ASTM D3039 Propiedades de tracción de materiales compuestos de matriz polimérica

ASTM D3039 es una norma ampliamente utilizada para determinar las propiedades de tracción de materiales compuestos. Más específicamente, esta norma se aplica a compuestos que consisten en una matriz polimérica reforzada por fibras continuas o discontinuas de alto módulo.
Debido a su alta relación resistencia-peso, estos tipos de compuestos se utilizan comúnmente para aplicaciones aeroespaciales, automotrices y de energía renovable.

Esta guía presenta los elementos clave de las pruebas ASTM D3039, incluidos el equipo, el software y las muestras necesarias.
¿Qué mide la norma ASTM D3039?
La prueba ASTM D3039 implica aplicar una fuerza de tracción a una muestra (cupón) y medir varias propiedades. Las pruebas se realizan en una máquina de prueba universal (también llamada máquina de prueba de tracción) y el estándar incorpora unidades pulgada-libra y SI.

Las medidas clave incluyen:
Resistencia máxima a la tracción: tensión máxima aplicada (normalmente en la rotura)
Deformación máxima por tracción – Deformación en rotura
Módulo de tracción – Rigidez del material
Relación de Poisson: relación entre el cambio de deformación transversal y longitudinal
Deformación de transición: en los casos en que el material muestra un comportamiento elástico como lo indica un cambio de pendiente en la respuesta tensión-deformación, la deformación de transición es el valor de deformación donde ocurre el cambio de pendiente.
Modo de falla: se deben examinar las muestras rotas y se debe registrar su tipo de falla, área y ubicación.

¿Es ASTM D3039 el estándar correcto?
ASTM D3039 es una de las pruebas más básicas para caracterizar las propiedades de tracción de materiales compuestos. Sin embargo, existen otros estándares para evaluar las diferentes propiedades mecánicas de materiales compuestos anisotrópicos y heterogéneos, que incluyen:

ASTM D3410 y ASTM D6641 para pruebas de compresión
ASTM D3518 para pruebas de corte en el plano
El módulo de aplicación de compuestos del software Bluehill Universal de Instron incluye un método de prueba preconfigurado para ASTM D3039 y muchos otros estándares. Vea la lista completa de plantillas de métodos disponibles.

Tipos de muestras
Las muestras ASTM D3039 tienen forma rectangular con una sección transversal constante.
El estándar incluye geometrías de muestra recomendadas para tipos de materiales 0⁰ unidireccionales, 90⁰ unidireccionales, equilibrados y simétricos y aleatorios-discontinuos.
ASTM D3039 se puede utilizar para refuerzos de fibra tanto continuos como discontinuos, pero la disposición de la muestra laminada debe ser equilibrada y simétrica con respecto a la dirección de prueba para garantizar que la muestra no se tuerza ni se distorsione mientras está bajo carga.

Pestañas de muestras
Es una práctica común en los ensayos de compuestos utilizar lengüetas para proteger el material de la muestra contra daños causados por las mordazas. ASTM D3039 no requiere pestañas, pero sí recomienda su uso al probar materiales unidireccionales.
Las lengüetas pueden unirse a la muestra o mantenerse en su lugar mediante fricción (por ejemplo, tela de esmeril).

Medición de muestras
Antes de realizar la prueba, se debe medir el área de la sección transversal de la muestra. Esto se hace midiendo el ancho y el espesor en tres lugares dentro de la sección de calibre y promediando las medidas.

Dispositivos de medición de muestras
Cuando una o ambas superficies son irregulares, se requiere un micrómetro con interfaz de bola para medir el espesor.
Si ambas superficies son planas, entonces se puede utilizar un micrómetro con una bola o una interfaz plana.
Utilice un calibre o un micrómetro con yunque plano para medir el ancho de la muestra.
Mejores prácticas: para eliminar la posibilidad de errores de entrada y mejorar la eficiencia, utilice un dispositivo automático de medición de muestras capaz de transmitir mediciones directamente al software de prueba.
La función Dispositivo automático de medición de muestras de Bluehill Universal permite a los operadores conectar hasta dos dispositivos (micrómetros o calibradores) simultáneamente.

Empuñaduras y alineación de muestras
Las mordazas de tracción utilizadas para sujetar las muestras compuestas deben proporcionar una presión lo suficientemente fuerte y uniforme para evitar que la muestra se deslice durante el ensayo.

Puños recomendados
Empuñaduras de cuña manuales de precisión
Empuñaduras de cuña hidráulicas
Ambos tipos de agarre proporcionan una fuerza de sujeción confiable y utilizan un diseño de cuerpo móvil que minimiza las fuerzas de compresión al cargar una muestra.