Le guide ultime de l’essai de flexion des plastiques selon la norme ASTM D790

Comment réaliser un essai de flexion sur des plastiques selon la norme ASTM D790 ?

Écrit par Kayla Thackeray  

La norme ASTM D790 est une méthode d’essai permettant de déterminer les propriétés de flexion (pliage) des plastiques renforcés et non renforcés, des composites à haut module et des matériaux d’isolation électrique. Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d’un essai de flexion pour la norme ASTM D790 et vous donnera un aperçu de l’équipement d’essai, du logiciel et des échantillons nécessaires. Cependant, toute personne prévoyant de réaliser des essais ASTM D790 ne doit pas considérer ce guide comme substitut à la lecture de la norme complète.

La norme ASTM D790 est-elle ce qu’il vous faut ?

L’ASTM D790 est l’un des nombreux tests conçus pour mesurer les propriétés de flexion des plastiques. Il n’est pas conçu pour mesurer les propriétés de traction et toute personne ayant besoin de quantifier les propriétés de traction des matériaux plastiques doit se référer à la norme ASTM D638. Cette norme ne peut pas déterminer la résistance à la flexionContrainte maximale de la fibre développée dans un échantillon juste avant qu’il ne se fissure ou ne se casse dans un essai de flexion. La limite d’élasticité en flexion est indiquée au lieu de la résistance en flexion pour les matériaux qui ne se fissurent pas lors de l’essai de flexion. Pour les matériaux qui ne se cassent pas ou ne se brisent pas à une déformation de 5 % ou moins, ces matériaux peuvent être mieux adaptés à l’essai de pliage en 4 points conformément à la norme ASTM D6272.

Différences entre la norme ASTM D790 et la norme ISO 178

La norme ASTM D790 est très similaire à la norme ISO 178, bien qu’elle diffère sur plusieurs points essentiels :

  • La norme ISO 178 exige l’utilisation d’un déflectomètre ou d’une correction de la conformité afin de déterminer le module de flexion. Dans la norme ASTM D790, il ne s’agit que d’une recommandation et le module peut être calculé par le seul déplacement de la traverse.
  • Les tailles d’échantillons préférées sont différentes et comme la vitesse d’essai dépend de la profondeur de l’échantillon, les vitesses d’essai peuvent varier selon les normes. La profondeur préférée des échantillons dans la norme ASTM D790 est de 3.2 mm. La profondeur préférée des échantillons dans la norme ISO 178 est de 4 mm.  
  • La norme ASTM D790 n’autorise qu’une seule vitesse d’essai, tandis que la norme ISO 178 permet d’utiliser une deuxième vitesse d’essai (plus rapide) après la mesure du module.

ASTM D790

Que mesure-t-elle ?

La norme ASTM D790 mesure les propriétés de flexion d’un matériau lorsqu’il est soumis à une déformation ou à une flexion. Cet essai est réalisé sur un système d’essai universel à l’aide d’un dispositif de pliage en trois points, à un taux de vitesse proportionnel à la profondeur de l’échantillon. L’essai ASTM D790 est utilisé pour déterminer les propriétés mécaniques suivantes :

Module tangent - Également appelé module d’élasticité, il s’agit de la pente de la portion rectiligne de la courbe de déflexion de la charge et constitue une mesure de la rigidité du matériau

Le module d’élasticité sécant - la pente entre le point d’origine et le point de charge quelconque

• Module de corde - La pente entre deux points prédéfinis sur la courbe de déflexion de la charge

Résistance à la flexion - La contrainte de flexion maximale obtenue lors d’un essai de pliage

• Contrainte de flexion à la rupture - Contrainte de flexion à laquelle un échantillon se rompt pendant un essai de flexion. Pour certains matériaux, l’échantillon se rompt avant la limite d’élasticité, dans ce cas la résistance à la flexion est égale à la contrainte de flexion à la rupture.

Méthode d’essai

La norme ASTM D790 décrit deux procédures d’essai différentes destinées à différents types de matériaux. La procédure A, qui est la méthode préférée, utilise une vitesse de déformation de 0.01 mm/mm/min. La procédure B utilise une vitesse de déformation de 0.10 mm/mm/min et est destinée aux matériaux qui peuvent ne pas se rompre à une tension de 5 % s’ils sont testés à la vitesse inférieure. La norme ASTM D790 permet de mesurer la déformation à partir du déplacement de la traverse ou des relevés d’un extensomètre, décrits respectivement comme des essais de type 1 et de type 2.

La vitesse d’essai requise pour la norme ASTM D790 est exprimée en fonction de la portée du support de l’échantillon, de la profondeur de l’échantillon et de la vitesse de déformation. Le générateur d’expressions deBluehill® Universal permet aux utilisateurs de saisir la vitesse du test comme une fonction plutôt que comme un nombre statique. Une fois que l’opérateur de l’essai a saisi les mesures de l’échantillon, le logiciel modifie automatiquement la vitesse de l’essai en fonction de l’équation.

