Propriedades de tração ASTM D3039 de materiais compostos de matriz polimérica

ASTM D3039 é um padrão amplamente utilizado para determinar as propriedades de tração de materiais compósitos. Mais especificamente, esta norma se aplica a compósitos que consistem em uma matriz polimérica reforçada por fibras contínuas ou descontínuas de alto módulo.
Devido à sua alta relação resistência/peso, esses tipos de compósitos são comumente usados para aplicações aeroespaciais, automotivas e de energia renovável.

Este guia apresenta os principais elementos dos testes ASTM D3039, incluindo equipamentos, software e amostras necessárias.
O que o ASTM D3039 mede?
O teste ASTM D3039 envolve a aplicação de uma força de tração a uma amostra (cupom) e a medição de várias propriedades. O teste é conduzido em uma máquina de teste universal (também chamada de máquina de teste de tração) e o padrão incorpora unidades polegada-libra e SI.

As principais medidas incluem:
Resistência à tração final – Tensão máxima aplicada (normalmente na ruptura)
Deformação de tração final – Deformação na ruptura
Módulo de tração – Rigidez do material
Razão de Poisson – Razão entre a mudança na deformação transversal e longitudinal
Deformação de transição - Nos casos em que o material apresenta um comportamento de escoamento conforme indicado por uma mudança de inclinação na resposta tensão-deformação, a deformação de transição é o valor de deformação onde ocorre a mudança de inclinação
Modo de falha – As amostras quebradas devem ser examinadas e seu tipo de falha, área e localização devem ser registrados

ASTM D3039 é o padrão certo?
ASTM D3039 é um dos testes mais básicos para caracterizar as propriedades de tração de materiais compósitos. No entanto, existem outros padrões para avaliar as diversas propriedades mecânicas de materiais compósitos anisotrópicos e heterogêneos, incluindo:

ASTM D3410 e ASTM D6641 para testes de compressão
ASTM D3518 para testes de cisalhamento no plano
O módulo de aplicação de compósitos no software Bluehill Universal da Instron inclui um método de teste pré-configurado para ASTM D3039 e muitos outros padrões. Veja a lista completa de modelos de métodos disponíveis.

Tipos de amostras
As amostras ASTM D3039 têm formato retangular com seção transversal constante.
O padrão inclui geometrias de amostra recomendadas para tipos de materiais 0⁰ unidirecionais, 90⁰ unidirecionais, balanceados e simétricos e aleatórios descontínuos.
ASTM D3039 pode ser usada para reforços de fibra contínuos e descontínuos, mas a disposição da amostra laminada deve ser equilibrada e simétrica em relação à direção do teste para garantir que a amostra não torça ou distorça sob carga.

Guias de amostra
É prática comum em testes de compósitos usar abas para proteger o material da amostra contra danos causados pelas garras. ASTM D3039 não exige abas, mas recomenda seu uso ao testar materiais unidirecionais.
As abas podem ser coladas à amostra ou mantidas no lugar por fricção (por exemplo, lixa).

Medição de amostra
Antes do teste, a área da seção transversal da amostra deve ser medida. Isso é feito medindo a largura e a espessura em três locais da seção do medidor e calculando a média das medições.

Dispositivos de medição de amostras
Quando uma ou ambas as superfícies são irregulares, é necessário um micrômetro com interface esférica para medir a espessura.
Se ambas as superfícies forem planas, um micrômetro com esfera ou interface plana pode ser usado.
Use um paquímetro ou micrômetro com bigorna plana para medir a largura da amostra.
Prática recomendada: Para eliminar a chance de erros de entrada e melhorar a eficiência, use um dispositivo automático de medição de amostras capaz de transmitir medições diretamente para o software de teste.
O recurso Dispositivo automático de medição de amostras do Bluehill Universal permite que os operadores conectem até dois dispositivos (micrômetros ou paquímetros) simultaneamente.

Alças e alinhamento da amostra
As garras de tração usadas para segurar as amostras compostas devem fornecer pressão suficientemente forte e uniforme para evitar que a amostra escorregue durante o teste.

Punhos Recomendados
Punhos de cunha manuais de precisão
Apertos de cunha hidráulicos
Ambos os tipos de garras fornecem uma força de fixação confiável e utilizam um design de corpo móvel que minimiza as forças de compressão ao carregar uma amostra.