ASTM D256 : résilience au choc entaillé Izod sur les plastiques
L’essai de choc-flexion entaillé Izod selon la norme ASTM D256 est l’une des méthodes d’essai les plus importantes pour déterminer la résistance aux chocs des plastiques. Dans la pratique, cependant, de nombreux essais échouent en raison d’une préparation insuffisante des éprouvettes, d’un mauvais alignement ou de systèmes d’essai inadaptés.
Des moutons pendules conformes aux normes permettent de respecter de manière fiable les exigences de la norme ASTM et d’obtenir des valeurs caractéristiques reproductibles pour la comparaison des matériaux, l’assurance qualité et le développement des matériaux.
Sources d’erreurs fréquentes Réalisation de l’essai Domaines d’application FAQ sur la norme ASTM D256 Téléchargements Conseil sans engagement
ASTM D256 Résilience au choc entaillé Izod : les points essentiels
- Dans la pratique, de nombreux essais échouent en raison d’une préparation des éprouvettes manquant de précision, d’un mauvais alignement ou de systèmes d’essai inadaptés.
- Une technique d’essai conforme aux normes et des conditions d’essai contrôlées sont décisives pour obtenir des valeurs de mesure reproductibles.
- En cas de volume d’essais important, les influences liées aux manipulations par l’opérateur entraînent des dispersions supplémentaires, des temps d’essai plus longs et des coûts de personnel accrus
- L’utilisation de moutons pendules pour plastiques permet d’éviter les sources d’erreurs typiques et d’obtenir des résultats stables.
- Cet essai est notamment utilisé dans le développement des matériaux, l’assurance qualité et le contrôle de réception.
- Le logiciel d’essai testXpert permet une évaluation centralisée, l’intégration dans les systèmes existants (ERP/LIMS) et la détection précoce des écarts.
La norme ASTM D256 en pratique : sources d’erreurs fréquentes et influence sur les résultats d’essai
Dans la pratique, les résultats non fiables ou non comparables obtenus lors des essais de résilience au choc Izod selon la norme ASTM D256 sont souvent dus à des écarts dans le déroulement de l’essai ou par rapport aux spécifications normatives. Même de petites erreurs lors de la préparation des éprouvettes, dans le montage de l’essai ou dans les conditions d’essai suffisent à influencer considérablement la résistance aux chocs mesurée.
Causes typiques et leurs effets :
- Préparation insuffisante ou incorrecte des éprouvettes : de légères imprécisions lors de la réalisation de l’entaille (géométrie, profondeur, position) dues à des outils ou des méthodes différents, mais aussi une qualité d’entaille insuffisante (par ex. formation de bavures, fissures) suffisent à modifier la concentration des contraintes au niveau de l’entaille. De ce fait, la résilience au choc entaillé mesurée peut s’écarter considérablement du comportement réel du matériau.
- Écarts au niveau des dimensions des éprouvettes et de la géométrie de l’entaille : des dimensions ou des géométries non conformes aux normes induisent des résultats qui ne sont plus comparables aux valeurs de référence ou à d’autres essais.
- Erreur lors de la manipulation des éprouvettes : les délais entre le retrait de l’éprouvette Izod de l’enceinte thermique et l’essai (la norme ASTM D256 exige un délai maximal de 5 secondes) peuvent entraîner une perte de température et une imprécision des résultats d’essai.
- Alignement et serrage imprécis des éprouvettes : si l’éprouvette n’est pas positionnée avec exactitude ou si des forces de serrage différentes s’exercent, le comportement à la rupture se modifie. Il en résulte une dispersion accrue des résultats de mesure.
- Choix inapproprié du marteau pendulaire : un marteau pendulaire dont la capacité de travail n’est pas adaptée (l’énergie de choc ne doit pas dépasser 85 % de la capacité de travail) ou qui se trouve en dehors de la plage de mesure optimale peut nuire à la précision des résultats.
- Pertes d’énergie hors de l’éprouvette non prises en compte : la méthode de mesure suppose que toutes les pertes d’énergie sont attribuées à l’éprouvette. Les pertes d’énergie externes (par ex. dues au frottement ou aux vibrations) faussent les résultats si elles ne sont pas minimisées ou corrigées.
- Correction insuffisante des pertes par frottement : le frottement de l’air et le frottement au niveau des paliers du marteau pendulaire entraînent des pertes d’énergie inévitables. Si elles ne sont pas régulièrement calibrées, contrôlées et correctement attribuées au marteau pendulaire concerné, des erreurs systématiques apparaissent.
