Propriétés de traction des plastiques selon ASTM D638
L’essai de traction selon la norme ASTM D638 est l’une des méthodes les plus couramment utilisées pour évaluer les propriétés mécaniques des thermoplastiques et des matières thermodurcissables.
Dans la pratique, on observe cependant souvent des différences significatives en matière de résistance à la traction, de module, de contrainte d’élasticité et d’allongement entre les laboratoires, les opérateurs et les systèmes d’essai. La cause réside rarement uniquement dans la machine d’essai. Des divergences dans la préparation des éprouvettes et leur mesure, le choix de l’extensomètre, le conditionnement dans les conditions ambiantes ou encore le choix des mâchoires et de la vitesse d’essai peuvent influencer les résultats d’essai.
ZwickRoell aide les laboratoires à minimiser la dispersion des résultats d’essai grâce à des systèmes d’essai coordonnés, des logiciels intelligents, des flux de travail automatisés et des technologies de pointe en matière de mesure de l’allongement.
Sources d’erreur fréquentes Réalisation de l’essai et moyens d’essai Domaines d’application FAQ Téléchargements Demander conseil
ASTM D638 : les points essentiels
- La norme ASTM D638 décrit l’essai de traction uniaxial sur des plastiques renforcés et non renforcés afin de déterminer la contrainte de traction, l’allongement, le module de traction, la résistance à la traction, la limite d’élasticité et le point de rupture, ainsi que, de manière facultative, le coefficient de Poisson.
- La norme s’applique aux éprouvettes d’une épaisseur comprise entre 1 mm et 14 mm. Pour les films de moins de 1 mm, les élastomères, les composites à fibres longues ou les mousses, d’autres normes ASTM sont plus pertinentes.
- La vitesse d’essai influence directement les propriétés du matériau mesurées, car les plastiques présentent un comportement viscoélastique.
- Une mesure précise de l’allongement, obtenue grâce au choix d’un extensomètre adapté, est essentielle pour une détermination fiable du module.
- Le conditionnement dans les conditions ambiantes peut considérablement influencer les résultats dans le cas de polymères sensibles à l’humidité.
- La mesure automatisée de la section transversale de l’éprouvette et les séquences d’essai améliorent la reproductibilité des résultats d’essai et réduisent l’influence de l’opérateur.
- ZwickRoell propose des solutions d’essai complètes pour la norme ASTM D638, comprenant des machines d’essai, des mâchoires, des extensomètres, des logiciels et des systèmes d’automatisation.
La norme ASTM D638 en pratique : sources d’erreurs fréquentes et influence sur les résultats d’essai
Même si l’essai est formellement réalisé conformément à la norme ASTM D638, les résultats peuvent varier considérablement d’un laboratoire à l’autre, d’un opérateur à l’autre ou d’un système d’essai à l’autre. Ce qui est donc déterminant, ce n’est pas seulement la conformité de la procédure d’essai à la norme, mais la mise en œuvre contrôlée de chaque étape de l’essai :
- Préparation et qualité des éprouvettes :la qualité de l’essai commence par la préparation des éprouvettes. Des conditions de moulage variables, l’influence de la position de la carotte, des contraintes internes, des dommages dus à l’usinage mécanique, des entailles ou des défauts de surface, ainsi que des écarts d’épaisseur font partie des causes de divergences possibles.
- Choix du type d’éprouvette approprié :la norme ASTM D638 définit différents types d’éprouvettes. En cas d’utilisation d’un type d’éprouvette inadapté, la rupture peut ne pas se produire dans la zone étroite et parallèle, ou la mesure de l’allongement devient peu fiable. Le choix de l’éprouvette est particulièrement crucial pour les petits composants, les polymères souples ou les feuilles plus épaisses.
- Mesure de la section transversale : toutes les valeurs liées à la contrainte sont calculées à partir de la section transversale initiale de l’éprouvette. De petites erreurs dans la mesure de l’épaisseur ou de la largeur ont un impact direct sur tous les résultats liés à la contrainte, y compris la résistance à la traction, le module, la limite d’élasticité et les courbes de contrainte-déformation. Une erreur de mesure d’épaisseur de seulement 0,1 mm peut entraîner une erreur de 2,5 %. Les équipements de mesure automatisés ou directement connectés réduisent les erreurs de saisie et améliorent la traçabilité des données de mesure.
