Como realizar um teste de tração em materiais compósitos para ASTM D3039
O ASTM D3039 é um padrão de teste amplamente utilizado para determinar as propriedades de tração dos materiais compostos. Devido às suas propriedades leves e alta resistência à tração, os materiais compostos são cada vez mais favorecidos pelas indústrias aeroespacial e automotivo e estão sendo usadas para substituir os metais em muitas aplicações. Embora existam muitos tipos diferentes de compósitos, o ASTM D3039 se aplica apenas àqueles que consistem em uma matriz de polímero reforçada por fibras de alto módulo. Este guia foi projetado para apresentá -lo aos elementos básicos de um teste de tração ASTM D3039, incluindo uma visão geral do equipamento, software e amostras necessárias. No entanto, qualquer pessoa que planeja realizar testes ASTM D3039 não deve considerar este guia um substituto adequado para a leitura de todo o padrão.
O teste ASTM D3039 é realizado aplicando uma força de tração a um espécime (cupom) e medindo várias propriedades da amostra sob estresse. É conduzido em uma máquina de teste universal (também chamada de uma máquina de teste de tração) e combina unidades de polegada-libra e Si em um único padrão. ASTM D3039 mede as seguintes propriedades de tração:




Resistência à tração - a tensão máxima aplicada durante o teste (geralmente o estresse no intervalo)
Tensão de tração final - a tensão no intervalo
Módulo de tração - Quanto o material pode se deformar (esticar) em resposta ao estresse.
Ratio de Poisson: a proporção da mudança na tensão transversal e longitudinal entre dois pontos de deformação longitudinais (geralmente os mesmos pontos que os usados para a determinação do módulo, isto é, 0,1 a 0,3%)
Deformação de transição: Nos casos em que o material mostra um comportamento de rendimento (exibido como uma mudança de inclinação na resposta do tensão-deformação), a tensão de transição é o valor de deformação em que a mudança de inclinação ocorre.
Modo de falha: as amostras quebradas devem ser examinadas e seu tipo de falha, área e localização devem ser registrados por meio de um código de três caracteres.
O ASTM D3039 é específico para plásticos reforçados com partículas ou fibras curtas e é um dos testes mais básicos usados para caracterizar, qualificar e certificar as propriedades de tração desses materiais. No entanto, uma ampla gama de outros testes é necessária para caracterizar completamente as muitas propriedades mecânicas diferentes de materiais compósitos anisotrópicos e heterogêneos. Qualquer pessoa que precise testar as propriedades de compressão de um composto deve se referir ao ASTM D695. Aqueles que precisam de testes de cisalhamento em linha de um composto devem seguir o ASTM D3846. Um método de teste pré-configurado para D3039, juntamente com muitos outros métodos de teste de compósitos, é incluído no módulo de aplicativo Bluehill Universal Composites.
As amostras ASTM D3039 são de forma retangular com uma seção transversal constante. O comprimento mínimo da amostra é igual ao comprimento total de preensão + 2 x largura + comprimento do medidor, mas são recomendados comprimentos maiores para minimizar as tensões de flexão. A largura e a espessura da amostra devem ser representativas do material a granel em relação à quantidade de fibras. Existem quatro geometrias de amostra recomendadas para tipos de materiais unidirecionais, 90⁰ unidirecionais, equilibrados e simétricos e aleatórios. O ASTM D3039 pode ser usado para reforços de fibras contínuos e descontínuos, mas a lay-up da amostra laminada deve ser equilibrada e simétrica em relação à direção do teste.
