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Essais de choc sur plastiques

Les essais de choc sont utilisés pour déterminer le comportement du matériau aux vitesses de déformation plus élevées. Les moutons pendules, tours de chute et machines d'essais haute-vitesse sont utilisés pour la caractérisation des lois de comportement des matériaux dans l'essai de choc.

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  • Brochure sur le secteur d’activité: Plastique & Caoutchouc PDF 9 MO

Systèmes d’essais pour réalisation des essais de choc comparés

Systèmes d’essais pour réalisation des essais de choc comparés

Tours de chute instrumentées
Machines haute-vitesse
Tours de chute classiques
Moutons pendules classiques
Moutons pendules instrumentés
Tours de chute instrumentées HIT230F pour l'essai de choc sur plastiques:

Tours de chute instrumentées

  • Les tours de chute instrumentées disposent d'un capteur de force, d'une barrière lumineuse pour la détermination précise de la vitesse et d'une acquisition rapide des valeurs mesurées.
  • Des diagrammes force/course complets peuvent ainsi être représentés, par exemple dans l’essai de perforation.
  • Des points caractéristiques de la force, tels que l'énergie de choc enregistrée, pourront également être calculés à partir de ces diagrammes.
Machine d’essai haute vitesse HTM5020

Machines haute-vitesse

  • Les machines d'essais haute vitesse créent grâce à leur entraînement hydraulique des vitesses d'essais jusqu'à 20 m/s.
  • Ces machines sont toujours instrumentées et pourront être utilisées tant pour les essais de traction haute vitesse, essais de perforation et flexion sous hautes vitesses d'essais.
  • Elles couvrent les méthodes des moutons pendules et tours de chute instrumentées. Un surplus d'énergie important associé à une régulation précise - pour des vitesses quasi-constantes pendant le déroulement de l'essai - procure un avantage certain à ces machines.

Tours de chute classiques

  • Les tours de chute classiques fonctionnent, grâce un mouvement de chute linéaire.
  • Une masse avec un percuteur est déclenchée d'une hauteur généralement définie.
  • Ces tours de chute simples sont utilisées pour les analyses bon/mauvais, dans la méthode d'augmentation de la charge (Staircase method) ou dans les méthodes périphériques (Around the clock method). Aucune mesure n'est réalisé après impact de l'éprouvette.
Moutons pendules HIT pour la détermination de la résilience au choc ou résilience au choc entaillé

Moutons pendules classiques

  • Les moutons pendules classiques déterminent l'énergie de choc absorbée par une éprouvette normalisée jusqu'à rupture en mesurant la hauteur de pente du marteau pendule après le choc.
  • Le résultat est une résilience au choc ou résilience au choc entaillé, qui est indiquée pour la surface, par exemple en kJ/m²,
  • Dans l'essai de tubes, les moutons pendules sont également utilisés pour une évaluation de type bon / mauvais de la rupture éprouvette, sans représentation quantitative du résultat d'essai.
Mouton pendule instrumenté - Montage de choc traction sur l’étau

Moutons pendules instrumentés

  • Les moutons pendules instrumentés sont équipés d'un capteur de force et d'une acquisition rapide de la valeur mesurée, permettant d'enregistrer jusqu'à 4 millions de valeurs de force et temps par seconde.
  • Outre les valeurs d'énergie du travail de choc, d'autres valeurs, telles que la courbe de force et de fléchissement ou des grandeurs caractéristiques de mécanique de rupture pourront être enregistrées.

Essais de choc avec moutons pendules

4 méthodes normalisées sont distinguées:

  • Essai Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)
  • Essai Charpy instrumenté (ISO 179-2)
  • Essai Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) de même que "Unnotched cantilever beam impact" (ASTM D 4812)
  • Essais de choc traction (ISO 8256 et ASTM D 1822)
  • Essai de choc flexion Dynstat (DIN 53435)

Différences entre l’ISO et l’ASTM pour l'essai de choc:

Pour les essais selon ISO, les marteaux peuvent être utilisés dans une fourchette allant de 10 % à 80 % de leur énergie potentielle initiale. L'ASTM autorise une utilisation jusqu'à 85 %.

La différence fondamentale entre ISO et AST M réside principalement dans la taille du pendule. D'après ISO, le plus grand marteau possible doit être utilisé, étant entendu que les chevauchements entre tailles de pendules sont souvent très faibles. Cette exigence est fondée sur la considération d'une perte de vitesse à impact de l'échantillon qui doit être maintenue aussi faible que possible. Dans l'ASTM, le marteau pendule standard possède une capacité nominale de 2.7 Joule et toutes les autres valeurs sont obtenues par doublement. C'est le plus petit marteau pendule dans la plage de l'essai qui doit être sélectionné ici.

Méthode d'essai avec moutons pendules en comparaison

Essai de flexion choc selon Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)

Dans le cadre de la norme pour les grandeurs un point ISO 10350-1, la méthode Charpy d’après ISO 179-1 est la méthode d'essai préférée. L'essai est réalisé de manière préférentielle sur éprouvettes non entaillées dans un choc latéral étroit (1eU). L'essai sera réalisé avec éprouvette entaillée aussi longtemps que l'éprouvette ne casse pas dans cette configuration. Les résultats ne sont, par conséquent, pas directement comparables. La méthode de choc traction pourra être utilisée, si aucune rupture éprouvette n'est obtenue sur éprouvette entaillée.