- Vitesse d’essai : contrairement à la plupart des métaux, les plastiques réagissent de manière très sensible à la vitesse d’allongement en raison de leur comportement viscoélastique. Des vitesses d’essai différentes peuvent influencer le module de traction, la contrainte d’élasticité, la résistance à la traction et l’allongement à la rupture. C’est pourquoi la norme ASTM D638 définit différentes vitesses de déplacement des traverses, en fonction des propriétés du matériau et de l’allongement ; elles doivent être réglées de manière cohérente, documentées et mises en œuvre conformément à la norme.
- Choix de l’extensomètre : la mesure de l’allongement est l’un des aspects les plus critiques des essais selon la norme ASTM D638. Un mauvais choix d’extensomètre peut considérablement affecter la précision du module, de l’allongement et de la mesure de l’allongement. Des défis particuliers se posent lors de l’essai de polymères souples, de matériaux modifiés pour améliorer la résistance aux chocs, de matériaux rigides ou d’éprouvettes minces. Le choix de la technologie appropriée pour la mesure de l’allongement est souvent la décision la plus importante à prendre lors de la mise en place d’un essai selon la norme ASTM D638.
- Choix des mâchoires et alignement des éprouvettes :Un serrage incorrect peut entraîner un glissement, des ruptures prématurées dans la zone de serrage, des contraintes de flexion, des erreurs d’alignement et des vitesses d’essai erronées dues aux mouvements des mâchoires (coins, etc.). Le choix d’un système de serrage adapté garantit une transmission uniforme de la force à l’éprouvette et une rupture dans la longueur de mesure.
- Conditionnement dans des conditions ambiantes définies : de nombreux polymères sont fortement influencés par la température et l’humidité de l’air. C’est le cas des polyamides, du PET, du PBT, du TPU et des polymères biosourcés par exemple. Un conditionnement inadapté peut entraîner des écarts considérables en matière de rigidité, de résistance et d’allongement.
- Influence de l’opérateur sur le déroulement de l’essai : les processus manuels augmentent la dispersion lors de la mesure des éprouvettes, de la mise en place de l’extensomètre, du montage d’essai, de l’exploitation des données et même lors de la transmission des données. Des procédures standardisées, et l’automatisation en particulier, améliorent la fiabilité des résultats d’essai.
Pour obtenir des résultats reproductibles, les éprouvettes, les équipements de mesure, la machine d’essai, les mâchoires, les extensomètres, les logiciels et les conditions d’essai doivent être coordonnés. C’est précisément là qu’interviennent les solutions d’essai de ZwickRoell.
Réalisation de l’essai de traction selon ASTM D638 avec ZwickRoell
Étapes d’essai critiques et solutions ZwickRoell recommandées :
Mesure des éprouvettes Bâti de charge et capteur de force Mâchoires Vitesse d’essai Extensomètre Conditions de conditionnement et ambiantes Options d’automatisation
Déroulement de l’essai selon la norme ASTM D638 :
Lors d’un essai de traction selon la norme ASTM D638, une éprouvette en plastique normalisée est soumise à une contrainte uniaxiale jusqu’à la limite d’élasticité, un allongement défini ou la rupture.
- Avant l’essai, le type, la largeur et l’épaisseur de l’éprouvette sont déterminés, car toutes les caractéristiques liées à la contrainte sont basées sur la section transversale initiale.
- L’éprouvette est ensuite serrée dans les mâchoires adaptées et centrée.
- Pendant l’essai, la machine d’essai et l’extensomètre enregistrent la force, la course de la traverse et l’allongement de l’éprouvette. À partir de la courbe de contrainte-allongement, des valeurs caractéristiques telles que la contrainte de traction, le module de traction, la contrainte d’élasticité, l’allongement à la traction, la résistance à la traction, l’allongement à la rupture et, de manière facultative, le coefficient de Poisson sont calculées.
- Selon le matériau et l’objectif de l’essai, différentes vitesses d’essai, conditions de conditionnement et méthodes de mesure de l’allongement s’appliquent.
- testXpert permet de contrôler et de documenter de manière standardisée les paramètres d’essai, les changements de vitesse, les données de mesure et l’évaluation.
Mesure des éprouvettes : les petites erreurs de mesure ont un impact direct sur les caractéristiques
Une détermination précise des dimensions constitue la base d’essais de traction fiables. Une erreur de mesure de l’épaisseur de 0,1 mm génère une erreur de 2,5 % !
