Temperatura de deflexão térmica HDT de acordo com ASTM D648 e ISO 75
Especialmente materiais termoplásticos perdem crescentemente sua rigidez e dureza com o aumento da temperatura. A Temperatura de Resistência à Deformação Térmica HDT, (Heat Deflection Temperature) também conhecida como Temperatura de Deformação Térmica (Heat Distortion Temperature), descreve a temperatura na qual um plástico começa a se deformar sob uma carga específica. Esse parâmetro é utilizado para avaliar a capacidade do material de manter sua forma e integridade quando exposto a altas temperaturas, sendo um indicador importante para aplicações que envolvem calor. Esse valor é usado em ensaios de materiais para avaliar a capacidade de carga térmica de um material. O HDT é medido submetendo-se um corpo de prova definido a uma temperatura crescente sob carga constante em um processo de flexão de três pontos até que uma deflexão definida seja atingida.
As normas ASTM D648 e ISO 75 descrevem o procedimento de ensaio e regulamentam os requisitos para o equipamento de ensaio e as condições de ensaio, como carga, geometria do corpo de prova e taxa de aquecimento, a fim de obter resultados comparáveis internacionalmente.
Outro método rápido e simples para determinar a temperatura de deflexão térmica de plásticos (além dos métodos relativamente complexos, como a Calorimetria Exploratória Diferencial DSC ou a Análise Mecânica Dinâmica DMA) é a temperatura de amolecimento Vicat VST, de acordo com a ISO 306 ou a ASTM D1525.
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Para que serve a HDT e por que ela é importante?
A temperatura de deflexão térmica HDT é apenas um valor comparativo que pode ser usado para várias finalidades. Na garantia de qualidade, ajuda a identificar desvios na qualidade do material durante a produção. Como um valor comparativo relativo, é essencial para a seleção de plásticos para aplicações com cargas térmicas, por exemplo, nos setores automotivo, elétrico ou de construção. Ele fornece aos desenvolvedores e engenheiros informações sobre se um material pode suportar os requisitos da aplicação final sem perder sua estabilidade dimensional. Um alto valor de HDT significa que o material permanece confiável mesmo em altas temperaturas e cargas. No entanto, os resultados não fornecem nenhuma informação sobre as temperaturas máximas de operação do produto final!
Temperatura de deflexão térmica HDT - Visão geral dos padrões
A ISO 75-1 descreve o método geral de ensaio para determinar a temperatura de deflexão térmica HDT sob carga. Em todas as partes da ISO 75, somente arranjos de amostras com bordas planas são permitidos para ensaios.
A ISO 75-2 contém requisitos específicos para plásticos (incluindo plásticos com enchimento e plásticos reforçados com fibras longas, em que o comprimento da fibra é de até 7,5 mm antes do processamento) e para borracha dura. Aqui estão especificados três métodos de teste por meio de diferentes valores da tensão de flexão constante no início do ensaio:
- Método A: Tensão de flexão = 1,80 MPa
- Método B: Tensão de flexão = 0,45 MPa
- Método C: Tensão de flexão = 8,00 MPa
Os procedimentos podem ser selecionados livremente. No entanto, recomenda-se selecionar uma carga inicial mais alta, quanto mais rígidos forem os corpos de prova. Os resultados variam muito, dependendo da tensão de flexão aplicada. Portanto, é importante indicar claramente o estado de estresse juntamente com os resultados. As medições mostraram que o HDT de uma amostra de polipropileno aumenta de 57 °C para 99 °C entre o processo A (1,8 MPa) e o processo B (0,45 MPa).
A ISO 75-3 contém requisitos específicos para a determinação da temperatura de distorção térmica para laminados curáveis altamente resistentes e plásticos reforçados com fibras longas (em que o comprimento da fibra é superior a 7,5 mm antes do processamento). A tensão de flexão é calculada usando uma fração (1/1000) do módulo de flexão do material quando ensaiado em temperatura ambiente.
A ASTM D648 contém o método de ensaio padrão para a temperatura de deflexão térmica de plásticos sob carga de flexão na posição vertical do corpo de prova. Dois métodos de ensaio são determinados pela distância de suporte (distância entre as linhas de contato entre o corpo de prova e o suporte):
- Método A: 101,6 ± 0,5 mm
- Método B: 100,0 ± 0,5 mm
Independentemente do método, deve ser aplicada uma tensão de flexão constante de 0,455 MPa ou 1,82 MPa.
Corpos de prova de acordo com ASTM D648 e ISO 75
Para o ensaios de materiais, os corpos de prova geralmente são produzidos por moldagem por injeção sob condições definidas com precisão. Isso garante um alto grau de reprodutibilidade dos resultados.
