Cómo realizar una prueba de resistencia a la rotura en gomas vulcanizadas y elastómeros termoplásticos


ASTM D624 es un método de prueba común utilizado para determinar la resistencia a la desgarro del caucho vulcanizado y los elastómeros termoplásticos. Debido a las formas de la muestra a menudo utilizadas, esta prueba a veces se denomina prueba de pantalón, ángulo o media luna. Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos de una prueba ASTM D624 y proporcionará una visión general del equipo de prueba, el software y las muestras necesarias. Sin embargo, cualquier persona que planee realizar pruebas ASTM D624 no debe considerar que esta guía sea un sustituto adecuado para leer el estándar completo.

¿ASTM D624 es el estándar adecuado para mí?
ASTM D624 proporciona resultados similares a ISO 34, otra prueba común que mide la resistencia a la rotura de los materiales elastoméricos. Aunque las organizaciones ASTM e ISO están trabajando actualmente para disminuir las diferencias entre estos dos estándares, los resultados aún no pueden considerarse comparables, y se debe tener cuidado para garantizar que el estándar de prueba correcto se use para una aplicación determinada. ASTM D624 está destinado a medir solo la resistencia del desgarro: cualquier persona que busque determinar las propiedades de tracción de los elastómeros debe referirse a ASTM D412.

Sistema de prueba
Las pruebas a ASTM D624 se pueden realizar en una mesa (columna dual) o un sistema de prueba universal de una sola columna debido a su bajo viaje de cruce. Los laboratorios que prueban a ASTM D624 generalmente también ejecutan pruebas de tracción a ASTM D412, y por conveniencia a menudo usará el mismo sistema de prueba para ambos. Debido a que la fuerza máxima aplicada durante las pruebas de desgarro de elastómero es significativamente menor que la fuerza máxima aplicada durante la prueba de tracción de elastómero, se pueden usar celdas de carga de capacidades diferentes. Las celdas de carga de Kason están diseñadas para sistemas de prueba de la serie ETM.

El software es un elemento crítico de cualquier sistema de prueba y puede simplificar enormemente el proceso de prueba. El software Kason viene precargado con todos los estándares ASTM e ISO más comunes, incluidos ASTM D624, ASTM D412 e ISO 34.

Soluciones de agarre

Los mejores tipos de agarres para usar para ASTM D624 son las empuñaduras que suministran una presión constante como la acción lateral neumática o las empuñaduras de rodillo auto-modificadoras. Ambas agarres evitarán deslizamientos durante la prueba y permitirán una inserción rápida de muestras. Para algunos materiales, se pueden usar empuñaduras de acción de tornillo básicas. Un elemento importante de las pruebas ASTM D624 es alinear las muestras verticalmente y en la misma posición para cada prueba. Debido a que se sabe que las pruebas de lágrimas producen una amplia variación en los resultados, es importante eliminar tantas variables como sea posible. Los agarres de acción lateral neumática tienen la ventaja sobre otros agarres, ya que ayudan a alinear el espécimen. También es importante combinar los agarres con caras de la mandíbula para facilitar la alineación visual: las caras de la mandíbula deben ser el mismo ancho que el espécimen.

Para alinear adecuadamente su muestra, establezca la posición inicial de la cruz de tal manera que el borde superior e inferior del espécimen se alinee con el borde superior de la cara de la mandíbula en la empuñadura superior y el borde inferior de la cara de la mandíbula en el agarre inferior. Esto asegurará que el centro de la muestra esté alineado con el centro de la separación de agarre.

