ASTM D790 ensaio de flexão de 3 pontos em plásticos
A norma ASTM D790 descreve um método de ensaio para determinação das características de flexão de plásticos não reforçados e de plásticos reforçados, de materiais compósitos reforçado com fibra reforçada e materiais de isolamento. Resultados de ensaio típicos conforme ASTM D790 são o módulo de flexão, tensões e deformações no ponto de estiragem, a resistência à flexão e a deformação na flexão-ruptura. Os ensaios são utilizados para plásticos semirrígidos e plásticos rígidos, mas são executados somente até a deformação por flexão de no máx. 5%.
Outras normas para o ensaio de flexão em plásticos e compósitos de fibra:
- A norma ASTM D6272 - Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending descreve um método de quatro pontos no qual a tensão de flexão máxima ocorre entre os cutelos de flexão em uma área livre de esforço de cisalhamento.
- A norma ISO 178 - plásticos - determinação das características de flexão também descreve o ensaio de flexão de 3 pontos, porém com outro conteúdo técnico.
- A norma ISO 14125 - plásticos reforçados por fibra - determinação das características de flexão define o método de três pontos e o método de quatro pontos para compósitos de fibra.
Objetivo & Características Execução do ensaio Formas de amostras & Dimensões Medição de força & Deflexão Velocidades de ensaio Software de ensaios Automatização FAQ Downloads Solicite uma consultoria
ASTM D790: Objetivo e características
O ensaio de flexão 3 pontos conforme ASTM D790 é um método clássico padronizado de caracterização para plásticos rígidos e semirrígidos. As características de flexão determinadas são de grande importância para os construtores, engenheiros e fabricantes, para assegurar que o plástico utilizado atenda aos requisitos da aplicação proposta.
Resultados de ensaio típicos conforme ASTM D790 são:
- Módulo de flexão: O módulo de flexão é uma medida para a rigidez do material e indica sua capacidade de resistência a cargas. A ASTM D790 oferece três métodos de cálculo para o módulo de flexão os quais fornecem diferentes resultados, respectivamente:
- Módulo de tangente (módulo de elasticidade)
Tangente posicionada no ponto de gradiente máximo no diagrama tensão-deformação - Módulo de secante
Gradiente entre o ponto de partida das coordenadas e um ponto definido no diagrama tensão-deformação - Módulo de corda (Chord modulus)
Gradiente entre dois pontos definidos no diagrama tensão-deformação
- Módulo de tangente (módulo de elasticidade)
- Resistência à flexão: A resistência à flexão fornece dados sobre a carga máxima suportada pelo material em flexão antes de sua ruptura.
- Tensão de flexão com deformação por flexão definida
- Tensões e deformações por flexão no ponto de esticamento e na ruptura da amostra
ASTM D790 - execução do ensaio
- No ensaio de flexão de 3 pontos conforme ASTM D790, uma amostra retangular é posicionada sobre dois apoios e deformada continuamente por meio de um cutelo de flexão centralizado com o auxílio de uma máquina de ensaios, com velocidade de ensaio definida, até a ruptura, porém no máximo até a deformação de flexão de 5%.
- Durante o processo de deformação é feita a medição da força exercida pelo cutelo de flexão e a deflexão a amostra abaixo do cutelo de flexão.
- O diagrama força-deflexão obtido dessa forma pode ser convertido em diagrama tensão-deformação por meio das dimensões das amostras e a distância dos apoios. Deve ser observado que as fórmulas de cálculo oferecidas pela norma somente são válidas no range de pequenas deflexões. Este é o motivo principal da restrição do ensaio de flexão conforme ASTM D790 na execução B à deformação por flexão máxima de 5%.
ASTM D790 - dimensões das amostras
Para os ensaios em plásticos conforme ASTM D790, as amostras são fabricadas por moldagem por injeção e/ou retiradas de tábuas, placas ou peças moldadas por meio de processamento mecânico.
