Para aprovechar al máximo las posibilidades el material, es esencial tener conocimientos sobre las propiedades del material: esto comienza con el ensayo de la materia prima

Polímeros, puestos a prueba

Redacción Interempresas08/09/2021

Los plásticos forman parte de nuestra vida diaria. Desde simples envases de transporte para alimentos, hasta carcasas para dispositivos electrónicos y piezas funcionales sometidas a cargas elevadas en máquinas: los polímeros se pueden encontrar literalmente en todas partes. ZwickRoell ofrece una amplia gama de equipos y máquinas para ensayos mecánicos y la caracterización de materiales de plásticos.

Gracias al desarrollo de plásticos de cada vez más alto rendimiento, están surgiendo numerosos campos de aplicación nuevos. Los métodos de fabricación, como la impresión 3D, también crean constantemente nuevas áreas de aplicación. Vista la gran cantidad de aplicaciones, no es de extrañar que los requisitos exigidos al material puedan ser muy variados: la industria del automóvil se centra en propiedades distintas que, por ejemplo, la industria médica. E igual de variados son los ensayos. Van desde ensayos de fluidez y dureza hasta ensayos de impacto clásicos, ensayos estáticos de tracción, compresión y flexión, así como ensayos de fluencia y ensayos dinámicos de vida útil.

Caracterización de materiales plásticos

Para aprovechar al máximo las posibilidades y oportunidades que ofrece el plástico como material, es esencial tener conocimientos sobre las propiedades del material. Esto comienza con el ensayo de la materia prima. Un método simple que se usa ampliamente en el aseguramiento de la calidad y el control de entrada de mercancías es el ensayo de fluidez. Nos proporciona información sobre el índice de fluidez en volumen (IFV) o del índice de fluidez en masa (IFM). Dependiendo de la fase de fabricación en el sector del plástico, se imponen diferentes requisitos al medidor de índice de fluidez. Los equipos de ensayos de la serie Xflow de ZwickRoell, formada por el Cflow, para el ensayo en la entrada de mercancías, el Mflow, de construcción modular y cada vez más funcional, y el Aflow, completamente automatizado para un funcionamiento 24/7, cubren toda la gama. Destacan por su facilidad de uso, mediciones fiables y fácil limpieza.

Medidor del índice de fluidez Aflow totalmente automatizado.

La dureza es una de las propiedades básicas de todo material. Proporciona información sobre su resistencia al desgaste y permite sacar las primeras conclusiones sobre su resistencia a la tracción. Los métodos clásicos para determinar la dureza de los plásticos son, por ejemplo, el ensayo de dureza Rockwell y la indentación por bola. Según los requisitos de cada cliente, ZwickRoell ofrece una amplia gama de opciones, desde dispositivos portátiles analógicos para determinar la dureza Shore, máquinas de ensayos de dureza universales hasta soluciones combinadas que consisten en un cabezal de medición de dureza y una máquina universal de ensayos de penetración instrumentados. Con el nanoindentador ZHN, se puede determinar la dureza de incluso capas finas y áreas de superficie pequeñas de forma fiable y segura.

Quebradizos o duros: plásticos sujetos a fuerzas de impacto

A través de los ensayos de impacto se evalúa el comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Dependiendo de los requisitos, se utiliza un péndulo de impacto, una máquina de ensayos de caída libre o una máquina de ensayos de alta velocidad.

Los péndulos de impacto instrumentados con un sensor de fuerza y una rápida adquisición de datos permiten registrar y evaluar más datos además de los valores de energía del trabajo de impacto. Lo mismo se aplica al uso de dispositivos de caída de peso instrumentados. En el ensayo de perforación, por ejemplo, se registran diagramas de fuerza-desplazamiento completos, a partir de los cuales se calculan los puntos de fuerza característicos y la energía de impacto absorbida.

Ensayos de plásticos duros y elásticos a elevadas velocidades de deformación con péndulos de impacto.

Las máquinas de ensayos de alta velocidad con accionamiento hidráulico, siempre instrumentadas, alcanzan elevadas velocidades de ensayo de hasta 20 m/s. Se pueden utilizar de forma variable para ensayos de desgarro a alta velocidad, ensayos de perforación y de flexión y cubren los métodos de los péndulos de impacto y las máquinas de ensayos de caída libre instrumentadas. Gracias al alto excedente de energía y al control especial, permiten velocidades de ensayo prácticamente constantes durante el proceso de ensayo.