Especímenes
Al probar este estándar, la muestra se mueve o se corta primero, y una rotura se propaga a través de esta área de daño, que se convierte en el sitio de concentración de tensión. ASTM D624 incluye dos definiciones diferentes para la intensidad del desgarro basadas en el tipo de muestra que se está probando.
Hay 5 muestras de prueba aceptables descritas en este estándar: Tipos A, B, C, T y CP. Al probar los tipos de muestras A, B o C, la resistencia a la rotura se define como la fuerza máxima dividida por el grosor de la muestra. Al probar las muestras tipo T o CP, la fuerza de la rotura es la fuerza promedio o media de la porción de la curva generada durante la rotura de la muestra dividida por el grosor de la muestra. El promedio o la mediana se usan dependiendo del tipo de curva de estrés/deformación generada por el material probado.
Las pruebas de lágrimas de los elastómeros son particularmente importantes porque la mayoría de los elastómeros que se rompen o fallan en su aplicación prevista lo hacen debido a la iniciación y la propagación de una rotura. Los cinco tipos de muestras diferentes en las pruebas ASTM D624 proporcionan una variedad de opciones para geometrías y concentraciones de estrés que podrían conducir al inicio de una rotura en una aplicación del mundo real. Los resultados de esta prueba no están destinados a cuantificar la resistencia de la rotura de un material en el servicio, sino simplemente comprender cómo se comporta en las condiciones de prueba especificadas.
Los tipos A, B, C y T deben estar preparados utilizando un troquel de corte de acuerdo con las dimensiones en la especificación. Las muestras de CP de tipo deben moldearse. Para los tipos A y B, también se debe usar un dispositivo o dado para hacer el corte pequeño.

Dado que los resultados de esta prueba dependen en gran medida del grosor de la muestra, es fundamental asegurarse de medir su muestra con precisión utilizando un micrómetro de acuerdo con ASTM D3767. ASTM D3767 especifica los requisitos de tolerancia y precisión del dispositivo de medición de la muestra, junto con la geometría de la superficie de contacto y la fuerza que se ejerce sobre la muestra durante la medición. La precisión del dispositivo de medición de la muestra a menudo se pasa por alto y puede tener una influencia significativa en los resultados de su prueba. Para un flujo de trabajo perfecto, opte por un dispositivo de medición automático de muestras que ingrese las dimensiones necesarias en su software de prueba.

Cámara ambiental

Los elastómeros probados bajo ASTM D624 a menudo están destinados al uso futuro en condiciones no ambientales. Debido a que las condiciones ambientales tienen un gran impacto en la fuerza de la separación de los elastómeros, se debe tener cuidado para garantizar que las condiciones de prueba imiten las de la aplicación de uso final previsto. La velocidad de prueba, la temperatura, la humedad, las dimensiones de la muestra y las condiciones de prueba previas tienen efectos notables en los resultados de las pruebas y deben controlarse para que la prueba produzca datos útiles. Para garantizar que estos elementos simulen la aplicación de uso final del material, ASTM D624 se realiza con frecuencia dentro de una cámara ambiental donde se puede usar calefacción o enfriamiento (LN2 o CO2).

Las cámaras ambientales de la serie Kason ETM permiten a los operadores monitorear la temperatura dentro de la cámara durante la duración de la prueba. Además, el tiempo y la temperatura de remojo se pueden configurar dentro de Bluehill Universal para garantizar que todas las muestras estén condicionadas adecuadamente antes del inicio de la prueba.

Rendimiento
Para los laboratorios que buscan aumentar su rendimiento, se pueden realizar varias modificaciones a la configuración del sistema. Los dispositivos de medición de muestras automáticas y las empuñaduras neumáticas aumentan la eficiencia de la prueba al reducir la cantidad de entrada manual necesaria del operador de prueba. Aunque el tiempo de prueba para ASTM D624 es generalmente bajo, el laboratorio que también prueba a ASTM D412 podría querer aumentar la cantidad de muestras probadas por día. En este caso, los marcos de prueba de múltiples estaciones pueden proporcionar el mejor rendimiento porque el operador puede ejecutar hasta cinco pruebas simultáneamente. Los sistemas de prueba totalmente automatizados también están disponibles y están diseñados para incorporar medición de muestras, carga de muestras, pruebas y eliminación. Estos sistemas pueden ejecutarse durante horas sin requerir ninguna interacción del operador. Además, estos sistemas ayudan a reducir la variabilidad debido al error humano.
Como ejemplo, consulte este video de un sistema de prueba automatizado de Kason capaz de cumplir con los requisitos de ASTM D624. El sistema se ha configurado con una cámara para probar muestras de elastómero en condiciones no ambientales.