ASTM D3039 es un estándar de prueba ampliamente utilizado para determinar las propiedades de tracción de los materiales compuestos. Debido a sus propiedades livianas y su alta resistencia a la tracción, los materiales compuestos son cada vez más favorecidos por las industrias aeroespaciales y automotrices, y se están utilizando para reemplazar los metales en muchas aplicaciones. Aunque hay muchos tipos diferentes de compuestos, ASTM D3039 se aplica solo a aquellos que consisten en una matriz de polímero reforzada por fibras de alto modulo. Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos de una prueba de tracción ASTM D3039, incluida una descripción general del equipo, el software y las muestras necesarias. Sin embargo, cualquier persona que planee realizar pruebas ASTM D3039 no debe considerar que esta guía sea un sustituto adecuado para leer el estándar completo.
Las pruebas ASTM D3039 se realizan aplicando una fuerza de tracción a una muestra (cupón) y midiendo varias propiedades de la muestra bajo estrés. Se realiza en una máquina de prueba universal (también llamada máquina de prueba de tracción) y combina unidades de pulgada y SI en un solo estándar. ASTM D3039 mide las siguientes propiedades de tracción:

Resistencia a la tracción: la tensión máxima aplicada durante la prueba (generalmente el estrés en la ruptura)
Tensión de tracción final: la tensión en la ruptura
Módulo de tracción: cuánto puede deformarse el material (estirarse) en respuesta al estrés.
Relación de Poisson: la relación entre el cambio en la tensión transversal a la longitudinal entre dos puntos de deformación longitudinal (generalmente los mismos puntos que los utilizados para la determinación del módulo, es decir, 0.1 a 0.3%)
Tensión de transición: en los casos en que el material muestra un comportamiento de rendimiento (que se muestra como un cambio de pendiente en la respuesta de tensión-deformación), la tensión de transición es el valor de deformación donde ocurre el cambio de pendiente.
Modo de falla: se deben examinar las muestras rotas y su tipo de falla, área y ubicación deben registrarse mediante un código de tres caracteres.
ASTM D3039 es específico de los plásticos reforzados con partículas o fibras cortas, y es una de las pruebas más básicas utilizadas para caracterizar, calificar y certificar las propiedades de tracción de estos materiales. Sin embargo, son necesarias una amplia gama de otras pruebas para caracterizar completamente las diferentes propiedades mecánicas de los materiales compuestos anisotrópicos y heterogéneos. Cualquiera que necesite probar las propiedades de compresión de un compuesto debe referirse a ASTM D695. Aquellos que requieren pruebas de corte en línea de un compuesto deben seguir ASTM D3846. Un método de prueba preconfigurado para D3039, junto con muchos otros métodos de prueba de compuestos, se incluye en el módulo de aplicación Bluehill Universal Composites.
Las muestras ASTM D3039 son de forma rectangular con una sección transversal constante. La longitud mínima de la muestra es igual a la longitud total de agarre + 2 x ancho + longitud de calibre, pero se recomiendan mayores longitudes para minimizar las tensiones de flexión. El ancho y el grosor de la muestra deben ser representativos del material a granel con respecto a la cantidad de fibras. Hay cuatro geometrías de muestras recomendadas para 0⁰ tipos de materiales unidireccionales, 90⁰ unidireccionales, equilibrados y simétricos y discontinuos aleatorios. ASTM D3039 se puede usar para refuerzos de fibra continuos y discontinuos, pero la colocación de la muestra laminada debe estar equilibrada y simétrica con respecto a la dirección de prueba.
El área de sección transversal del espécimen debe medirse antes de la prueba: esto se hace midiendo el ancho y el grosor en tres lugares dentro de la longitud del medidor y promediando. Cuando una o ambas superficies son irregulares, se requiere un micrómetro con interfaz de bola para medir el grosor. Si ambas superficies son planas, entonces se puede usar un micrómetro con una bola o interfaz plana. Se requiere un micrómetro o pinza con una interfaz de yunque plana para medir el ancho de la muestra. La función de dispositivo de medición automática de muestras en Bluehill Universal permite a los operadores conectarse hasta dos dispositivos (micrómetros o pinzas) a la computadora e ingresar los datos directamente en el software. Esto elimina las posibilidades de errores de entrada y aumenta la eficiencia
Las pruebas ASTM D3039 se realizan en una máquina de prueba universal de modelo o modelo de piso. Un sistema de 30 kN o 50 kN puede ser suficiente para probar compuestos de fibra de vidrio, pero se necesita un sistema de 100 o 250 kN para probar los compuestos de fibra de carbono.