Les systèmes de mesure automatisés, tels que le mesureur de section CMU 30 de ZwickRoell, réduisent les risques d’erreurs de l’opérateur grâce à la transmission directe des données vers testXpert, accélèrent les processus, améliorent la traçabilité et garantissent que tous les essais sont réalisés avec des valeurs de saisie cohérentes.
Choix des bâtis de charge et des capteurs de force
Le choix d’une machine d’essai ne se résume pas à la sélection de la force d’essai maximale. Un système optimal dépend du type de matériau, de la plage de force attendue, de la géométrie de l’éprouvette, du degré d’automatisation souhaité et de la configuration de l’extensomètre.
Les machines d’essai universelles modulaires de ZwickRoell permettent de réaliser un large éventail d’applications sur les plastiques sur une plateforme commune.
La force d’essai maximale n’est pas le seul critère déterminant ; la précision dans la plage de force inférieure compte tout autant. La norme ASTM D638 exige une précision de mesure de ±1 % par rapport à la valeur de mesure correspondante. Les machines d’essai ZwickRoell peuvent atteindre cette précision dès 1/1 000 de la plage de mesure. Cela permet de mesurer avec précision les valeurs de module et les contraintes de traction de nombreux matériaux à l’aide d’un même montage d’essai, sans avoir à changer fréquemment le capteur de force.
Choix des mâchoires
La diversité des matériaux et des volumes d’essais nécessite différentes méthodes de serrage. On peut citer par exemple les mâchoires pneumatiques, les mâchoires à vis et les mâchoires à coins. L’objectif est toujours d’assurer un serrage fiable sans endommager l’éprouvette :
- Mâchoires pneumatiques : Les mâchoires pneumatiques se ferment par simple pression sur un bouton et permettent un réglage précis de la force de serrage. Elles couvrent un très large domaine d’application et conviennent aux polymères souples et durs ; elles permettent une transmission directe de la vitesse de la traverse à l’éprouvette et sont particulièrement indiquées lorsqu’une reproductibilité élevée, un grand nombre d’essais par jour ou une alimentation automatique des éprouvettes sont requis.
- Mâchoires à vis : Les mâchoires à vis se ferment manuellement par un mouvement de vissage. Elles conviennent aux plastiques semi-rigides à rigides et aux essais exigeant une reproductibilité élevée, lorsque la part d’intervention manuelle est acceptable.
- Mâchoires à coins : Les mâchoires à coins se ferment manuellement par un mouvement de levier et conviennent aux essais fréquents. Comme la force de serrage est générée pendant l’essai de traction par l’effet des coins, le taux d’allongement de l’éprouvette peut varier. Il convient d’en tenir compte lors de la comparaison des résultats et pour les exigences de reproductibilité. Elles conviennent donc particulièrement aux tâches internes d’assurance qualité présentant de faibles exigences en matière de reproductibilité par rapport aux valeurs mesurées par d’autres laboratoires.
- Mâchoires coiffe sur coins : Les mâchoires coiffe sur coins sont disponibles en version manuelle ou pneumatique et conviennent particulièrement aux essais de traction sur des plastiques rigides à très résistants, pour lesquels un maintien sûr de l’éprouvette et une transmission stable de la force sont importants. La version manuelle constitue une solution économique, robuste et simple pour les essais de routine. La version pneumatique offre des avantages en cas d’essais fréquents ou de débit d’éprouvettes élevé, car elle réduit l’influence de l’opérateur et permet une force de serrage plus uniforme.
Pourquoi la vitesse d’essai est importante dans la norme ASTM D638
La réaction mécanique des plastiques dépend fortement de la vitesse d’allongement. À mesure que la vitesse d’essai augmente, la rigidité (module) ainsi que la résistance augmentent souvent, tandis que l’allongement peut diminuer. La norme ASTM D638 définit différentes vitesses d’essai en fonction du comportement du matériau et de l’allongement attendu. Pour des comparaisons fiables, la vitesse d’essai et les changements de vitesse doivent être mis en œuvre et documentés de manière cohérente.
Avec testXpert, les vitesses d’essai et les changements de vitesse sont enregistrés dans le protocole d’essai, puis contrôlés et documentés automatiquement. Cela réduit les erreurs de manipulation et garantit que les essais sont réalisés selon les mêmes paramètres, conformément à la norme.
Choix de l’extensomètre
Un extensomètre inadapté peut fausser les valeurs du module, l’allongement à la traction et l’allongement à la rupture. Ce risque augmente avec les polymères souples, les éprouvettes très minces, les allongements importants ou les éprouvettes sensibles aux forces de contact. L’extensomètre est donc souvent le composant le plus important d’un montage d’essai conforme à la norme ASTM D638.