A usinagem mecânica de componentes ou placas, por exemplo, para ensaios de tubos ou componentes do setor automotivo, também é permitida de acordo com a ISO 75 e a ASTM D648. Ao produzir amostras de ensaio anisotrópico a partir de placas, deve-se tomar cuidado para garantir que elas sejam tiradas nas direções longitudinal e transversal para poder reconhecer as diferenças dependentes da direção nos resultados.
Os requisitos para os corpos de prova de acordo com a ISO 75 e a ASTM D648 estão listados na tabela a seguir:
| Amostras de ensaio: | ISO 75-1 e ISO 75-2 | ASTM D648 |
|---|---|---|
| Centralização | Posição da borda plana | Posição vertical |
| moldado por injeção | Comprimento: 80 ± 2,0 mm Largura: 10 ± 0,2 mm Espessura: 4 ± 0,2 mm | Comprimento mínimo: Distância entre apoios +12,7 mm Largura: 3 – 13 mm Espessura: 12,7 ± 0,5 mm |
| de painéis / componentes | Espessura 3 - 13 mm, de preferência 4 - 6 mm | Espessura 3 mm ou mais espesso |
| Número | Pelo menos duas amostras de ensaio* | Pelo menos duas amostras de ensaio |
*Os corpos de prova são alinhados em pares com lados opostos (nos quais a carga é aplicada) ao êmbolo de compressão.
Vídeo: Temperatura de deflexão térmica HDT de acordo com a ISO 75 e ASTM D648
O vídeo mostra o procedimento de ensaio para determinar a temperatura de deflexão térmica HDT, de acordo com a ISO 75 e a ASTM D648, bem como a temperatura de amolecimento Vicat, de acordo com a ISO 306 e a ASTM D1525, usando o equipamento de ensaio Amsler HDT/Vicat Allround e o software de ensaio testXpert.
Procedimento e requisitos de ensaio de acordo com a ISO 75 e a ASTM D648
Para a temperatura de deflexão térmica, a perda de rigidez é medida em um método de flexão de três pontos. Para isso, o corpo de prova é aplicado aos suportes em uma posição plana (ISO 75) ou vertical (ASTM D648). O pistão de ensaio HDT pode ser instalado com o auxílio de uma ferramenta de centralização. Isso garante a paralelidade entre o pino de teste e os suportes, evitando erros devido a desalinhamentos.
O peso a ser aplicado deve ser calculado de acordo com os padrões. Isso é análogo ao ISO 75 e ASTM D648 e é adotado pelo software de ensaio testXpert. Os fatores mais importantes aqui são as dimensões dos corpos de prova, o espaçamento do suporte e a tensão elétrica a ser aplicada, dependendo do método selecionado.
Após atingir a temperatura inicial necessária (ISO 75 '27 °C, temperatura ambiente ASTM D648), o dispositivo de carregamento é baixado no banho de aquecimento (óleo), os corpos de prova são carregados com os pesos e o ensaio começa com um tempo de espera de 5 minutos. Um tempo de espera de 5 minutos é fornecido para compensar parcialmente a fluência (que alguns materiais apresentam quando expostos à tensão de flexão especificada).
A distância de deformação inicial é então registrada, o medidor de deflexão é zerado e a temperatura é aumentada a uma taxa de aquecimento uniforme de 120 ± 10 °C/h, de acordo com a ISO 75, ou 2 ± 0,2 °C/min (≙ 120 ± 12 °C/h), de acordo com a ASTM, até que a deflexão padrão seja atingida.
O resultado do ensaio HDT é a temperatura na qual foi obtida uma deflexão de 0,25 mm (ASTM) ou um alongamento de flexão de 0,20% (ISO).
A tabela a seguir compara os parâmetros mais importantes da ISO 75 (Partes 1 e 2) e da ASTM D648.