- Masse insuffisante ou installation instable de l’appareil d’essai : si le mouton pendule n’est pas suffisamment lourd ou s’il n’est pas exempt de vibrations (par ex. sur une paillasse de laboratoire instable), les vibrations et les mouvements pendant l’essai peuvent entraîner des pertes d’énergie supplémentaires et donc des résultats erronés.
Pour obtenir des résultats reproductibles et comparables, il est donc essentiel de réaliser l’essai en respectant strictement les normes, mais également de minimiser les influences de l’opérateur, de la préparation des éprouvettes au choix du système d’essai, en passant par des conditions d’essai stables.
Déroulement de l’essai :
Le marteau pendulaire se compose d’une tige avec un percuteur et est fixé à un palier à faible frottement. Lors de l’essai, le marteau pendulaire frappe avec une énergie définie une éprouvette entaillée et serrée d’un côté. Une partie de l’énergie cinétique est alors absorbée par le matériau, de sorte que le marteau pendulaire n’atteint plus la hauteur de chute initiale après l’impact. L’énergie de choc absorbée est déterminée à partir de la différence entre la hauteur de chute et la hauteur de remontée.
L’éprouvette est serrée verticalement de sorte que l’entaille se trouve exactement dans la zone du couple de flexion maximal. Une force de serrage contrôlée, par exemple grâce à des systèmes de serrage pneumatiques, contribue de manière significative à la reproductibilité des résultats d’essai.
Pour la réalisation des entailles, la fraise à entailler automatique ZNO est disponible avec une fraise à une dent conforme aux normes. Pour les petites quantités d’éprouvettes, un rabot à entailler manuel avec mouvement d’approche automatique conviendra idéalement.
En savoir plus sur la préparation des éprouvettes de plastique
Pour l’essai de résilience selon la méthode Izod conforme à la norme ASTM D256, il est possible d’utiliser les moutons pendules pour plastiques de ZwickRoell.
Grâce à deux variantes d’étaux de choc permettant un serrage manuel précis ou un serrage pneumatique rapide, les moutons pendules Izod garantissent une fixation sûre et reproductible d’éprouvettes très variées, même pour les matériaux sensibles au serrage. Un dispositif de centrage et des inserts à changement rapide garantissent que chaque éprouvette est parfaitement alignée et que même les matériaux sensibles à la température ou au serrage sont testés de manière fiable et conforme aux normes.
Le marteau pendulaire standard selon ASTM D256 possède une énergie de travail de 2,75 J pour une hauteur de chute de 610 ± 2 mm. D’autres tailles de marteaux sont obtenues en doublant l’énergie de travail pour une même hauteur de chute. Il en résulte une vitesse d’impact d’environ 3,46 m/s. Pour des essais conformes aux normes, il faut choisir le marteau pendulaire le plus léger dont l’énergie de travail est suffisante pour la mesure.
Pour obtenir des résultats de mesure fiables, les influences extérieures, telles que les pertes par frottement ou par vibration, doivent être minimisées. Les moutons pendules de haute qualité sont donc calibrés en conséquence et conçus de sorte que les pertes d’énergie restent faibles. Les systèmes modernes, tels que les moutons pendules de ZwickRoell, utilisent par exemple des barres doubles de pendule particulièrement rigides et légères, fabriquées à partir de matériaux en carbone unidirectionnels, qui ont une masse très faible tout en offrant une rigidité optimale afin de réduire les vibrations et d’augmenter la précision de mesure.
Outre ces facteurs liés à l’équipement, c’est surtout l’influence de l’opérateur qui, dans la pratique, affecte la reproductibilité et l’efficacité des processus d’essai. En ce qui concerne les grandes quantités ou les tâches d’essai récurrentes, notamment, la manipulation entraîne des dispersions supplémentaires, des temps d’essai plus longs et des coûts de personnel accrus. Le système d’essai robotisé roboTest H de ZwickRoell prend en charge l’alimentation, la régulation de température et le positionnement automatiques des éprouvettes, garantissant ainsi des conditions d’essai constantes et une réduction significative de l’influence de l’opérateur.
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Vidéo : Moutons pendules pour l’essai sur matières plastiques
ZwickRoell propose avec ses moutons pendules de la Série HIT pour l’essai sur matériaux plastiques une solution particulièrement précise et économique. Les moutons pendules sont disponibles de 5 à 50 joules et permettent de réaliser non seulement des essais de résilience au choc entaillé ASTM D256 Izod normalisés, mais également selon Charpy, Dynstat et des essais de choc-traction selon ASTM, ISO et DIN.