- Capteur à fixation manuelle/extensomètre Clip-On : concernant ses avantages, on peut citer son rapport coût-efficacité, sa grande précision et son adéquation à de nombreux plastiques rigides. Pour ce qui est de ses limites, on peut citer la mise en place manuelle et une influence potentielle sur les matériaux souples.
- Capteur à palpeur : les extensomètres à bras de palpeur, tels que le makroXtens, offrent des avantages tels qu’un fonctionnement entièrement automatique et la possibilité de rester fixé à l’éprouvette jusqu’à la rupture de celle-ci. Il est possible d’intégrer une mesure de l’allongement transverse et d’utiliser des enceintes thermiques.. Si des matériaux très différents sont testés, p. ex. des plastiques fragiles ou des élastomères présentant des allongements très importants, le multiXtens peut être utilisé comme alternative.
- Extensomètre optique videoXtens : c’est la solution privilégiée pour de nombreuses applications selon la norme ASTM D638. Parmi ses avantages, on peut citer la mesure sans contact, qui n’exerce donc aucune influence sur l’éprouvette, l’absence de marquage nécessaire de l’éprouvette, une grande précision dans la détermination du module et une adéquation aux allongements importants, des conditions idéales pour l’automatisation ainsi que l’option DIC 2D.
ASTM D638 Essai de traction à basse ou à hautes températures
La norme consiste à mesurer les éprouvettes dans un état de conditionnement correspondant à la méthode A de l'ASTM D618. L’ASTM D638 permet toutefois des conditions de conditionnement et de mesure différentes, de sorte que des essais à basse ou à haute température pourront également être réalisés selon les prescriptions de cette norme.
L’enceinte thermique ZwickRoell offre une plage de température allant de -80 °C à +360 °C. Ce système entièrement intégré garantit une utilisation efficace, fiable et simple. Grâce à la solution porte-dans-porte, la consommation d’azote et le givrage sont considérablement réduits lors des essais au froid, ce qui permet de réaliser les essais à moindre coût.
Options d’automatisation pour la norme ASTM D638
Pour les essais de traction selon la norme ASTM D638, une solution automatisée peut s’avérer rentable dès 10 éprouvettes par jour. Notre système d’essai ALEX prend en charge les tâches simples de type pick and place et apporte un soutien rentable au laboratoire d’essai.
Pour les laboratoires ayant des exigences d’essai élevées, nous recommandons notre système d’essai robotisé roboTest L. Notre « bourreau de travail » pour les essais sur plastiques en grande série peut accueillir 450 éprouvettes. Il effectue de manière autonome la mesure de section transversale des éprouvettes et les essais de traction selon la norme ASTM D638. Une fois les essais terminés, des grappins de retrait distincts retirent les résidus d’éprouvettes des mâchoires.
Nos systèmes d’essai automatisés s’adaptent également sans difficulté à d’autres formes d’éprouvettes ou à d’autres méthodes d’essai. Les systèmes d’essai automatisés roboTest N etroboTest R sont plus complexes et permettent de raccorder une deuxième ou une troisième machine d’essai ainsi que des équipements supplémentaires tels qu’une station de centrage ou une enceinte thermique dans une plage allant de -80 °C à +360 °C. Cela augmente non seulement le débit d’éprouvettes, mais vous offre également la possibilité d’effectuer différents essais en parallèle, pour des résultats d’essai rapides et fiables.
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Réaliser des essais sûrs et efficaces selon ASTM D638 avec le logiciel d’essai testXpert
Le logiciel d’essai testXpert aide les laboratoires à réaliser des essais ASTM D638 de manière standardisée et traçable, avec une influence réduite de l’opérateur :
- Spécification d’essai standard enregistrée : les valeurs caractéristiques et les paramètres de la norme ASTM D638 sont enregistrés dans la spécification d’essai standard. Cela facilite la mise en œuvre conforme à la norme et réduit le fastidieux paramétrage manuel.
- Guidage étape par étape : les utilisateurs sont guidés tout au long du déroulement de l’essai. Cela favorise une prise en main rapide et réduit le risque d’oublier certaines étapes de l’essai.
- Gestion des utilisateurs : grâce à la gestion des utilisateurs, seules les tâches et fonctions qui concernent l’opérateur sont visibles. Cela permet de standardiser les concepts d’utilisation et de contrôler clairement les droits d’accès.