- Para compostos de plástico para moldagem são utilizadas conforme ASTM D790 normalmente amostras de 3,2 mm x 12,7 mm na seção transversal e de 127 mm em comprimento. A relação definida entre espessura e apoio de 16 leva à distância entre apoios de 51 mm. A norma também define vários outros requisitos quanto a amostras superiores a 3,2 mm ou inferiores a 1,6 mm em espessura.
- Para o ensaio de plásticos termoendurecíveis laminados e material de placa para isolamento elétrico as amostras, se possível, devem apresentar 25,4 mm ou 12,7 mm em espessura. Quando a resistência ao cisalhamento é muito baixa em relação à resistência à tração, a relação entre espessura e distância dos apoios deve ser aumentada para 32 ou inclusive para 40 para evitar rupturas por cisalhamento.
- Os ensaios de compósitos de fibra de alta resistência são realizados em conformidade com a relação entre resistência à tração e resistência ao cisalhamento com a relação de espessura-distância dos apoios de 16, 32 ou 40. No caso de materiais fortemente anisotrópicos inclusive poderá ser necessária a relação de 60 para a determinação correta do módulo.
A medição das dimensões das amostras requer no ensaio de flexão cuidado especial. Visto que a espessura da amostra é considerada quadraticamente no cálculo da tensão de flexão, também o erro de medição segue uma função quadrática. O erro de medição de apenas 0,1 mm na altura nominal da amostra de 3,2 mm já gera um erro na tensão de flexão de aproximadamente 5 %. Por esse motivo, a medição da espessura das amostras é feita com o auxílio de um parafuso micrométrico o qual atende aos requisitos da ASTM D5947.
ASTM D790: Medição da força e da deflexão
A medição da força conforme ASTM D790 deve ser feita no range relevante com a exatidão de ±1% do valor exibido. A calibração do sistema de medição de força necessária para tal é feita conforme ASTM E4.
Conforme ASTM D790, a medição da deflexão pode ser feita no centro entre os apoios acima da posição da travessa (Tipo I), ou por meio de medição direta com o auxílio de um sistema transdutor de deslocamento separado (Tipo II):
- Para a medição da posição da travessa deve ser observada a exatidão de acordo com a Classe B conforme ASTM E2309. Em caso de medição direta da deflexão, a verificação será feita conforme ASTM E83, sendo que para a determinação do módulo deve ser observada a Classe B-2, e para a determinação das demais deformações uma Classe C.
- Para a medição da deflexão acima da posição da travessa conforme Tipo I está disponível por meio do software de ensaios testXpert uma correção automática da autodeformação do equipamento de ensaio na qual a curva de deformação efetiva da configuração de ensaio é determinada e depositada no software de ensaios.
A ZwickRoell oferece diferentes sistemas transdutores de deslocamento do Tipo II, os quais atendem aos referidos requisitos, porém se distinguem principalmente quanto à possibilidade de combinação com outros métodos de ensaio:
- Células de carga mecânicas para ensaios de compressão e de flexão, equipadas com um braço de medição que será posicionado diretamente abaixo da amostra
- Braço de medição para utilização com os extensômetros mecânicos makroXtens e multiXtens.
- Dispositivos de medição com marcações para utilização de extensômetros óticos videoXtens
ASTM D790 - velocidades de ensaio
Métodos de ensaio conforme ASTM D790 e sua influência sobre a velocidade de ensaio:
- No caso de materiais que sofrem ruptura com pequenas deflexões se trabalha conforme o método A preferencialmente com o índice de deformação de 0,01 min-1.
- Os materiais que não sofrem ruptura nem apresentam ponto de escoamento até a deformação de 5% são ensaiados de acordo com o método B com o índice de deformação dez vezes maior de 0,1 min-1.