Avantages de l'essai de choc Charpy:

  • La méthode Charpy dispose par rapport à l'Izod d'un large choix d'applications, et est mieux adaptée aux essais sur matériaux présentant des ruptures par cisaillement interlaminaires ou effets de surface.
  • La méthode Charpy offre de plus des avantages de réalisation pour l'essai à basses températures. L'absence d'entaille évite notamment une transmission calorifique rapide vers les zones critiques de l'éprouvette.

Essai de choc flexion instrumenté Charpy (ISO 179-2)

Un diagramme de force-course de très haute précision peut être obtenu, par intégration d'une technique de mesure de qualité supérieure. Les données ainsi obtenues peuvent être utilisées de différentes façons:

  • Grandeurs caractéristiques supplémentaires, permettant une meilleure compréhension du comportement du matériau
  • Grandeurs de mécanique de la rupture
  • Détermination automatique du type de rupture sans influence de l'opérateur, en fonction de l'allure de courbe dans le diagramme de force-course

Les courbes de mesure montrent toujours les oscillations caractéristiques. Ces oscillations sont celles de l'éprouvette, dont la fréquence se situe dans une relation fonctionnelle définie par la géométrie de l'éprouvette, les dimensions ainsi que la valeur de module du polymère.

La grande plage de mesure est un avantage supplémentaire de l'instrumentation. Contrairement aux moutons pendules classiques, leur variante instrumentée mesure des forces et non des énergies. Grâce à des mesures précises dès 1/100 de la force nominale, la durée de l'essai ainsi que la fréquence propre de l'élément mesuré permettent de déterminer la valeur inférieure de l'énergie de choc mesurable. Deux marteaux pendules instrumentés suffiront par conséquent à couvrir l'ensemble de la plage de mesure décrite par l'ISO 179-2: Un pendule instrumenté 5 J pour vitesses d'impact de 2,9 m/s et un pendule 50 J pour les vitesses d'impact de 3,5 m/s. Des essais d'après Izod et essais de choc traction sont également instrumentés sur la base de cette méthode.

Essai de choc flexion d'après Izod (ISO 180, ASTM D256, ASTM D4508, ASTM D4812)

  • Les normes ASTM définissent la méthode d'essai Izod dans l'ASTM D256. Les essais sont toujours réalisés avec éprouvettes entaillées.
  • La méthode "Unnotched cantilever beam impact" décrite dans l'ASTM D4812 – similaire à la méthode Izod, mais réalisée sur éprouvettes non-entaillées – est plus rarement utilisée.
  • La méthode "Chip-impact" d'après ASTM D4508 - contrepartie à l'essai de choc flexion Dynstat - pourra également être utilisée sur petites éprouvettes.

Essai de choc flexion Dynstat (DIN 53435)

  • Pour l'essai de petites éprouvettes, certains constructeurs automobiles allemands appliquent la méthode de choc flexion Dynstat. L'avantage de cette méthode réside dans l'utilisation de très petites éprouvettes pouvant être prélevées sur composants plus petits.
  • Cette méthode est exclusivement décrite dans les normes DIN.

Essai de perforation sur éprouvettes planes

L'essai de perforation fournit des informations intéressantes sur la caractérisation des moulages. Le type d'essai représente un état de contrainte multi-axiale sur panneaux minces, qui est introduit avec une vitesse de déformation élevée. Le résultat: Diagramme de force-temps ou de force-course de même que des grandeurs caractéristiques un point, qui, outre la force maxi, décrivent le fléchissement sur des points caractéristiques du diagramme.

L' ISO 6603-2 de même que l'ASTM D 3763 normalisent l'essai de perforation sur panneaux. L’ISO 7765-2 offre une variante pour l’essai sur films et feuilles.

Les essais sont réalisés à une hauteur de chute de 1 m, ce qui correspond à une vitesse d'impact de 4,43 m/s. L'énergie potentielle du corps de chute doit être d'au moins 2,73 plus grande que celle du travail de perforation enregistré par l'éprouvette. En limitant la chute de la vitesse à 20 % maximum de la vitesse d'impact, l'exigence de la norme est satisfaite.

Sur les polymères rigides tels que le polycarbonate, un frottement à la pointe du percuteur conduirait à une dispersion importante des résultats d'essais. Aussi, les normes spécifient elles pour cette raison un léger graissage du percuteur.

Pour l'essai à basses températures, les panneaux d'essais doivent d'être conditionnés suffisamment longtemps à température d'essai. Des boîtes de refroidissement du commerce, devant se situer à proximité de l'appareil d'essai, peuvent de plus être utilisées en fonction de la température d'essai. Les éprouvettes seront prélevées de leur boîte afin de réaliser l'essai, introduites dans la tour de chute et testées sous quelques secondes.

Les tours de chute de la gamme HIT 230F sont conçues de telle sorte que la table d'essai est librement accessible. Le serrage se referme à activation du déclenchement à deux mains et couvre toutes les masses mobiles. Tout risque est ainsi écarté pour l'utilisateur et l'essai peut être réalisé en quelques secondes. Face aux variantes avec enceintes thermiques intégrées, la tour de chute HIT 230F se distingue par un débit éprouvette élevé et une grande simplicité d'utilisation.

Essais de choc avec machines d’essai haute-vitesse

Grâce à de très grandes vitesses d'essais et leur souplesse d'utilisation (réalisation d'essai en direction de traction et de compression), les machines d'essais haute vitesse HTM sont universellement utilisables dans l'essai de plastique Le montage d'enceintes thermiques permet les essais dans de larges plages de température.

Méthode d'essai avec machines haute vitesse en comparaison:

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