Ensayos estáticos en condiciones y temperatura normales

Los ensayos estáticos y los ensayos de tracción y compresión, pero también el ensayo de flexión, se encuentran entre los ensayos más frecuentes. Proporcionan parámetros fundamentales en el desarrollo y permiten extraer amplias conclusiones sobre el comportamiento de los materiales de componentes durante el control de calidad. Las máquinas de ensayos universales, como la representante de ZwickRoell, AllroundLine, cubren todos los métodos de ensayo estáticos gracias a su diseño modular y una amplia selección de accesorios. En combinación con una cámara de temperatura, también permiten realizar ensayos en un amplio rango de temperatura de -40 °C a +250 °C. Además, hasta tres áreas de ensayo en una sola máquina garantizan un trabajo flexible sin cambio de accesorios. El concepto de ambiente de ensayo del software de ensayo testXpert III carga todos los parámetros relevantes con tan solo presionar un botón y, por lo tanto, admite el cambio rápido de los ambientes de ensayo preconfigurados.

Determinación del comportamiento de plásticos a largo plazo

Los ensayos de fluencia sirven para evaluar el comportamiento a largo plazo de los plásticos. Son particularmente importantes para productos que están sujetos a cargas constantes durante su uso, como tuberías, juntas y componentes para de cojinetes. Son habituales los ensayos de tracción, compresión y flexión; con ensayos que a veces, incluso pueden durar semanas o incluso meses. A menudo, el ensayo puramente mecánico va acompañado de una carga térmica, un factor que queda cubierto con la Kappa Multistation con cámara de temperatura integrada (-40 °C a +250 °C). La máquina de ensayos de fluencia se desarrolló especialmente para el análisis del comportamiento de fluencia en plásticos y materiales poliméricos. Los ensayos de fluencia de hasta 10 kN pueden combinarse libremente en hasta 6 ejes de ensayo controlados individualmente y llevarse a cabo en condiciones normales o a temperatura. Los extensómetros ópticos de la serie videoXtens se encargan de medir la deformación con precisión. Está instalado detrás de la cámara de temperatura y, gracias al visor, tiene un campo de visión libre de todas las probetas sin intervenir en el ensayo.

Ensayos dinámicos

Si bien el comportamiento a largo plazo se ensaya bajo cargas estáticas, los ensayos dinámicos son necesarios para determinar la resistencia a la fatiga, la vida a fatiga y el límite de fatiga. Los componentes sometidos a cargas cíclicas soportan valores de tensión más bajos a largo plazo que las cargas estáticas, que fallan por fatiga del material. Una buena opción, son las máquinas de ensayos electrodinámicas de la serie LTM, disponibles con fuerzas entre 1 y 10 kN. Debido al rango de alta velocidad, se pueden utilizar para ensayos cuasiestáticos y ensayos dinámicos de fatiga con una frecuencia de ensayo máxima de 120 Hz (según el modelo). El accionamiento libre de aceite ofrece toda una serie de ventajas, desde la sencilla puesta en marcha de la máquina de ensayos –no requiere conexiones para aceite ni agua– hasta un bajo consumo de energía y bajas emisiones de ruido. Ambos son particularmente notables en ensayos más largos.

Automatización flexible

Especialmente en el desarrollo de materiales y la construcción de prototipos en serie, siempre hay volúmenes de probetas más reducidos de materiales o componentes para ensayar. El robot de construcción ligera roboTest N permite automatizar cualquier tarea de pick & place en las máquinas de ensayos. El asistente de ensayo compacto es fácil de integrar en los laboratorios de ensayos existentes, ya que no requiere medidas complejas de protección para el operador. Su uso es extremadamente flexible, especialmente en la versión móvil, roboTest N, puede acoplarse a la máquina de ensayos, según sea necesario, conectarse al software y realizar el aprendizaje en muy poco tiempo. Está completamente integrado en el software de automatización de ZwickRoell autoEdition 3 y se puede utilizar sin el terminal de operador del robot. No se requieren conocimientos especiales en el área de programación de robots.

Robot de construcción ligera roboTest N para aplicaciones pick and place.

Conclusión

La extensa gama de ZwickRoell incluye todo lo necesario para equipar un laboratorio de ensayos en el campo de la tecnología de plásticos, –desde ensayos de fluidez y dureza hasta ensayos de fluencia y de vida útil, pasando por ensayos de flexión por impacto, ensayos de tracción. El software de ensayos unificado garantiza un concepto de funcionamiento intuitivo y orientado al flujo de trabajo, lo que reduce significativamente el período de aprendizaje y los errores de operación. Junto con roboTest N, muchos de los ensayos mencionados pueden automatizarse y llevarse a cabo en serie.