Cas d’utilisation : domaines d’application de la méthode d’essai selon ASTM D256
Les domaines d’application typiques de l’essai de résilience au choc Izod selon la norme ASTM D256 se trouvent partout où des plastiques rigides sont exposés à des sollicitations brutales et où leur robustesse mécanique doit être évaluée de manière fiable. L’essai fournit des valeurs caractéristiques comparables qui sont utilisées dans le développement, l’assurance qualité et la validation des matériaux.
Les domaines d’application typiques de cette méthode d’essai sont les suivants :
- Comparaison des matériaux dans le développement de matériaux : différents matériaux polymères, composites ou recettes peuvent être comparés sur le plan de la résistance aux chocs Izod. Cela permet de sélectionner ou d’optimiser de manière ciblée des matériaux pour des applications soumises à des contraintes mécaniques élevées.
- Assurance qualité en production : dans la production en série, l’essai ASTM D256 sert à surveiller la constance des propriétés des matériaux. Les écarts au niveau des matières premières, de la transformation ou des lots peuvent être détectés à un stade précoce.
- Contrôle de réception des plastiques : lors de l’essai de granulés ou de produits semi-finis, cela permet de s’assurer que les matériaux livrés répondent aux propriétés mécaniques requises.
- Essai de composants et d’éprouvettes prélevées : les éprouvettes peuvent être prélevées directement sur des pièces finies ou moulées par injection afin de vérifier les propriétés réelles du matériau dans le composant.
- Évaluation des effets du vieillissement et des influences environnementales : des essais comparatifs permettent d’analyser les variations de la résistance aux chocs Izod, par ex. après une exposition à la température, au contact avec des fluides ou aux rayons UV.
Intégration optimale de l’essai selon ASTM D256 grâce au logiciel d'essais testXpert
Un seul logiciel pour tous les essais: l’essai de choc selon ASTM D256, l’essai de traction, l’essai de flexion, l’essai de fluage. Mais, la possibilité d'évaluer toutes les données ensemble.
- De nombreuses fonctionnalités d’importation et d’exportation assurent l'intégration idéale de testXpert et de l’essai de choc entaillé selon ASTM D256 dans vos processus. Le logiciel d'essais importe et exporte automatiquement les données d'autres systèmes, par exemple de votre propre système ERP ou LIM.
- La mesure des dimensions de l'éprouvette selon ASTM D256 est intégrée: La largeur résiduelle, la hauteur et la largeur de l'éprouvette sont transmises par l’appareil de mesure à testXpert, lors de la mesure, par simple pression d’un bouton.
- Toutes les grandeurs caractéristiques de l'essai choc selon ASTM D256, de l'essai de traction, de l'essai de flexion et de l'essai de fluage sont enregistrées dans une base de données. Les données d'essais sont faciles à trouver ou retrouver, à évaluer et à comparer – peu importe l’application. L'accès s’effectue aisément via un navigateur web – où que vous soyez.
- L’analyse des tendances propose une carte de contrôle de la qualité (SPC), simple, qui vous permet de détecter précocement les écarts par rapport aux objectifs de qualité.
Questions fréquemment posées sur la résilience au choc entaillé selon ASTM D256
L’essai de choc classique, selon la méthode Charpy ou Izod, mesure l’énergie ou le travail de choc délivré par le marteau pendulaire lors de l’impact de l’éprouvette. Cette énergie peut être déterminée très aisément à partir de la différence entre la hauteur de déclenchement du marteau pendulaire et la hauteur de remontée après le choc. Dans les normes ISO, l’énergie de choc est rapportée à la surface de section de l’éprouvette et exprimée en [kJ/m²], tandis que dans les normes ASTM, il est courant de rapporter cette énergie à l’épaisseur de l’éprouvette pour fournir une résistance aux chocs en [ft lbf/in] par exemple.
L’essai de choc-flexion entaillé Izod selon la norme ASTM D256 fournit des valeurs caractéristiques concernant la résistance aux chocs et la sensibilité à l’entaille à des vitesses d’allongement élevées, sous la forme d’une valeur d’énergie rapportée à l’épaisseur. Sont également utilisées :
- ASTM D4812 : une méthode Izod pour la mesure de la résistance aux chocs sur des éprouvettes non entaillées.
- ASTM D4508 : une méthode Izod pour la mesure sur de petites éprouvettes (Chip Impact), qui constitue l’équivalent de l’essai de choc-flexion Dynstat selon la norme DIN 53435.