Los agarres utilizados para contener muestras compuestas deben proporcionar una presión suficientemente fuerte e uniforme para evitar que la muestra se deslice durante la prueba. Los patrones de la cara de la mandíbula deben ser adecuados para el material y estar en buenas condiciones. La alineación de los agarres debe limitar la tensión de flexión al 3-5% a niveles de deformación moderados (> 1000 µɛ).
Los diseños de agarre adecuados para ASTM D3039 incluyen los agarres de cuña manuales de precisión y los agarres de cuña hidráulica. Ambas empuñaduras usan un diseño de cuerpo en movimiento e incorporan paradas de ubicación de muestras para proporcionar un agarre confiable de compuestos y otros materiales al tiempo que logran la alineación requerida.
Hay varios dispositivos diferentes disponibles para medir la tensión durante la prueba. Los más comunes son los extensómetros, que están disponibles en una variedad de opciones diferentes, dependiendo de las necesidades de su laboratorio. El más simple es un extensómetro de clip de longitud de calibre fijo 2630 para medir la tensión axial. Un operador debe recortar esto directamente en la muestra al comienzo de cada prueba y eliminarlo antes de que se rompa la muestra.
Si se prueban la relación de Poisson, también se debe agregar un extensómetro transversal para medir el cambio de ancho en toda la región elástica de la muestra. Se puede utilizar un extensómetro transversal independiente para complementar un extensómetro de clip o automático existente, o se puede utilizar un dispositivo biaxial para medir la tensión axial y transversal simultáneamente.
A menudo, los compuestos que se están probando están destinados a usarse en condiciones no ambientales. Para simular estas aplicaciones de uso final, ASTM D3039 se realiza dentro de una cámara de temperatura donde se puede usar calefacción o enfriamiento (LN2 o CO2). Los medidores de tensión o los extensómetros de clip se pueden usar a una temperatura máxima de 200 ° C. Alternativamente, se puede usar un extensómetro de video avanzado no contactante (AVE 2). El AVE 2 está montado fuera de la cámara de temperatura y usa una cámara para rastrear las deformaciones en la muestra durante toda la prueba, con la ventaja de que los operadores de prueba no necesitan abrir y cerrar la puerta de la cámara durante la prueba.
Los medidores de tensión de resistencia eléctrica también son útiles para determinar la tensión durante las pruebas ASTM D3039. A diferencia de los extensómetros, los medidores de tensión son elementos consumibles que pueden usarse para medir la tensión en la falla. Estos medidores generalmente consisten en una cuadrícula de lámina de metal delgada que se une a la muestra con un adhesivo. Los medidores de tensión se pueden usar en condiciones ambientales desde temperaturas criogénicas hasta más de 200 ° C, pero requieren acondicionamiento para generar una señal eléctrica útil. Un adaptador fácil de usar está disponible para su uso con la electrónica estándar en una máquina de prueba. Debido a que los materiales compuestos no se deforman sustancialmente antes de la falla, la precisión extrema de un medidor de tensión unida a veces puede ser preferible al uso de un extensómetro para las pruebas ASTM D3039.
La prueba de materiales compuestos en condiciones no ambientales normalmente se realiza dentro de una cámara de temperatura. Estas cámaras usan convección de aire forzada junto con elementos de calentamiento resistivos para lograr altas temperaturas y enfriamiento líquido de nitrógeno o dióxido de carbono para lograr bajas temperaturas. Las cámaras ambientales proporcionan amplias capacidades de prueba de temperatura para evaluar las propiedades del material en condiciones de prueba no ambientales. Está disponible una gama completa de empuñaduras complementarias, pullrocas y extensómetros.