Visão geral condições de ensaio ASTM D648 vs. ISO 75
| ISO 75-1, ISO 75-2 | ASTM D648 | ||
|---|---|---|---|
| Dispositivo de ensaio | Raio do apoio | 3 ± 0,2 mm | 3 ± 0,2 mm |
| Distância entre apoios | 64 ± 1 mm | Método A: 101,6 ± 0,5 mm Método B: 100,0 ± 0,5 mm | |
| Tensões de flexão | 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 |
| Taxa de aquecimento | 120 ± 10 °C/h 12 ± 1 °C/6 min | 2 ± 0,2 °C/min 10 ± 1 °C/5 min ≙120 ± 12 °C/h | |
| Posição do termômetro | Não mais do que 12,5 mm Centro do corpo de prova | Não mais do que 10 mm do corpo de prova sem contato | |
| Resultado | Deflexão padrão | 0,20 % | 0,25 mm |
| Repetível | se os resultados individuais se desviarem em mais de 2 °C para plásticos amorfos ou borracha dura ou em mais de 5 °C para materiais semicristalinos | – |
Equipamento de ensaio HDT de acordo com a ISO 75 e ASTM D648
Com a Amsler HDT/Vicat Allround 6-300, a ZwickRoell oferece um instrumento motorizado com uma sequência de ensaios totalmente automatizada para determinar as temperaturas Vicat e HDT de até 300 °C, de acordo com todas as normas ISO e ASTM. Resultados de ensaios precisos e repetíveis são obtidos com o uso de tecnologia avançada de medição de deslocamento e controle de temperatura. Resultados de ensaios precisos e repetíveis são obtidos com o uso de tecnologia avançada de medição de deslocamento e controle de temperatura. Podem ser fornecidas 2, 4 ou 6 estações de ensaio com início automático do resfriamento, abaixamento motorizado das amostras de ensaio e aplicação da carga. O equipamento de ensaio HDTVicat pode ser usado no modo autônomo com uma tela sensível ao toque ou em conjunto com um PC. Com o software de ensaio testXpert, é possível realizar uma análise significativa dos resultados.
Mais sobre o equipamento de ensaio HDT / Vicat Mais informações sobre o software de ensaio testXpert
Perguntas frequentes sobre a temperatura de deflexão térmica de plásticos?
A temperatura de deflexão térmica (resistência térmica à deformação), também conhecida como Heat Deflection Temperature (HDT), é uma propriedade do material que indica a temperatura na qual um plástico começa a se deformar plasticamente sob uma carga definida. Essa propriedade é analisada principalmente em termoplásticos e termofixos e é um indicador importante da capacidade de carga térmica de um material.
A ISO 75 descreve o método geral de ensaio para determinar a temperatura de deflexão térmica de plásticos e regulamenta os requisitos para o equipamento de ensaio e as condições de ensaio, como carga, geometria do corpo de prova e taxa de aquecimento, a fim de obter resultados comparáveis internacionalmente. A temperatura de deflexão térmica fornece informações sobre a temperatura na qual um plástico começa a se deformar sob uma carga específica.
A temperatura de deflexão térmica, de acordo com a ASTM D648, é um parâmetro de material que descreve a temperatura na qual um plástico começa a se deformar plasticamente sob uma carga mecânica definida (tensão de flexão constante de 1,82 MPA ou 0,455 MPa) devido à influência térmica (aumento de temperatura a uma taxa de aquecimento uniforme de 2°C/min em um banho de óleo). A norma ASTM D648 especifica o método de ensaio para determinar o valor HDT. O valor HDT é a temperatura em uma deflexão de 0,25 mm.
Os diagramas de resultados geralmente mostram curvas irregulares, como pode ser visto na figura. Esse fenômeno é completamente normal e se deve ao comportamento do próprio plástico. O calor libera tensões internas parcialmente congeladas, o que pode fazer com que a amostra se mova na direção do ensaio ou contra ela. Ao liberar altas tensões residuais, um caminho de medição negativo pode até ser registrado por um curto período. Isso leva a curvas irregulares no resultado. Essas irregularidades variam de acordo com o material e sua composição. No entanto, elas não têm influência negativa sobre o resultado, pois essas tensões internas já são aliviadas quando são atingidas temperaturas mais altas. A expansão térmica das amostras é de pouca importância. No entanto, isso se torna mais importante quando amostras de ensaio largas são usadas em uma posição vertical.
Se for possível descartar que as diferenças nos resultados se devem à geometria do corpo de prova ou ao material, um problema comum é o alinhamento correto do êmbolo do ensaio HDT com os suportes. O alinhamento incorreto do selo de ensaio pode levar a grandes diferenças nos resultados devido às forças laterais. Essas forças laterais não ocorrerão se o êmbolo de ensaio estiver corretamente alinhado.
É importante usar amostras de ensaio cuidadosamente preparadas, pois as irregularidades podem falsificar os resultados. Por exemplo, amostras de ensaio com uma rebarba nas bordas levam a resultados diferentes. Esse é particularmente o caso dos métodos de ensaio em que apenas pequenas forças e pesos são usados. Pode acontecer de a amostra se apoiar na crista, e a superação dessa irregularidade é registrada como a distância medida durante o ensaio.