A área de seção transversal do espécime deve ser medida antes do teste-isso é feito medindo a largura e a espessura em três locais dentro do comprimento do medidor e a média. Quando uma ou ambas as superfícies são irregulares, é necessário um micrômetro com uma interface de bola para medir a espessura. Se ambas as superfícies forem planas, um micrômetro com uma bola ou interface plana pode ser usada. É necessário um micrômetro ou pinça com uma interface plana de bigorna para medir a largura da amostra. O recurso de dispositivo de medição automática de amostras no Bluehill Universal permite que os operadores se conectem a dois dispositivos (micrômetros ou pinças) ao computador e inseram os dados diretamente no software. Isso elimina as chances de erros de entrada e aumenta a eficiência
O teste ASTM D3039 é realizado em uma máquina de teste universal de modelo superior ou modelo de mesa. Um sistema de 30 kN ou 50 kN pode ser suficiente para testar compósitos de fibra de vidro, mas é necessário um sistema de 100 ou 250 kN para testar compósitos de fibra de carbono.
As garras usadas para manter amostras compostas devem fornecer uma pressão suficientemente forte e uniformal para impedir que a amostra escorregue durante o teste. Os padrões da face da mandíbula devem ser adequados para o material e estar em boas condições. O alinhamento das garras deve limitar a tensão de flexão a 3-5% em níveis de deformação moderada (> 1000µɛ).
Os designs de aderência adequados para o ASTM D3039 incluem as garras manuais de precisão e as garras de cunha hidráulica. Ambas as garras usam um design de corpo em movimento e incorporam paradas de localização da amostra para fornecer preensão confiável de compósitos e outros materiais, enquanto atinge o alinhamento necessário.
Vários dispositivos diferentes estão disponíveis para medir a tensão durante o teste. Os mais comuns são extensômetros, disponíveis em uma variedade de opções diferentes, dependendo das necessidades do seu laboratório. O mais simples é um extenso de clipe de comprimento de medidor fixo 2630 para medir a tensão axial. Um operador deve prendê -lo diretamente na amostra no início de cada teste e removê -lo antes da quebra da amostra.
Se o teste para a proporção de Poisson, um extensômetro transversal também deverá ser adicionado para medir a alteração de largura em toda a região elástica da amostra. Um extensômetro transversal independente pode ser usado para complementar um extensômetro de clip-on existente ou automático, ou um dispositivo biaxial pode ser usado para medir a tensão axial e transversal simultaneamente.
Muitas vezes, os compósitos que estão sendo testados são destinados a serem usados em condições não ambientes. Para simular essas aplicações de uso final, o ASTM D3039 é realizado dentro de uma câmara de temperatura onde o aquecimento ou o resfriamento (LN2 ou CO2) pode ser usado. Os extensões de tensão ou extensômetros de clipe podem ser usados até uma temperatura máxima de 200 ° C. Como alternativa, pode ser usado um extensômetro de vídeo avançado que não contata (AVE 2) pode ser usado. A AVE 2 é montada fora da câmara de temperatura e usa uma câmera para rastrear as deformações na amostra durante todo o teste, com a vantagem que os operadores de teste não precisam abrir e fechar a porta da câmara durante o teste.
Os deformações de resistência elétrica também são úteis na determinação da tensão durante o teste ASTM D3039. Ao contrário dos extensômetros, os medidores de tensão são itens consumíveis que podem ser usados para medir a tensão na falha. Esses medidores normalmente consistem em uma fina grade de folha de metal que é ligada à amostra com um adesivo. Os medidores de deformação podem ser usados em condições ambientais, desde temperaturas criogênicas a mais de 200 ° C, mas requerem condicionamento para gerar um sinal elétrico útil. Um adaptador fácil de usar está disponível para uso com os eletrônicos padrão em uma máquina de teste. Como os materiais compostos não se deformam substancialmente antes da falha, a extrema precisão de um medidor de deformação ligada às vezes pode ser preferível ao uso de um extensômetro para o teste ASTM D3039.
Testar materiais compósitos sob condições não ambientais é normalmente realizada dentro de uma câmara de temperatura. Essas câmaras usam convecção de ar forçada, juntamente com elementos de aquecimento resistivo para obter altas temperaturas e resfriamento de nitrogênio líquido ou dióxido de carbono para obter baixas temperaturas. As câmaras ambientais fornecem extensas recursos de teste de temperatura para avaliar as propriedades do material em condições de teste não ambientais. Uma gama completa de alças, pullrods e extensômetros complementares está disponível.