Péndulo de impacto

Un probador de impacto es un dispositivo para ensayar la resistencia al impacto de los materiales. Existen dos tipos: probadores de impacto por péndulo y probadores de impacto por caída de bola (o por caída de peso). Los probadores de impacto por péndulo se dividen a su vez en probadores de impacto de viga simplemente apoyada (método Charpy) y probadores de impacto de viga en voladizo (método Izod). Se utilizan para determinar la tenacidad al impacto de materiales no metálicos como plásticos, compuestos reforzados con fibra, nailon reforzado, fibra de vidrio, cerámica, piedra fundida, aparatos eléctricos de plástico y materiales aislantes.

A medida que la industria se desarrolla, la demanda del mercado de probadores de impacto por péndulo evoluciona de forma continua. Las tres formas comunes son: probadores de impacto Charpy, probadores de impacto Izod y probadores de impacto combinados Izod/Charpy. Los probadores de impacto por péndulo son el equipo de ensayo idóneo para la industria química, los institutos de investigación, las universidades y los departamentos de inspección de calidad.

En la actualidad, el método Charpy es el más utilizado en China para ensayar la resistencia al impacto de los plásticos de ingeniería, mientras que el método Izod se emplea mayoritariamente en el extranjero. Al utilizar datos de resistencia al impacto debe prestarse atención al método de ensayo empleado. Las probetas para el ensayo de impacto Charpy se dividen en tipos con entalla y sin entalla.

Definición de resistencia al impacto

La resistencia al impacto refleja, evalúa o determina directamente la resistencia de un material (o producto) al impacto (grado de fragilidad o de tenacidad). En la industria son populares tres métodos: impacto Charpy, impacto Izod e impacto por caída de bola (o caída de peso). Los dos primeros métodos (Charpy e Izod) juzgan principalmente el comportamiento intrínseco del propio material frente al impacto; ambos no tienen una conexión esencial — la diferencia es que el Izod entrega una mayor energía de impacto, por lo que los materiales que no pueden romperse con Charpy se ensayan generalmente con Izod. El impacto por caída de bola o por caída de peso refleja la resistencia al impacto del propio producto (la resistencia al impacto de un producto está determinada por múltiples factores como el material, el espesor y la estructura).

Debido a las diferentes condiciones de ensayo del impacto Charpy, Izod y por caída de peso (como la especificación de la probeta, la forma del apoyo, el modo de impacto, la velocidad de impacto, el tipo de entalla, etc.), surgen diversas variantes de ensayo, como impacto a baja temperatura, impacto a alta temperatura, impacto sin entalla, impacto con entalla e impacto a través del espesor.

Clasificación de los métodos de medición de los probadores de impacto

Existen muchos métodos para ensayar la resistencia al impacto de los plásticos de ingeniería, principalmente el método de ensayo de impacto por péndulo y el método de ensayo de impacto por caída de peso. El ensayo de impacto por péndulo se divide a su vez en método Charpy y método Izod. El método Charpy es el más utilizado en China, mientras que el método Izod se emplea mayoritariamente en el extranjero. Al utilizar datos de resistencia al impacto debe prestarse atención al método de ensayo empleado. Las probetas para el ensayo de impacto Charpy se dividen en tipos con entalla y sin entalla.

Las resistencias al impacto Charpy e Izod representan la energía absorbida por unidad de área del material; cuanto mayor es la energía absorbida, mejor es la resistencia al impacto del material. La figura de la derecha muestra los esquemas de los dos métodos de impacto.

En estos dos ensayos, la resistencia al impacto puede expresarse mediante la siguiente fórmula: , donde a es la resistencia al impacto Charpy o Izod, en kJ/m² (kilojulios por metro cuadrado); A es la energía de impacto absorbida por la probeta, en J; b es el ancho de la probeta, en mm; d es el espesor de la probeta, en mm — para el impacto con entalla, el espesor restante tras restar la entalla.

De la fórmula de cálculo se deduce que las especificaciones de probeta elegidas para el ensayo (espesor, ancho, con o sin entalla) influyen en los resultados. Además, la temperatura de ensayo, la energía de impacto seleccionada, la velocidad de impacto, el apoyo, etc., también influyen en los resultados. En teoría, cuanto mayores son el ancho y el espesor de la probeta, mayor es la energía de impacto absorbida A (en J), pero el correspondiente b×d (área de impacto) también es mayor (la relación entre el área de impacto y la energía de impacto es compleja, con muchos factores influyentes, y no es linealmente proporcional). Por lo tanto, los valores de resistencia al impacto a distintos espesores pueden desviarse, aunque no mucho, y una probeta más gruesa no tiene necesariamente una resistencia al impacto mayor (la resistencia al impacto solo refleja el material en sí; para juzgar la resistencia al impacto de un material a un espesor dado, compare la magnitud de la energía de impacto absorbida A).

Asimismo, en los materiales rígidos existe elasticidad estructural a determinados espesores y luces de apoyo, lo que afecta de forma significativa a los resultados del ensayo de impacto. Por ello, las normas nacionales establecen que las probetas de espesor inferior a 3 mm generalmente no se someten a ensayos de impacto Charpy o Izod, y que el límite superior de espesor generalmente no supera los 10 mm; se recomienda un espesor de 4 mm. No existen reglas muy explícitas sobre la velocidad de impacto, la luz de apoyo y el espesor — solo se ofrecen esquemas recomendados.

En resumen, la comparación de la resistencia al impacto de los materiales (Charpy e Izod) solo puede realizarse en el mismo período de tiempo, con el mismo espesor de probeta y las mismas condiciones de ensayo (luz de apoyo, velocidad de impacto, mismo tipo de entalla, etc.). Además, dado que los factores que afectan a la resistencia de un material a la energía de impacto son complejos, la resistencia al impacto que reflejan Charpy o Izod es solo parcial. Por lo tanto, los resultados de Charpy o Izod sirven mayoritariamente como referencia auxiliar; juzgar la resistencia al impacto de un material requiere generalmente una determinación integral que combine varios elementos de ensayo (alargamiento a la rotura, módulo elástico, resistencia al impacto, etc.). Por ejemplo, ciertos materiales con núcleo espumado arrojan datos extremadamente bajos en los ensayos de impacto Charpy o Izod, pero sus datos de impacto por caída de bola no son peores que los de materiales similares.