- Connexion de périphériques : les dimensions des éprouvettes peuvent être transférées directement vers testXpert depuis les appareils de mesure. Cela permet de gagner du temps et d’éviter les erreurs de saisie.
- Documentation des paramètres d’essai : les vitesses d’essai, les données de mesure, les résultats et les conditions d’essai sont documentés de manière traçable.
- Comparabilité entre les différentes méthodes d’essai : les données issues d’essais de traction, de flexion, de choc ou de fluage peuvent être gérées et analysées de manière centralisée dans la mesure où les applications correspondantes sont utilisées au sein du laboratoire.
- Analyses de tendances et contrôle qualité : les évaluations et les analyses de tendances facilitent la détection précoce des divergences dans le cadre de l’assurance qualité et des essais en série.
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Domaines d’application typiques de la norme ASTM D638
La norme ASTM D638 est utilisée partout où les propriétés de traction des plastiques doivent être déterminées, comparées ou documentées de manière fiable :
- Développement de matériaux et comparaison de composites : différents polymères, charges, additifs ou formulations peuvent être comparés sur la base du module de traction, de la contrainte d’élasticité, de la résistance à la traction et de l’allongement à la rupture.
- Assurance qualité dans la production en série : les essais selon la norme ASTM D638 permettent de contrôler la constance des propriétés mécaniques et de détecter à un stade précoce les divergences entre les lots, les matières premières ou les conditions de traitement.
- Contrôle de réception : les caractéristiques mécaniques des granulés, produits semi-finis ou masses à mouler livrés peuvent être contrôlés.
- Essai sur des éprouvettes prélevées sur des composants : les éprouvettes peuvent être prélevées sur des composants ou des pièces moulées afin d’évaluer les propriétés réelles du matériau dans le contexte du composant.
- Essai sur de petites quantités de matériau : lorsque la quantité de matériau disponible est limitée, p. ex. pour les prototypes, les pièces fabriquées par ajout de matière ou les analyses de dommages, des éprouvettes de plus petite taille, comme celles de type V, peuvent s’avérer pertinentes.
- Essai de vieillissement et d’exposition aux intempéries : la norme ASTM D638 permet d’évaluer les variations des caractéristiques mécaniques après vieillissement, stockage à chaud ou en présence de fluides, ainsi qu’après exposition aux intempéries.
- Homologation des matériaux et vérification des spécifications : les valeurs caractéristiques déterminées servent de base aux homologations de matériaux, aux accords de livraison et aux spécifications techniques.
- Essais comparatifs à l’échelle mondiale : les entreprises disposant de chaînes d’approvisionnement internationales ont souvent besoin de capacités d’essai conformes aux normes ASTM D638 et ISO 527 afin de répondre aux différentes spécifications de leurs clients.
Questions fréquemment posées sur l’ASTM D638
La norme ASTM D638 est utilisée pour déterminer les propriétés de traction des plastiques renforcés et non renforcés. Elle s’applique souvent à des éprouvettes moulées par injection, moulées par compression, extrudées et usinées à partir de thermoplastiques et de matières thermodurcissables.
Les matériaux typiques sont les suivants :
- Polypropylène (PP)
- Polyéthylène (PE)
- Polycarbonate (PC)
- ABS
- Polyamide (PA/Nylon)
- PBT
- PET
- PVC
- PEEK
- PPS
- Plastiques renforcés de fibres courtes
- Matières thermodurcissables
La norme ASTM D638 s’applique généralement aux matériaux dont l’épaisseur des éprouvettes est comprise entre 1 mm et 14 mm environ. Les films et feuilles minces de moins de 1 mm d’épaisseur et les matériaux composites renforcés de fibres continues sont généralement testés respectivement selon la norme ASTM D882 et ASTM D3039.
Les éprouvettes utilisées pour les essais selon l'ASTM D638 sont classés par type:
- ASTM D638 Type I - Une haltère de type I est de préférence utilisée comme éprouvette. Avec une épaisseur de 3,2 mm (1/8 pouce) et une longueur de référence de 50 mm (2 pouces), cette éprouvette est encore relativement proche des épaisseurs de matériau usuelles dans les composants tout en offrant une bonne précision de la mesure de déformation.
