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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’activitĂ©: Plastique & Caoutchouc PDF 9 MO

SystĂšmes d’essais pour rĂ©alisation des essais de choc comparĂ©s

SystĂšmes d’essais pour rĂ©alisation des essais de choc comparĂ©s

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 instrumentĂ©es disposent d'un capteur de force, d'une barriĂšre lumineuse pour la dĂ©termination prĂ©cise de la vitesse et d'une acquisition rapide des valeurs mesurĂ©es.
  • Des diagrammes force/course complets peuvent ainsi ĂȘtre reprĂ©sentĂ©s, par exemple dans l’essai de perforation.
  • Des points caractĂ©ristiques de la force, tels que l'Ă©nergie de choc enregistrĂ©e, pourront Ă©galement ĂȘtre calculĂ©s Ă  partir de ces diagrammes.
Machine d’essai haute vitesse HTM5020

Machines haute-vitesse

  • Les machines d'essais haute vitesse crĂ©ent grĂące Ă  leur entraĂźnement hydraulique des vitesses d'essais jusqu'Ă  20 m/s.
  • Ces machines sont toujours instrumentĂ©es et pourront ĂȘtre utilisĂ©es tant pour les essais de traction haute vitesse, essais de perforation et flexion sous hautes vitesses d'essais.
  • Elles couvrent les mĂ©thodes des moutons pendules et tours de chute instrumentĂ©es. Un surplus d'Ă©nergie important associĂ© Ă  une rĂ©gulation prĂ©cise - pour des vitesses quasi-constantes pendant le dĂ©roulement de l'essai - procure un avantage certain Ă  ces machines.

Tours de chute classiques

  • Les tours de chute classiques fonctionnent, grĂące un mouvement de chute linĂ©aire.
  • Une masse avec un percuteur est dĂ©clenchĂ©e d'une hauteur gĂ©nĂ©ralement dĂ©finie.
  • Ces tours de chute simples sont utilisĂ©es pour les analyses bon/mauvais, dans la mĂ©thode d'augmentation de la charge (Staircase method) ou dans les mĂ©thodes pĂ©riphĂ©riques (Around the clock method). Aucune mesure n'est rĂ©alisĂ© aprĂšs impact de l'Ă©prouvette.
Moutons pendules HIT pour la détermination de la résilience au choc ou résilience au choc entaillé

Moutons pendules classiques

  • Les moutons pendules classiques dĂ©terminent l'Ă©nergie de choc absorbĂ©e par une Ă©prouvette normalisĂ©e jusqu'Ă  rupture en mesurant la hauteur de pente du marteau pendule aprĂšs le choc.
  • Le rĂ©sultat est une rĂ©silience au choc ou rĂ©silience au choc entaillĂ©, qui est indiquĂ©e pour la surface, par exemple en kJ/mÂČ,
  • Dans l'essai de tubes, les moutons pendules sont Ă©galement utilisĂ©s pour une Ă©valuation de type bon / mauvais de la rupture Ă©prouvette, sans reprĂ©sentation quantitative du rĂ©sultat d'essai.
Mouton pendule instrumentĂ© - Montage de choc traction sur l’étau

Moutons pendules instrumentés

  • Les moutons pendules instrumentĂ©s sont Ă©quipĂ©s d'un capteur de force et d'une acquisition rapide de la valeur mesurĂ©e, permettant d'enregistrer jusqu'Ă  4 millions de valeurs de force et temps par seconde.
  • Outre les valeurs d'Ă©nergie du travail de choc, d'autres valeurs, telles que la courbe de force et de flĂ©chissement ou des grandeurs caractĂ©ristiques de mĂ©canique de rupture pourront ĂȘtre enregistrĂ©es.

Essais de choc avec moutons pendules

4 méthodes normalisées sont distinguées:

  • Essai Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)
  • Essai Charpy instrumentĂ© (ISO 179-2)
  • Essai Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) de mĂȘme 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)

DiffĂ©rences entre l’ISO et l’ASTM pour l'essai de choc:

Pour les essais selon ISO, les marteaux peuvent ĂȘtre utilisĂ©s dans une fourchette allant de 10 % Ă  80 % de leur Ă©nergie potentielle initiale. L'ASTM autorise une utilisation jusqu'Ă  85 %.

La diffĂ©rence fondamentale entre ISO et AST M rĂ©side principalement dans la taille du pendule. D'aprĂšs ISO, le plus grand marteau possible doit ĂȘtre utilisĂ©, Ă©tant entendu que les chevauchements entre tailles de pendules sont souvent trĂšs faibles. Cette exigence est fondĂ©e sur la considĂ©ration d'une perte de vitesse Ă  impact de l'Ă©chantillon qui doit ĂȘtre maintenue aussi faible que possible. Dans l'ASTM, le marteau pendule standard possĂšde une capacitĂ© 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 ĂȘtre sĂ©lectionnĂ© ici.

MĂ©thode 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 mĂ©thode Charpy d’aprĂšs ISO 179-1 est la mĂ©thode d'essai prĂ©fĂ©rĂ©e. L'essai est rĂ©alisĂ© de maniĂšre prĂ©fĂ©rentielle sur Ă©prouvettes non entaillĂ©es dans un choc latĂ©ral Ă©troit (1eU). L'essai sera rĂ©alisĂ© avec Ă©prouvette entaillĂ©e aussi longtemps que l'Ă©prouvette ne casse pas dans cette configuration. Les rĂ©sultats ne sont, par consĂ©quent, pas directement comparables. La mĂ©thode de choc traction pourra ĂȘtre utilisĂ©e, si aucune rupture Ă©prouvette n'est obtenue sur Ă©prouvette entaillĂ©e.