Essa indicação significa, para o operador, que a velocidade de ensaio a ser ajustada na máquina de ensaios deve ser calculada com base na espessura da amostra e na distância dos apoios e/ou com base na relação entre a distância dos apoios e a espessura da amostra. Essa função pode ser depositada confortavelmente no software de ensaios testXpert e o processo de cálculo pode ser automatizado.
Para a amostra padrão com as dimensões de 3,2 x 12,7 x 127 mm e a relação entre os apoios de 16 a velocidade de ensaio conforme ASTM D790é:
- conforme o método A: de 1,4 mm/min
- conforme o método B: de 13,7 mm/min
Dispositivo de flexão de 3 pontos ASTM D790
Uma característica importante dos dispositivos de flexão profissionais é, além de sua precisão dimensional, o seu alinhamento preciso. Os apoios devem ser alinhados entre eles, assim como em frente ao cutelo de flexão, com alta precisão. Erros angulares causam no diagrama tensão-deformação algo chamado “pé de curva“, que pode comprometer significativamente a determinação do módulo. Apoios ajustáveis e gabaritos bem projetados facilitam essa tarefa de forma significativa. Batentes de centralização nos apoios facilitam o posicionamento preciso das amostras.
Vantagens e características do dispositivo de flexão de 3 pontos da ZwickRoell
- Com o dispositivo de flexão da ZwickRoell podem ser executados ensaios com forças máximas de até 20kN. Desta forma, a deflexão máxima é de 36 mm.
- Com o auxílio do gabarito para ajuste da distância entre apoios e dos batentes de centralização é possível realizar o ajuste do dispositivo de flexão para ensaios conforme ISO 178 e também conforme ASTM D790.
- Os apoios são ajustáveis quanto à distância e ângulo. Os apoios podem ser centralizados quanto à distância entre eles e quanto à distância do cutelo de flexão, e podem ser alinhados no eixo de apoio com alta exatidão.
- As batentes de centralização do dispositivo de flexão são ajustadas e posicionadas com o auxílio do gabarito de distância.
Máquinas de ensaios para o ensaio de flexão 3 pontos conforme ASTM D790
Para e execução do ensaio de flexão de 3 pontos conforme ASTM D790 podem ser utilizadas nossas máquinas de ensaios universais zwickiLine, ProLine e AllroundLine.
Início fácil e seguro do ensaio conforme ASTM D790 com o testXpert
O software de ensaios testXpert permite a rápida familiarização dos operadores e eles podem iniciar os ensaios imediatamente. Será possível visualizar somente as tarefas relevantes e serão guiados passo a passo durante todo o ensaio conforme ASTM D790.
- Todos os valores e ajustes característicos ASTM D790 estão garantidamente incluídos conforme a norma no método de ensaios Standard. O software de ensaios guia passo a passo durante todo o ensaio.
- Os usuários visualizam somente os passos a serem executados. Os passos são definidos no gerenciamento de usuários.
- As dimensões de amostras conforme ASTM D790 são transmitidas diretamente ao software de ensaios por meio da conexão de micrômetro externo e do paquímetro digital, o que permite economia de tempo e transmissão sem erro.
- O testXpert providencia máxima eficiência de ensaio. Você agiliza seus ensaios em até 30%.
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- As interfaces padronizadas permitem que as especificações de inspeção sejam lidas rapidamente e sem erros a partir de seu sistema ERP ou de controle de qualidade e o retorno dos resultados após o ensaio. Isso economiza tempo na transmissão e impede erros.
- Uma avaliação de todos os valores característicos de diferentes séries de ensaios é possível por meio do acesso centralizado a todos os dados de ensaio com testXpert Analytics. Até mesmo além da ASTM D790: Módulo de tração, módulo de flexão, resistência à tração, resistência ao impacto com entalhe, índices de fluidez e outros valores característicos podem ser comparados e avaliados com clareza.
- O Trend Analysisdetecta desvios de longo prazo com uma simples avaliação de longo prazo.
