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ASTM D256 Résilience au choc entaillée Plastique

La norme ASTM D256 décrit l’essai de flexion par choc dans la méthode Izod pour la détermination de la résilience au choc entaillé des plastiques. Dans le cadre de l'ASTM, la résilience au choc entaillé est en principe mesurée à l'aide de la méthode Izod, conformément à la norme ASTM D256. La contrainte de flexion par choc est appliquée à une éprouvette entaillée, contrainte sur l’un de ses côtés. Le résultat est représenté comme l'absorption d'énergie liée à l'épaisseur de l'éprouvette testée.

Les essais de flexion par choc Izod sont également décrits par les normes ISO 180 et ASTM D4508.

Domaines d’application de la méthode d’essai selon ASTM D256

L’essai de flexion choc entaillé Izod selon ASTM D256 livre les valeurs caractéristiques pour la résilience au choc et la sensibilité à l'entaille à hautes vitesses de déformation sous la forme d'une valeur d'énergie se référant à la surface. Les essais sont en principe réalisés en atmosphère standard de 23° / 50% d'humidité relative selon la norme ASTM D618.

Les domaines d’application sont:

  • La comparaison de différents composés de moulage
  • Surveillance des tolérances dans le cadre du contrôle des marchandises entrantes et de l'assurance qualité
  • Essai de pièces finies sur la base d'éprouvettes usinées
  • Création de cartes de matériaux
  • Mesure des effets du vieillissement

Les essais de résilience au choc entaillé Izod sont également proposés comme essais instrumentés, c'est-à-dire avec une mesure rapide de la force. Aucune norme n’est toutefois proposée sur la thématique.

ASTM D256 - Une norme avec plusieurs méthodes d’essai

L'essai de flexion par choc entaillé selon la norme ASTM D256 est utilisé sur tous les plastiques rigides pour caractériser leur comportement sous des charges d'impact. 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 montée du marteau-pendule 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 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 résilience au choc sur éprouvettes non-entaillés. Pour ce faire, l'éprouvette entaillée est serré 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.

ASTM D256 Éprouvettes & Dimensions

Les dimensions extérieures des éprouvettes selon ASTM D256 sont fixées à une longueur de 2.5 in (63.5 mm) et une hauteur de 0.5 in (12.5 mm). La largeur des éprouvettes moulées par injection peut varier entre 0,118 in (3,0 mm) et 0,5 in (12,5 mm), l'utilisation d'éprouvettes de 1/8 in (3,2 mm) ou ¼ in (6,35 mm) de largeur est 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 classique, une entaille d'un rayon de 0,25 mm et d'un angle de 45° est pratiquée par usinage dans l'éprouvette afin de 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 devront être fabriquées. Outre l'entaille standard selon la méthode A, des éprouvettes avec un rayon d'entaille de 0,04 in (1,0 mm) seront également fabriquées pour ce faire. Pour la réalisation des entailles, nous vous proposons la ZNO; la ZNO est une fraiseuse d'entailles motorisée, dotée d'une fraise monodentée conforme à la norme. Pour les petites quantités d'échantillons, une entailleuse manuelle avec mouvement d'approche automatique conviendra idéalement.

Pour l'essai, l’entaille doit se trouver précisément dans la zone du plus grand couple de flexion. Pour cette raison, les éprouvettes sont soit positionnées à l'aide d'une butée de hauteur, soit alignées de manière précise et sûre à l'aide d'une unité d'alignement d'entaille intégrée à l’étau de choc.

Réalisation de l’essai de flexion choc entaillé selon ASTM D256

Pour l’essai de résilience au choc Izod selon ASTM D256, des moutons pendules - avec un marteau à pendule composé d'une tige de pendule et d'un impacteur monté sur un roulement à faible frottement à son autre extrémité - sont utilisés.

Le principe de la mesure est basé sur un marteau pendule spécifié en terme de capacité et de hauteur de chute, qui libère une partie de son énergie cinétique à percution de l'éprouvette. Le marteau-pendule ne remonte, dès lors, plus à hauteur de chute initiale après l'impact. La différence de hauteur mesurée entre la hauteur de chute et la hauteur de montée devient ainsi une mesure de l'énergie absorbée. La vitesse d'impact généralement spécifiée - grâce à la définition de la hauteur de chute - permet un déroulement des essais à des vitesses de déformation comparables.