- ASTM D638 Type II - Si aucune rupture n’intervient dans la partie calibrée, étroite, de l'éprouvette avec l'éprouvette de type I, l'ASTM D638 recommande d’utiliser l'éprouvette de type II, sur laquelle la largeur de la section calibrée, étroite, est sensiblement réduite.
- ASTM D638 Typ III - Si des éprouvettes d'une épaisseur de matériau supérieure à 7 mm sont obtenues par traitement mécanique, le type d’éprouvette III sera alors utilisé. La largeur de la section calibrée, étroite, ainsi que la largeur de l'épaulement et la longueur totale sont augmentées de telle manière que l’éprouvette reste inférieure à la largeur. Pour les épaisseurs de panneaux supérieures à 14 mm, l'épaisseur est ajustée par traitement mécanique.
- ASTM D638 Typ IV - L'éprouvette de type IV est particulièrement adaptée à l’essai sur polymères très souples (par exemple le caoutchouc); elle est utilisée lorsqu'une comparaison entre des polymères souples et plus rigides est prévue.
- ASTM D638 Typ V - Si la quantité de matériau disponible est insuffisante, ou si le retrait d'un composant ne permet pas d'obtenir une éprouvette plus largement dimensionnée, une éprouvette de type V - qui sera réduite dans toutes ses dimensions par rapport au type I - devra être utilisée.
Les éprouvettes de type V sont prévues, selon la norme ASTM D638, pour les applications dans lesquelles seule une quantité limitée de matériau est disponible ou lorsqu’il n’est pas possible de prélever des éprouvettes de plus grande taille sur le composant à évaluer.
- Les applications typiques sont les suivantes :
- Projets de développement de matériaux
- Composants prototypes
- Éprouvettes issues de la fabrication additive
- Petites pièces moulées
- Analyses de dommages
- Éprouvettes usinées à partir de composants finis
Les éprouvettes de type V présentant une section transversale nettement plus petite et une longueur de mesure plus courte que les éprouvettes standard de type I, une attention particulière doit être portée à l’alignement de l’éprouvette, au serrage et à la mesure de l’allongement afin de garantir des résultats précis et reproductibles.
L0 Longueur de mesure
L Écartement entre outillages
l1Longueur de la partie parallèle étroite / Diamètre intérieur
l2 Écartement entre les parties parallèles larges
l3 Longueur totale / Diamètre extérieur
b2 Largeur éprouvette dans la zone de l’épaulement
b1 Largeur éprouvette dans la zone de la longueur de mesure
h Épaisseur éprouvette
| Norme | Type d’échantillon | Remarque | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Type I | Éprouvette à privilégier pour les plastiques rigides | ≥165 | 57±0,5 | 19+6,4 | 13±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Type II | Éprouvette à privilégier lorsque le type I ne rompt pas dans la section transversale étroite | ≥183 | 57±0,5 | 19+6,4 | 6±0,5 | 3,2±0,4 | 50±0,25 | 135±5 |
| ASTM D638 | Type III | Éprouvette pour épaisseurs supérieures à 7 mm (plastiques rigides et souples) | ≥246 | 57±0,5 | 29+6,4 | 19±0,5 | 7...14 | 50±0,25 | 115±5 |
| ASTM D638 | Type IV | Éprouvette pour comparaison des plastiques rigides et souples | ≥115 | 33±0,5 | 19+6,4 | 6±0,05 | 3,2±0,4 | 25±0,13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Type V | petites éprouvettes de composants | ≥63,5 | 9,53 | 9,53+3,1 | 3,18±0,5 | 3,2±0,4 | 7,62 | 25,4±5 |
Un conditionnement correct des éprouvettes est essentiel pour obtenir des résultats conformes à la norme ASTM D638 qui soient cohérents et comparables. De nombreux polymères sont sensibles à l’humidité et à la température. Les différences de conditionnement peuvent influencer considérablement les caractéristiques suivantes :
- Module de traction
- Contrainte à la traction
- Résistance à la traction
- Déformation à la rupture
Ceci est particulièrement important pour les matériaux hygroscopiques, tels que le polyamide (PA), le PET, le PBT et de nombreux polymères biosourcés.
La norme ASTM D638 fait référence à des conditions de laboratoire standard pour le conditionnement et recommande de conditionner les éprouvettes avant l’essai lorsque cela est exigé par la spécification du matériau. Toujours utiliser des procédures de conditionnement identiques pour des comparaisons significatives entre laboratoires.