Ensaio de flexão de 3 pontos automatizado conforme ASTM D790
Grandes volumes de amostras acabam especialmente ocupando toda a equipe. Um sistema de ensaio para o ensaio automatizado de plásticos libera funcionários qualificados de atividades laboratoriais de rotina e, adicionalmente, fornece resultados de ensaio perfeitamente reprodutíveis. Consequentemente, os colaboradores estarão disponíveis para tarefas mais complexas como, interpretação dos dados obtidos, análises, avaliação de novos materiais ou atividades de pesquisa.
Especialmente para a execução automatizada de ensaios de flexão de 3 pontos conforme ASTM D790 podem ser utilizados os sistemas de ensaio roboTest N , Robô compacto ‘roboTest N’ e roboTest R. A combinação de diferentes ensaios, por exmplo, ensaios de tração conforme ASTM D638 e ensaios de flexão conforme ASTM D790 é possível por meio de simples conversão ou por meio da inclusão de vários dispositivos de medição em um sistema.
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Perguntas frequentes quanto à norma ASTM D790
As duas normas disponibilizam um método para determinação das características de flexão em plásticos, porém se distinguem quanto ao range de aplicação, à geometria das amostras e à execução de ensaio. Por esse motivo os resultados de ensaio não são comparáveis de forma confiável. Nos ensaios em plásticos se deve contar com diferenças em decorrência das dimensões das amostras as quais influenciam a morfologia do material. Outras grandezas de influência resultam das diferentes velocidades de ensaio e das diferenças na determinação dos valores dos módulos.
A norma ASTM D790 descreve um método de ensaio para determinação das características de flexão de plásticos não reforçados e de plásticos reforçados, de materiais compósitos reforçados com fibra e materiais de isolamento. Resultados de ensaio típicos são o módulo de flexão, tensões e deformações no ponto de estiragem, a resistência à flexão e a deformação na flexão-ruptura. Os ensaios são utilizados para plásticos semi-rígidos e plásticos rígidos, mas são executados somente até a deformação por flexão de no máx. 5%.
Os resultados de ensaios de flexão conforme ISO 178 e ASTM D790 em plásticos são normalmente similares quanto às proporções, porém não são diretamente comparáveis. Os motivos são diferentes índices de deformação no ensaio de flexão, diferentes métodos de cálculo para o valor do módulo, e diferenças que poderão resultar da fabricação das amostras.
A Norma ISO são desenvolvidas com base em um amplo consenso internacional, que é estabelecido por comitês internacionais de padronização. Os comitês são constituídos por especialistas delegados pelos respectivos grêmios nacionais dos países participantes. Os padrões ASTM são desenvolvidas em nível nacional nos Estados Unidos, mas a ASTM International permite a participação de especialistas de fora dos Estados Unidos.
O módulo de flexão é uma medida para a rigidez do material e indica sua capacidade de resistência a cargas. A resistência à flexão fornece dados sobre a carga máxima suportada pelo material em flexão antes de sua ruptura.
A tensão de flexão é calculada conforme ASTM D790 e conforme ISO 178 como tensão da fibra de borda da amostra no centro entre os apoios. A fórmula de cálculo indicada na norma se baseia em um caso de carga ideal. Erros de ângulo ou forças de atrito nos apoios resultantes da crescente deflexão da amostra durante o ensaio de flexão não são considerados. O cálculo possui a exatidão suficiente somente para pequenos ângulos de flexão.
Erros de ângulo entre os apoios ou entre os apoios e o cutelo de flexão causam contato pontual entre a amostra e a ferramenta de ensaio no início do ensaio. Com cargas crescentes a amostra em torção será deformada e um apoio linear será alcançado. Essas deformações iniciais se tornam visíveis no diagrama tensão-deformação como assim chamado pé curvado, ou seja, como gradiente crescente no range de medição inicial. Consequentemente, os valores do módulo de secante e do módulo de corda poderão sofrer impacto significativo, enquanto o módulo de tangente conforme ASTM D790 é menos suscetível a esse efeito.