Avantages de l'essai de choc Charpy:

  • La mĂ©thode Charpy dispose par rapport Ă  l'Izod d'un large choix d'applications, et est mieux adaptĂ©e aux essais sur matĂ©riaux prĂ©sentant des ruptures par cisaillement interlaminaires ou effets de surface.
  • La mĂ©thode Charpy offre de plus des avantages de rĂ©alisation pour l'essai Ă  basses tempĂ©ratures. L'absence d'entaille Ă©vite notamment une transmission calorifique rapide vers les zones critiques de l'Ă©prouvette.

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

Un diagramme de force-course de trĂšs haute prĂ©cision peut ĂȘtre obtenu, par intĂ©gration d'une technique de mesure de qualitĂ© supĂ©rieure. Les donnĂ©es ainsi obtenues peuvent ĂȘtre utilisĂ©es de diffĂ©rentes façons:

  • Grandeurs caractĂ©ristiques supplĂ©mentaires, permettant une meilleure comprĂ©hension du comportement du matĂ©riau
  • Grandeurs de mĂ©canique de la rupture
  • DĂ©termination automatique du type de rupture sans influence de l'opĂ©rateur, 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 polymÚre.

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. Grùce à des mesures précises dÚs 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'aprÚs Izod et essais de choc traction sont également instrumentés sur la base de cette méthode.

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

  • Les normes ASTM dĂ©finissent la mĂ©thode d'essai Izod dans l'ASTM D256. Les essais sont toujours rĂ©alisĂ©s avec Ă©prouvettes entaillĂ©es.
  • La mĂ©thode "Unnotched cantilever beam impact" dĂ©crite dans l'ASTM D4812 – similaire Ă  la mĂ©thode Izod, mais rĂ©alisĂ©e sur Ă©prouvettes non-entaillĂ©es – est plus rarement utilisĂ©e.
  • La mĂ©thode "Chip-impact" d'aprĂšs ASTM D4508 - contrepartie Ă  l'essai de choc flexion Dynstat - pourra Ă©galement ĂȘtre utilisĂ©e sur petites Ă©prouvettes.

Essai de choc flexion Dynstat (DIN 53435)

  • Pour l'essai de petites Ă©prouvettes, certains constructeurs automobiles allemands appliquent la mĂ©thode de choc flexion Dynstat. L'avantage de cette mĂ©thode rĂ©side dans l'utilisation de trĂšs petites Ă©prouvettes pouvant ĂȘtre prĂ©levĂ©es sur composants plus petits.
  • Cette mĂ©thode est exclusivement dĂ©crite dans les normes DIN.

Essai de perforation sur Ă©prouvettes planes

L'essai de perforation fournit des informations intĂ©ressantes sur la caractĂ©risation des moulages. Le type d'essai reprĂ©sente un Ă©tat de contrainte multi-axiale sur panneaux minces, qui est introduit avec une vitesse de dĂ©formation Ă©levĂ©e. Le rĂ©sultat: Diagramme de force-temps ou de force-course de mĂȘme que des grandeurs caractĂ©ristiques un point, qui, outre la force maxi, dĂ©crivent le flĂ©chissement sur des points caractĂ©ristiques du diagramme.

L' ISO 6603-2 de mĂȘme 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 rĂ©alisĂ©s Ă  une hauteur de chute de 1 m, ce qui correspond Ă  une vitesse d'impact de 4,43 m/s. L'Ă©nergie potentielle du corps de chute doit ĂȘtre d'au moins 2,73 plus grande que celle du travail de perforation enregistrĂ© par l'Ă©prouvette. En limitant la chute de la vitesse Ă  20 % maximum de la vitesse d'impact, l'exigence de la norme est satisfaite.

Sur les polymÚres 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 Ă  basses tempĂ©ratures, les panneaux d'essais doivent d'ĂȘtre conditionnĂ©s suffisamment longtemps Ă  tempĂ©rature d'essai. Des boĂźtes de refroidissement du commerce, devant se situer Ă  proximitĂ© de l'appareil d'essai, peuvent de plus ĂȘtre utilisĂ©es en fonction de la tempĂ©rature d'essai. Les Ă©prouvettes seront prĂ©levĂ©es de leur boĂźte afin de rĂ©aliser l'essai, introduites dans la tour de chute et testĂ©es 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 Ă  activation du dĂ©clenchement Ă  deux mains et couvre toutes les masses mobiles. Tout risque est ainsi Ă©cartĂ© pour l'utilisateur et l'essai peut ĂȘtre rĂ©alisĂ© en quelques secondes. Face aux variantes avec enceintes thermiques intĂ©grĂ©es, la tour de chute HIT 230F se distingue par un dĂ©bit Ă©prouvette Ă©levĂ© et une grande simplicitĂ© d'utilisation.

Essais de choc avec machines d’essai haute-vitesse

Grùce à de trÚs 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.

MĂ©thode d'essai avec machines haute vitesse en comparaison:

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