Pour de nombreuses applications de routine selon la norme ASTM D638, un capteur à fixation manuelle/extensomètre Clip-On offre une précision suffisante et reste une solution largement répandue.
Les extensomètres Clip-On sont particulièrement adaptés aux :
- Applications de contrôle qualité
- Thermoplastiques rigides
- Matériaux présentant un allongement modéré
- Mesures standard de la résistance à la traction et du module
Les extensomètres Clip-On nécessitent toutefois une mise en place manuelle et peuvent parfois influencer le comportement d’éprouvettes très souples, minces ou très extensibles. Pour les laboratoires qui ont besoin d’une reproductibilité maximale, d’un débit élevé ou qui doivent tester des matériaux exigeants, la mesure de l’allongement à l’aide d’extensomètres à bras de palpeur ou optiques offre souvent des avantages significatifs.
La capacité nécessaire pour la machine d’essai dépend principalement de la section transversale de l’éprouvette et de la résistance à la traction attendue du matériau.
Pour la plupart des applications selon la norme ASTM D638 :
- Les systèmes de 1 kN à 5 kN conviennent aux matériaux de faible résistance et aux petites éprouvettes.
- Les systèmes de 10 kN sont souvent utilisés pour les essais de routine sur les plastiques.
- Des capacités plus élevées peuvent être nécessaires pour les matériaux hautement renforcés ou les sections transversales inhabituellement grandes.
Le plus important n’est pas seulement la force maximale, mais le choix d’une machine d’essai et d’un capteur de force qui fournissent une résolution de mesure et une précision suffisantes sur toute la plage de force attendue. Un capteur de force correctement dimensionné améliore la qualité de la mesure, en particulier lors de la détermination du module et lors des essais sur des matériaux à faible résistance.
Les normes ASTM D638 et ISO 527 sont les plus couramment utilisées pour les essais de traction sur plastiques. Alors que l’ASTM D638 représente une caractérisation pragmatique des propriétés de traction, l’idée directrice de l’ISO 527 est la comparabilité des résultats d’essais entre laboratoires, entreprises et frontières nationales. Bien que les deux normes déterminent des propriétés mécaniques similaires, les méthodes d’essai ne sont pas directement interchangeables.
Les principales différences sont les suivantes :
- Géométries des éprouvettes et longueurs de mesure : L’éprouvette de type I est à privilégier selon l’ASTM D638 pour les plastiques rigides de forme haltère d’une longueur totale de 165 mm, d’une épaisseur de 3,2 mm (1/8 pouce) et d’une longueur de mesure de 50 mm (2 pouces), car elle demeure relativement proche des épaisseurs de matériau habituelles dans les composants tout en permettant une bonne précision de la mesure de l’allongement. L’éprouvette haltère à privilégier selon ISO 527-2 est le type 1A (moulage par injection) avec une longueur totale de 170 mm, une épaisseur de 4 mm et une longueur de mesure de 75 ou 50 mm. Tandis que l’ASTM décrit cinq types d’éprouvette, l’ISO limite les éprouvettes à 2 types afin de satisfaire à une grande précision de comparaison.
- Exigences relatives à la mesure de l’allongement
- Définitions de la vitesse d’essai
- Méthodes de détermination de certains résultats
La norme ASTM D638 est principalement utilisée en Amérique du Nord, tandis que la norme ISO 527 est plus souvent spécifiée à l’échelle internationale.
Étant donné que ces différences peuvent influencer les valeurs mesurées telles que le module, la contrainte d’élasticité, la résistance à la traction et l’allongement, les résultats obtenus selon la norme ASTM D638 ne doivent pas être comparés directement à ceux obtenus selon la norme ISO 527, à moins que les différences méthodologiques ne soient pleinement comprises et documentées.
Pour les entreprises qui livrent des produits dans le monde entier, il est courant de disposer de moyens d’essai conformes à la fois à la norme ASTM D638 et à la norme ISO 527.
Pour les essais de traction sur des films plastiques et des feuilles d’une épaisseur maximale de 1 mm, les normes ASTM D882 ou ISO 527-3 sont utilisées. Il existe pour cela des éprouvettes spéciales et une méthode d’essai qui tient compte des exigences particulières liées à l’essai des films et feuilles.
Les plastiques renforcés de fibres longues, tels que le PRFC, sont soumis à des essais de traction selon la norme ASTM D3039. Ces matériaux peuvent présenter des propriétés très variables en fonction de l’orientation et de la structure du stratifié ou du tissu. Ils nécessitent donc souvent des éprouvettes et des méthodes d’essai spécifiques.
