Les plastiques structurels jouent un rôle essentiel dans de nombreuses industries, car les fabricants cherchent à réduire le poids et le coût des véhicules, des biens de consommation et de bien d’autres produits. Les ingénieurs d’application MTS expliquent comment les solutions d’essais de MTS peuvent aider les fabricants et les formulateurs à respecter plus efficacement les normes ISO et ASTM concernant ces matériaux.
Q : Quelles sont les tendances qui façonnent l’industrie du plastique ?
R : Les innovations sont nombreuses en ce moment, en particulier dans le domaine des plastiques structurels moulés utilisés dans une large gamme de machines, de véhicules et d’autres produits. Les plastiques légers de haute qualité ne sont pas seulement rentables à produire pour les fabricants, mais ils peuvent également garantir un mélange idéal de résistance et de durabilité. Les formulateurs développent et ajustent constamment des formules exclusives afin de fournir des caractéristiques spécifiques pour une application particulière et chacun de ces matériaux nécessite des essais de traction.
Q : Quelles normes régissent les essais de traction des plastiques ?
R : Deux des normes les plus courantes sont ISO et ASTM. La norme ISO 527 spécifie les principes généraux pour la détermination des propriétés en traction de tous les types de plastiques et comporte des extensions axées sur les plastiques, les films et les feuilles pour extrusion et les composites en plastique renforcés de fibres. La norme ASTM D638 contient des directives similaires pour la production de données sur les propriétés en traction de tous les types de plastiques. Récemment, nos clients se sont penchés sur les normes relatives aux essais de traction des plastiques pour moulage et extrusion : ISO 527-2 et ASTM D638.
Q : Quelle différence y a-t-il entre les normes ISO 527-2 et ASTM D638 ?
R : Elles sont très similaires, à l’exception de l’analyse de la partie non linéaire de la courbe contrainte-déformation d’un matériau. Pour la plupart des plastiques, les résultats des essais pour chacune de ces deux normes seront les mêmes. En revanche, dans le cas des plastiques ayant peu ou pas de région linéaire, la variation entre les normes ASTM et ISO peut être importante.
Q : Pourquoi les essais de traction sont-ils importants ?
R : L’essai de traction est l’essai le plus utilisé pour les plastiques, car il permet d’obtenir de nombreuses données essentielles. C’est la base de toute étude sur les propriétés des matériaux, telles que la contrainte, la déformation, le module de traction et le coefficient de Poisson. En mesurant la force requise pour tirer une éprouvette jusqu’à son point de rupture, les ingénieurs de conception de produits et les responsables de la qualité peuvent prédire avec précision les performances des produits dans des applications réelles. Ils peuvent comprendre à quel point le matériau peut être moulé, la quantité d’énergie qu’il peut absorber et s’il peut être utilisé dans une application spécifique. Il arrive également que ces essais doivent être effectués dans des chambres climatiques pour simuler les conditions d’utilisation.
Q : En quoi consistent les essais de traction des plastiques structurels?
R : Pour réaliser ces essais, des éprouvettes plates en forme « d’os de chien » sont placées dans les mors d’une machine d’essai universelle, puis sont soumises à une extension contrôlée jusqu’à ce qu’une défaillance survienne. Les vitesses d’essai varient selon le type d’éprouvette pour obtenir un débit de déformation spécifique et un extensomètre est souvent utilisé pour mesurer la déformation de l’éprouvette dans la zone concernée. Les choses peuvent se compliquer lorsque les essais sont effectués dans des chambres de température où un extensomètre peut être endommagé.
Q : Quels sont les défis des essais de traction des plastiques ?
R : Le défi consiste à déterminer exactement comment le matériau en question se rompt. L’allongement du plastique jusqu’à sa rupture dépend du coefficient d’écrouissage et de la sensibilité du matériau à la vitesse de déformation. Comme je l’ai mentionné lors de la différenciation des normes, la priorité est souvent accordée au module, ou à la partie élastique linéaire de l’essai, qui ne représente qu’une petite partie de la traction. Il peut être difficile de différencier le module de la déformation globale lorsque l’allongement global peut varier entre 100 et 1 000 % de la déformation. Il faut beaucoup de points de données.
A l’origine, on utilisait des extensomètres mécaniques, mais ils ne parcouraient que 50 à 100 % de la distance, selon la longueur de la jauge. Les extensomètres à allongement élevé peuvent aller plus loin, mais ils n’ont pas une résolution suffisante pour capturer la région élastique linéaire relativement petite. Dans de nombreux cas, la meilleure solution est un extensomètre sans contact, tel que notre extensomètre vidéo MTS Advantage™ (AVX). Cet outil particulier vous permet de suivre l’intégralité de l’éprouvette jusqu’à sa rupture sans l’affecter, tout en obtenant suffisamment de points de données pour calculer le module.
Q : Quelles sont les capacités importantes à prendre en compte dans un système d’essais de traction ?
R : Pour les plastiques structurels ou rigides, vous avez besoin d’un système d’essais ayant la capacité et la résolution nécessaires pour effectuer des essais à allongement élevé. Parfois, cela peut signifier une capacité de force pouvant atteindre 50 kN. Il est souvent important de réaliser les essais dans une chambre climatique. Les essais en température peuvent ajouter toute une série de défis. Par exemple, il se peut que vous deviez placer les éprouvettes dans les mors à une température donnée, ou les mettre dans la chambre puis les stabiliser dans les mors, ce qui complique la mise en place et allonge la durée de l’essai. Avoir un progiciel peut simplifier la logistique. Il faut notamment choisir un système suffisamment haut pour pouvoir loger la chambre et l’allongement prévu de l’éprouvette, et une chambre avec un verre de qualité optique pour les mesures de déformation sans contact.
Q : En quoi les données aident-elles les formulateurs et les fabricants ?
R : Tout se résume vraiment à la confiance dans les décisions. Les formulateurs doivent savoir que leur matériau se comportera comme prévu dans le procédé de fabrication et offrira les caractéristiques spécifiques dont le mouleur a besoin, qu’il s’agisse de durabilité, de flexibilité ou de rapport résistance/poids. Les fabricants choisissent les matériaux en fonction de toutes les nuances du produit qu’ils conçoivent, qu’il fasse partie d’un jouet, de l’appui-tête d’une voiture ou d’un siège d’avion. Ils veulent connaître les bonnes caractéristiques des matériaux afin de pouvoir prendre des dizaines de décisions de conception. Pour ce faire, ils ont besoin de données d’essai précises.
Q : Quelles sont les autres solutions proposées par MTS pour garantir des résultats d’essais précis ?
R : MTS bénéficie de dizaines d’années d’expérience dans la configuration de solutions de système intégrées pour l’industrie du plastique. Les systèmes d’essais électromécaniques MTS Criterion® conviennent parfaitement aux essais de traction des plastiques selon les normes ISO 527-2 et ASTM D638. Disponibles dans de nombreuses configurations à haute rigidité, ces bâtis sont dotés de commandes numériques MTS haute résolution et de servomoteurs AC compacts qui permettent de réaliser des essais à grande vitesse et à faibles vibrations dans une très large gamme de capacités de force.