- ISO 180 : Décrit l’essai de choc dans la méthode Izod pour la détermination de la résistance aux chocs et de la résilience au choc entaillé sur plastiques. Elle fournit des valeurs caractéristiques sur la résistance aux chocs à des taux d’allongement élevés sous la forme d’une valeur d’énergie rapportée à la section.
Les deux méthodes d’essai caractérisent la résistance aux chocs d’un matériau plastique. La méthode d’essai Izod, dans laquelle l’éprouvette est en position verticale, est généralement utilisée dans les in normes ASTM. La méthode Charpy, qui utilise un montage de flexion à trois points, est privilégiée dans les normes ISO.
Les deux méthodes proposent une mesure de la résilience au choc entaillé. Pour ce faire, l’éprouvette entaillée est frappée de sorte que l’entaille se trouve dans la zone de traction du fléchissement appliqué par l’impact. Dans la méthode Izod, cette zone de traction se trouve du côté de l’impact du marteau pendulaire ; dans la méthode Charpy, elle se trouve sur le côté opposé.
Grâce à la distance qui sépare les points d’appui de l’éprouvette des emplacements impactés par le marteau, la méthode Charpy offre de nombreux avantages pour les essais à basse température. Les appuis ne modifient pas la température dans la zone concernée et l’alimentation en éprouvettes à partir d’une boîte tempérée est aisée.
L’essai de choc-flexion entaillé selon la norme ASTM D256 est utilisé sur tous les plastiques rigides pour caractériser leur comportement en cas de sollicitations brutales. La contrainte de flexion par choc est appliquée à une éprouvette entaillée serrée sur l’un de ses côtés, dans un impact à côté étroit. Le résultat est représenté comme l’absorption d’énergie liée à l’épaisseur de l’éprouvette testée.
Cette norme propose différentes approches, tailles d’entailles et dispositions d’entailles pour étudier la sensibilité aux entailles d’un matériau polymère
- La méthode A est utilisée pour les plastiques dont la résilience au choc entaillé Izod est supérieure ou égale à 27 J/m. Un rayon d’entaille de 0,25 mm est utilisé. Le résultat est directement calculé à partir de la hauteur de remontée du marteau pendulaire après l’impact.
- La méthode C est utilisée pour les plastiques très fragiles dont la résilience au choc entaillé Izod est inférieure à 27 J/m. Cela correspond à la méthode A, mais l’énergie de choc mesurée est corrigée par le travail centrifuge calculé de l’éprouvette.
- La méthode D sert à caractériser la sensibilité à l’entaille d’un matériau polymère. Pour ce faire, la résilience au choc entaillé est mesurée sur des éprouvettes avec différents rayons d’entaille et la sensibilité à l’entaille est calculée comme gradient linéaire sur le rayon d’entaille.
- La méthode E est utilisée pour estimer la résistance aux chocs sur éprouvettes non entaillées. Pour ce faire, l’éprouvette entaillée est serrée et pivotée de 180° de sorte que l’entaille soit opposée à la direction de l’impact. Le résultat est comparable, sous condition seulement, à celui d’une éprouvette non entaillée.
Les dimensions extérieures des éprouvettes selon la norme ASTM D256 sont fixées à une longueur de 2,5 pouces (63,5 mm) et une hauteur de 0,5 pouce (12,5 mm). La largeur des éprouvettes moulées par injection peut varier entre 0,118 pouce (3,0 mm) et 0,5 pouce (12,5 mm), l’utilisation d’éprouvettes de 1/8 pouce (3,2 mm) ou 1/4 pouce (6,35 mm) de large étant courante.
Les indications précises se trouvent dans la spécification du matériau à tester ou doivent être convenues entre les parties concernées. Lorsque l’éprouvette est prélevée dans le composant, l'épaisseur de la paroi du composant détermine généralement la largeur. Les éprouvettes prélevées dans des parois plus minces sont soumises à un essai de traction par choc selon la norme ASTM D1822.
Pour permettre la mesure de la résilience, l’éprouvette devra bien sûr être entaillée.
- Dans la méthode A habituelle, une entaille d’un rayon de 0,25 mm et d’un angle de 45° est réalisée par usinage dans l’éprouvette de manière à conserver une hauteur résiduelle de 0,40 pouce (10,16 mm) au fond de l’entaille.
- Pour permettre une mesure de la sensibilité à l’entaille selon la méthode D, des éprouvettes avec différents rayons d’entaille doivent être fabriquées. Outre l’entaille standard selon la méthode A, des éprouvettes avec un rayon d’entaille de 0,04 pouce (1,0 mm) sont également fabriquées pour ce faire.