Sur les plastiques fragiles et plastiques ne présentant pas de point d'étirement, l'allongement à la rupture est déterminé par mesure directe à l'aide d'un extensomètre mécanique ou sans contact. Sur les thermoplastiques présentant un point d'étirement, l'allongement nominal à la rupture est mesuré à partir de la course de déplacement des pinces de traction de la machine d’essais.
La résistance à la traction est la contrainte de traction la plus élevée que l'éprouvette peut atteindre pendant un essai de traction. Cette résistance à la traction peut apparaître à un point d'élasticité, elle est alors appelée „résistance à la traction au point d’élasticité“. Lorsque la résistance à la traction se produit juste avant la rupture de l'éprouvette, elle est désignée par „résistance à la traction à la rupture“.
L’ASTM E132 propose une méthode d’essais adaptée à la mesure du coefficient de Poisson à température ambiante. Pour les essais sur plastiques non renforcés, vous pourrez cependant utiliser une valeur fixe pour le calcul du coefficient de Poisson car celui-ci est constant.
Outre les différentes formes d'éprouvettes, l'ASTM D638 décrit également la précision avec laquelle les dimensions de l'éprouvette doivent être mesurées.
- La largeur des éprouvettes de plastique pourra être mesurée à l'aide d'un pied à coulisse, d'une vis micrométrique ou d'un mesureur section.
- Une vis micrométrique ou un mesureur de section seront également utilisés pour mesurer l’épaisseur des éprouvettes de plastique.
- La force de mesure est comprise entre 5 et 15 N, les surfaces de mesure sont circulaires et plates, généralement de 6,35 mm (6,5 mm) de diamètre. D’autres éléments de contact sont possible
- La mesure est réalisée au centre de l'échantillon et dans les limites de la longueur de référence. Les éprouvettes moulées par injection sont mesurées dans un rayon de 5 mm autour du centre de la longueur de mesure
- Une erreur de mesure de l'épaisseur de 0,1 mm génère une erreur de 2,5 %!
Le Les grandeurs à mesurer selon l’ASTM D638 sont la course traverse ou la variation de la distance de serrage, et la déformation de l'éprouvette directement mesurée. Pour la mesure de la course traverse, une précision de ± 10% par rapport à la valeur mesurée correspondante est exigée par l’ASTM D638. La course de la traverse est notamment utilisée pour déterminer l'allongement à la rupture nominal, de sorte que les courses à mesurer sont en principe relativement grandes.
Le module de traction est déterminé par des extensomètres à mesure directe. L’erreur admise pour la détermination de l’allongement est de 0,0002 [mm/mm]. Cela correspond à une erreur de déformation de 0,02 %, ou - pour une longueur de référence de 50 mm - à une erreur de course admise de 0,01 mm.
Pour la mesure des limites d'élasticité et des faibles déformations jusqu'à environ 20%, la norme ASTM D638 exige la conformité à la classe C selon la norme d'étalonnage ASTM E83. Pour les déformations jusqu'à 10 %, cela signifie une valeur d'erreur fixe et maximale admise dans la détermination de la déformation de 0,001 [mm/mm], correspondant à une déformation de 0,1 %. Pour la mesure de déformations plus grandes, l'erreur relative ne doit pas dépasser ± 1 % de la valeur mesurée correspondante.
Pour la mesure des déformations supérieures à 20 %, la norme ASTM D638 autorise une erreur de mesure relative de ± 20 %, ce qui peut être aisément atteint même par des extensomètres relativement simples.
Téléchargements relatifs à la norme ASTM D638
- Brochure sur le secteur d’activité: Plastique & Caoutchouc PDF 9 MB
- Information produit : CMU 30 et CMU 80 PDF 718 KB
- Information Produit: zwickiLine jusqu’à Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Information produit : ProLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Information produit : AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Information produit : Mâchoires pneumatiques, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 2 MB
- Information produit : Mâchoires à vis, Fmax 5 kN / 10 kN PDF 485 KB
- Information produit : Mâchoires à coins, Fmax 10 kN / 20 kN PDF 713 KB
- Information produit : Mâchoires à coins „Coiffe sur coins“, Fmax 10 kN PDF 690 KB
- Information Produit: digiClip PDF 590 KB
- Information produit : extensomètre Clip-On PDF 525 KB
- Information produit : extensomètre makroXtens PDF 637 KB
- Information Produit: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
