a temperatura ambiente.
La norma ASTM D648 incluye el método de ensayo estándar para determinar la temperatura de deflexión por calor en plásticos bajo carga de flexión en una posición vertical de la probeta. Existen dos métodos de ensayo determinados por la distancia de apoyo (distancia entre las líneas de contacto entre la probeta y los apoyos):
- Método A: 101,6 ± 0,5 mm
- Método B: 100,0 ± 0,5 mm
Independientemente del método, debe aplicarse un esfuerzo de flexión constante de 0,455 MPa o 1,82 MPa.
Probetas según ASTM D648 e ISO 75
Para los ensayos de materiales, las probetas suelen fabricarse mediante el proceso de moldeo por inyección, bajo unas condiciones estrictamente definidas. De esta forma, se garantiza una alta reproducibilidad de los resultados.
También está permitida la fabricación mecánica a partir de componentes o placas, por ejemplo para el ensayo de tuberías o piezas del sector automotriz, de acuerdo con las normas ISO 75 y ASTM D648. En la elaboración de probetas anisotrópicas a partir de placas, es fundamental extraerlas en direcciones longitudinal y transversal para identificar posibles diferencias en los resultados en función de la orientación del material.
Los requisitos para las probetas según ISO 75 y ASTM D648 se detallan en la siguiente tabla:
| Probeta: | ISO 75-1 e ISO 75-2 | ASTM D648 |
|---|---|---|
| Orientación | Posición plana | Posición vertical |
| a partir de moldeado por inyección | Longitud: 80 ± 2,0 mm Ancho: 10 ± 0,2 mm Espesor: 4 ± 0,2 mm | Longitud mín: Distancia entre apoyos +12,7 mm Ancho: 3–13 mm Espesor: 12,7 ± 0,5 mm |
| a partir de placas / componentes | Espesor: 3 - 13 mm, preferiblemente 4 - 6 mm | Espesor: 3 mm o superior |
| Número | Al menos dos probetas* | Al menos dos probetas |
*Las probetas se ensayan en pares, con las caras (sobre las que se aplica la carga) opuestas al punzón de compresión.
Vídeo: Temperatura de deflexión por calor HDT según ISO 75 y ASTM D648
El vídeo muestra la secuencia de ensayo para determinar la temperatura de deflexión por calor HDT según las normas ISO 75 y ASTM D648, así como la temperatura de reblandecimiento Vicat según ISO 306 y ASTM D1525, con el equipo de ensayos Amsler HDT/Vicat Allround y el software de ensayo testXpert.
Secuencia de ensayo y requisitos para el ensayo según ISO 75 y ASTM D648
Para obtener la temperatura de deflexión por calor, se mide la pérdida de rigidez en un método de ensayo de flexión en tres puntos. Para ello, la probeta se coloca sobre los apoyos en posición plana (ISO 75) o vertical (ASTM D648). El pistón de ensayo HDT puede instalarse con ayuda de una herramienta de centrado para garantizar el paralelismo entre el punzón y los soportes y evitar fallos por mala orientación.
El peso aplicado debe calcularse de acuerdo con las normas. El software de ensayo testXpert hace el cálculo de forma análoga en la ISO 75 y la ASTM D648 y lo asume . Los factores más importantes en este caso son las dimensiones de las probetas, la distancia entre apoyos y la tensión que debe aplicarse, en función del método seleccionado.
Una vez alcanzada la temperatura inicial requerida (ISO 75 ›27 °C, ASTM D648 temperatura ambiente), se baja el dispositivo de carga al baño de calentamiento (aceite), se cargan las probetas con los pesos y se inicia el ensayo con un tiempo de espera de 5 minutos. Se establece un tiempo de espera de 5 minutos para compensar parcialmente la fluencia (que presentan algunos materiales cuando se someten al esfuerzo de flexión especificado).
A continuación, se registra la distancia de fluencia inicial, se pone a cero el probador de deflexión y se aumenta la temperatura a una velocidad de calentamiento uniforme de 120 ± 10 °C/h según ISO 75 o de 2 ± 0,2 °C/min (? 120 ± 12 °C/h) según ASTM hasta alcanzar la deflexión estándar.
El resultado del ensayo HDT es la temperatura a la que se ha alcanzado una deflexión de 0,25 mm (ASTM) o una deformación por flexión del 0,20 % (ISO).
La siguiente tabla muestra una comparación de los parámetros más importantes de ISO 75 (partes 1 y 2) y ASTM D648.
