Propriedades de tração de materiais compósitos de matriz polimérica ASTM D3039/D3039M

A norma "ASTM D3039/D3039M Método de Teste Padrão para Propriedades de Tração de Materiais Compósitos de Matriz Polimérica", desenvolvida pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM), descreve as propriedades de tração no plano de materiais compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras de alto módulo. As formas dos materiais compósitos limitam-se a compósitos reforçados com fibras contínuas ou fibras descontínuas, nos quais o laminado é equilibrado e simétrico em relação à direção do teste.

Para os fins desta norma, aplicam-se os termos e definições fornecidos na ASTM D3878 para fibras de alto módulo e seus compósitos, na ASTM D883 para plásticos, na ASTM E6 para ensaios mecânicos e nas normas ASTM E456 e ASTM E177 para estatística. Em caso de conflito entre os termos, a ASTM D3878 prevalece sobre as demais normas. Além disso, aplicam-se as seguintes definições:

Um valor nominal é um valor atribuído a uma propriedade mensurável que existe apenas nominalmente, para fins de identificação conveniente. Tolerâncias podem ser aplicadas a um valor nominal para definir uma faixa aceitável para a propriedade.
A região de transição é uma região de deformação de uma curva tensão-deformação ou deformação-deformação onde ocorre uma mudança significativa na inclinação da curva em um pequeno intervalo de deformação.
A deformação de transição é o valor de deformação na faixa intermediária da região de transição entre duas porções essencialmente lineares de um par de curvas lineares tensão-deformação ou deformação-deformação. Muitos materiais compósitos filamentosos apresentam comportamento essencialmente bilinear durante a aplicação de força, como visto, por exemplo, em gráficos de tensão longitudinal versus deformação longitudinal ou deformação transversal versus deformação longitudinal. Existem várias razões físicas para a existência de uma região de transição. Exemplos comuns incluem fissuras na matriz sob força de tração e delaminação de camadas.

Durante os ensaios, uma tira fina e plana de material com seção transversal retangular constante é colocada nas garras de uma máquina de ensaios mecânicos e submetida a uma carga monotônica de tração enquanto a força é registrada. A resistência máxima do material pode ser determinada a partir da força máxima sustentada antes da ruptura. Se a tensão do corpo de prova for monitorada com transdutores de tensão ou deslocamento, a resposta tensão-deformação do material pode ser determinada, a partir da qual a tensão máxima de tração, o módulo de elasticidade à tração, o coeficiente de Poisson e a tensão de transição podem ser derivados.

Este método de ensaio foi desenvolvido para produzir dados de propriedades de tração para propriedades de materiais, pesquisa e desenvolvimento, garantia de qualidade e projeto e análise estrutural. Os fatores que afetam a resposta à tração e, portanto, devem ser relatados incluem: material, métodos de preparação e posicionamento do material, ordem de empilhamento das amostras, preparação da amostra, condicionamento da amostra, ambiente de ensaio, alinhamento e aderência da amostra, velocidade do ensaio, tempo em temperatura ambiente, conteúdo de vazios e porcentagem de reforço volumétrico.

Os recursos orientados a testes que podem ser obtidos com este método de teste incluem:

Resistência máxima à tração
Tensão de tração máxima
Módulo elástico da corda de tração
Poisson orani
Estresse de transição

As intervenções são descritas nesta norma da seguinte forma:

Preparação de material e amostra: Práticas inadequadas de fabricação de material, falta de controle do alinhamento das fibras e danos causados pelo processamento inadequado de cupons são causas conhecidas de alta dispersão de dados de material em compósitos.
Retenção: Uma alta porcentagem de falhas relacionadas à retenção, especialmente quando combinada com alta dispersão de dados de materiais, é um indício de problemas de retenção de amostras. Os métodos de retenção de amostras são discutidos em detalhes nesta norma.
Alinhamento do sistema: A flexão excessiva levará a falhas prematuras e a determinações de módulo extremamente imprecisas. Todos os esforços devem ser feitos para eliminar a flexão excessiva do sistema de ensaio. A flexão pode ser causada por garras desalinhadas, corpos de prova montados incorretamente nas garras ou fora da tolerância devido à preparação inadequada da amostra. Se houver alguma dúvida sobre o alinhamento em uma máquina de ensaio específica, o alinhamento deve ser verificado conforme discutido nesta norma.
Efeitos de borda em laminados com camadas angulares: Laminados contendo camadas fora do eixo apresentam falha prematura e menor dureza devido ao amolecimento das bordas. Portanto, a resistência e o módulo de elasticidade dos laminados com camadas angulares podem ser significativamente subestimados. Para laminados quase isotrópicos contendo camadas significativas de 0 grau, o efeito é menos significativo.

A norma ASTM D3039/D3039M é essencial porque fornece um método consistente e confiável para medir as propriedades de tração de materiais compósitos de matriz polimérica, como fibra de carbono ou plásticos reforçados com fibra de vidro. Os principais motivos da importância desta norma são:

Fornece dados comparáveis: Sem um método padronizado, diferentes laboratórios ou fabricantes podem usar diferentes configurações de teste, tamanhos de amostra ou taxas de deformação. Este padrão garante que os resultados dos testes de tração sejam repetíveis e comparáveis em todo o setor.
Oferece suporte ao design de materiais: os engenheiros usam dados dos testes descritos nesta norma, como resistência à tração, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson, para:
- Prever como os materiais se comportarão sob estresse
- Seleção de materiais apropriados para aplicações de suporte de carga
- Realização de análises de falhas e avaliações de fadiga
Controle de qualidade: Os fabricantes confiam neste padrão para garantia de qualidade, assegurando que cada lote de material composto atenda às expectativas de design e desempenho.
Conformidade e certificação: Muitos setores, especialmente aeroespacial, automotivo e de defesa, exigem que materiais e componentes atendam a padrões específicos. Este padrão fornece uma referência reconhecida para conformidade com os requisitos regulatórios e do cliente.
Segurança estrutural: ao medir com precisão as propriedades de tração, ele ajuda os engenheiros a evitar sub ou superdimensionamentos, reduzindo o risco de falhas e o uso desnecessário de material.

Nossa organização, que há anos apoia empresas de todos os setores por meio de uma ampla gama de atividades de teste, medição, análise e avaliação, conta com uma equipe sólida que acompanha de perto os desenvolvimentos globais em ciência e tecnologia e se aprimora constantemente. Nesse contexto, também prestamos serviços de teste de acordo com a norma "ASTM D3039/D3039M Método de Teste Padrão para Propriedades de Tração de Materiais Compósitos de Matriz Polimérica".