Le marteau pendule standard selon ASTM D256 possède une capacité de 2,7 J pour une hauteur de chute définie de 610 ±2 mm. D’autres tailles de marteau sont obtenues par doublement de la capacité de travail pour une même hauteur de chute. Il en résulte une vitesse d'impact de 3,46 m/s environ pour tous les marteaux pendules.
Chaque marteau pendule peut être utilisé pour mesurer des énergies de choc jusqu'à 85% de sa capacité de travail. Lorsque plusieurs tailles de marteaux sont possibles, c’est le marteau pendule le plus léger qui doit être choisi.

L'éprouvette est contrainte, verticalement, dans une orientation définie de telle sorte que l'entaille se situe précisément à l’angle du point de serrage, c'est-à-dire dans la zone du plus grand couple de flexion. Afin de limiter l'impact de la force de serrage sur le résultat, il est toutefois conseillé d'utiliser un système de serrage pneumatique ou de contrôler la force de serrage.

La nature de la mesure implique une attribution de toutes les pertes d’énergie à l’éprouvette. C'est pourquoi il est important de minimiser, de corriger ou d'éliminer complètement toutes les sources d'erreur externes. Pour les pertes par frottement qui se produisent inévitablement en raison du frottement de l'air et du frottement au niveau des points d'appui du marteau pendule, des spécifications strictes de la norme, ainsi que des contrôles dans le cadre de l'étalonnage régulier sont proposés. Les valeurs de correction sont mesurées et attribuées au marteau pendule correspondant. Pour la qualité de la mesure, une masse suffisante de l’appareil et une installation sans vibration du mouton pendule sur une table de laboratoire très stable, sur un plan de travail boulonné contre un mur solide ou encore sur une plate-forme en maçonnerie sont des pré-requis indispensables. Les vibrations internes de l'appareil sont minimisées grâce à sa conception. Pour ce faire, ZwickRoell utilise notamment des marteaux pendules dotés de doubles tiges en carbone unidirectionnel, qui ont une masse très faible et offrent une rigidité optimale des tiges pendule et assurent les pertes de vibration les plus faibles possibles.

Vidéo:

Les moutons pendules des séries HIT 5.5 P et HIT 25/50 P permettent de réaliser des essais normalisés de choc et d'entaille dans les méthodes Izod, Charpy et traction choc.

Normes pour la mesure de la résistance au choc Izod et de la résilience au choc entaillé

  • ASTM D4812, une méthode Izod pour la mesure de la résilience au choc sur éprouvettes non-entaillées
  • ASTM D4508, une méthode Izod pour la mesure sur petites éprouvettes (Chip-Impact), qui est le pendant de l’essai de choc-flexion selon Dynstat selon DIN 53435.
  • L’ISO 180 décrit l’essai de choc dans la méthode Izod pour la détermination de la résistance au choc et de la résilience au choc entaillé sur plastiques. Elle fournit des valeurs caractéristiques sur la résilience au choc à des taux de déformation élevés sous la forme d'une valeur énergétique liée à la section.

Différences entre la méthode Izod et la méthode Charpy

Les deux méthodes d'essai caractérisent, de manière très similaire, la résistance aux chocs d'un matériau de manière, de sorte que les résultats sont largement corrélés.

  • Les normes ASTM utilisent en principe la méthode d'essai Izod, dans laquelle l'éprouvette est en position verticale.
  • Les normes ISO utilisent de préférence la méthode Charpy, qui est associée à un montage de flexion en trois points de flexion.
  • Les deux méthodes proposent une mesure de la résilience. Pour ce faire, l'éprouvette entaillée est impactée de telle 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 pendule; elle se trouve sur le côté opposé dans la méthode.Charpy.
  • 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. La température, dans la zone concernée, n'est pas modifiée par les appuis et l’alimentation en éprouvettes à partir d’une boîte tempérée est aisée.

Comment la résilience au choc est-elle calculée?

L'essai de choc classique, selon la méthode Charpy ou Izod, mesure l'énergie ou le travail de choc délivré par le marteau du pendule 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 pendule et la hauteur de montée 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 résilience, par exemple en [ft lbf/in].

Qu’est-ce que la résilience?

Lors de l'essai d'une éprouvette non entaillée, le résultat obtenu est appelé résistance au choc; il est appelé résilience lors de l’essai d’une éprouvette entaillée.

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