Condiciones de ensayo ASTM D648 vs. ISO 75
| ISO 75-1, ISO 75-2 | ASTM D648 | ||
|---|---|---|---|
| Equipo de ensayo | Radio de apoyo | 3 ± 0,2 mm | 3 ± 0,2 mm |
| Distancia entre apoyos | 64 ± 1 mm | Método A: 101,6 ± 0,5 mm Método B: 100,0 ± 0,5 mm | |
| Esfuerzo de flexión | Método A: 1,80 MPa Método B: 0,45 MPa Método C: 8,00 MPa | 1,82 MPa 0,455 MPa | |
| Temperatura | Temperatura inicial | < 27 °C | Temperatura ambiente |
| Velocidad de calentamiento | 120 ± 10 °C/h 12 ± 1 °C/6 min | 2 ± 0,2 °C/min 10 ± 1 °C/5 min ≙120 ± 12 °C/h | |
| Posición del termómetro | A no más de 12,5 mm del centro de la probeta | A no más de 10 mm de la probeta sin tocarla | |
| Resultado | Deflexión estándar | 0,20 % | 0,25 mm |
| Repetición | si los resultados individuales se desvían en más de 2 °C en plásticos amorfos o caucho endurecido o en más de 5 °C en materiales semicristalinos | – |
Equipo de ensayos HDT según ISO 75 y ASTM D648
Con el Amsler HDT/Vicat Allround 6-300, ZwickRoell ofrece un equipo motorizado con una secuencia de ensayo totalmente automatizada para la determinación de temperaturas Vicat y HDT hasta 300 °C, de conformidad con todas las normas ISO y ASTM. El uso de tecnología avanzada de medición del desplazamiento y control de temperatura garantiza resultados de ensayo precisos y repetibles. Un diseño práctico y seguro que maximiza la comodidad sin comprometer la protección. Se pueden suministrar 2, 4 ó 6 estaciones de ensayo con inicio automático de la refrigeración, descenso motorizado de la probeta y aplicación de carga. El equipo de ensayos HDT Vicat puede utilizarse en modo autónomo con pantalla táctil o junto con un PC. El software de ensayo testXpert permite realizar un análisis profundo y significativo de los resultados.
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Preguntas frecuentes sobre la resistencia a la deformación por calor de los plásticos
La temperatura de deflexión por calor (deformabilidad por calor), también conocida como Heat Deflection Temperature (HDT), es una propiedad del material que indica la temperatura a la que un plástico comienza a deformarse bajo una carga definida. Esta propiedad se determina principalmente en ensayos de materiales termoplásticos y termoestables y es un indicador importante de la resistencia térmica de un material.
La norma ISO 75 describe el método de ensayo general para determinar la temperatura de deflexión por calor en plásticos y especifica los requisitos para el equipo de ensayo y las condiciones de ensayo, como la carga, la geometría de la probeta y la velocidad de calentamiento, con el objetivo de lograr resultados comparables a escala internacional. La temperatura de deflexión por calor nos da información sobre la temperatura a la que un plástico comienza a deformarse cuando se encuentra bajo una carga determinada.
La temperatura de deflexión por calor según ASTM D648 es un parámetro que indica la temperatura a la cual un material plástico comienza a deformarse bajo una carga mecánica específica (tensión de flexión constante de 1,82 MPA o 0,455 Mpa), debido a la influencia térmica, generada por un aumento de temperatura uniforme de 2 °C/min en un baño de aceite. La norma ASTM D648 define el método de ensayo para determinar el valor de HDT. El valor de HDT es la temperatura a una deflexión de 0,25 mm.
Los diagramas de resultados muestran a menudo curvas irregulares, como puede verse en la figura. Este fenómeno es completamente normal y se debe al propio comportamiento del plástico. El calor libera tensiones internas parcialmente congeladas, que pueden hacer que la probeta se mueva en la dirección del ensayo o en contra de ella. Cuando se liberan tensiones residuales elevadas, incluso puede registrarse una desplazamiento de medición negativo, que provoca curvas irregulares en el resultado. Estas irregularidades varían en función del material y de su composición. Sin embargo, no influyen negativamente en el resultado, ya que estas tensiones internas se reducen cuando se alcanzan temperaturas más elevadas. La expansión térmica de las probetas no tiene prácticamente importancia. Sin embargo, adquiere mayor relevancia cuando se utilizan probetas anchas en posición vertical.
Si se puede descartar que las diferencias en los resultados se deban a la geometría de la probeta o al material, un problema habitual es la alineación correcta del pistón de ensayo de HDT respecto a los apoyos. Una alineación incorrecta del pistón de ensayo puede provocar grandes diferencias en los resultados debido a las fuerzas transversales. Dichas fuerzas laterales no se producen si el pistón de ensayo está correctamente alineado.
Es importante utilizar probetas debidamente preparadas, ya que las irregularidades pueden distorsionar los resultados. Por ejemplo, las probetas con rebabas en los bordes proporcionarán unos resultados distintos. Esto ocurre especialmente con los métodos de ensayo en los que sólo se utilizan fuerzas y pesos reducidos. En estos casos, la probeta se podría apoyar sobre la rebaba y que esta irregularidad se registre como desplazamiento medido durante el ensayo.