Système d’essai

Les essais ASTM D790 peuvent être effectués sur une machine d’essai universelle de table ou de sol avec une variété d’accessoires qui peuvent être configurés pour optimiser vos essais. Comme chaque laboratoire a des besoins différents, plusieurs configurations de système sont disponibles.

Un exemple de configuration de base est présenté ci-dessous. Ce montage d’essai comprend un système d’essai de la série 3400 avec un dispositif de pliage à 3 points et sans extensomètre, ce qui signifie que la déformation dans ce cas doit être mesurée par le déplacement de la traverse (essai de type 1). Lorsque la déformation est mesurée par le déplacement de la traverse, la correction de la complaisance est recommandée, mais pas obligatoire. Les bâtis d’essai de la série 3400 peuvent également être utilisés en conjonction avec l’extensométrie pour les essais de type 2.

Configuration de l’essai selon la norme ASTM D790

Configuration de l’essai selon la norme ISO 178

1. Instron 3400

2. Tableau de bord de Bluehill Universal (2490-696)

3. Série 2530 Cellule de charge

4. Fixation à coude à 3 points (2810-400)

5. Piston de déflectomètre (2810-403) 

 

Options avancées 

Le système d’essai de la série 6800 est une option plus avancée et plus efficace pour les utilisateurs souhaitant une meilleure répétabilité et un débit plus élevé. Bien que ce système puisse également être utilisé pour les essais de type 1, il est le plus souvent utilisé pour les essais de type 2 qui utilisent un extensomètre et un déflectomètre pour fournir un rapport plus précis de la déformation.

Configuration de l’essai selon la norme ASTM D790

Configuration de l’essai selon la norme ASTM D790

1. Instron 6800

2. Tableau de bord de Bluehill Universal (2490-696)

3. Série 2580 Cellule de charge

4. Fixation à coude à 3 points (2810-400)

5. Piston de déflectomètre (2810-403) 

 

Dispositifs de mesure de la déformation 

Les essais de type 2 nécessitent l’utilisation d’un dispositif de mesure de la déformation ou d’un extensomètre. La première option, plus sophistiquée, est un extensomètre vidéo sans contact, le AVE2d’Instron. L’AVE2 indique la déformation sans jamais entrer en contact physique avec l’échantillon ou dans l’espace d’essai. La deuxième option illustrée ci-dessous est un extensomètre à contact automatique, le AUTOX750, qui augmente le débit global tout en minimisant le recours d’un opérateur. Pour finir, l’extensomètre à pince de la série 2630 est une option appréciée des laboratoires qui ne nécessitent pas un débit global élevé. Pour les essais selon la norme ASTM D790, les trois extensomètres doivent être utilisés en conjonction avec le déflectomètre 2810-403.

extensomètres

Débit global

Pour les laboratoires qui cherchent à augmenter leur débit global, plusieurs modifications peuvent être apportées à la configuration du système.  Les essais selon la norme D790 peuvent prendre beaucoup de temps, les machines d’essais Multi-Station de la série 5900 sont un choix apprécié par les laboratoires ayant besoin d’un débit élevé. Des systèmes d’essai entièrement automatisés sont également disponibles et sont conçus pour intégrer la mesure de l’échantillon, le chargement de l’échantillon, l’essai, la mesure de la déformation et le retrait de l’échantillon. Ces systèmes peuvent fonctionner pendant des heures sans nécessiter l’intervention d’un opérateur et contribuent à réduire la variabilité due à l’erreur humaine.

Échantillons

Les échantillons pour la norme ASTM D790 sont de forme rectangulaire et sont soit moulés, soit extrudés, soit découpés dans des plaques ou des feuilles. Les dimensions des échantillons pour la norme ASTM D790 dépendent de l’épaisseur du matériau, la norme la définit comme étant la profondeur du spécimen. Les matériaux en feuilles dont l’épaisseur est supérieure à 3,2 mm auront une largeur et une portée proportionnelles à leur épaisseur. Les matériaux en feuilles dont l’épaisseur est comprise entre 3,2 et 1.6 mm auront une largeur de 12,7 mm et une portée définie comme l’épaisseur de l’échantillon X 16. Les feuilles de moins de 1,6 mm d’épaisseur seront de 50,8 mm X 12,7 mm avec une portée de 25,4 mm.

Les dimensions des échantillons de matériaux d’isolation électrique présentent un autre type de mesures en fonction de leur épaisseur nominale. Les matériaux moulés ont généralement une profondeur de 3,2 mm, une largeur de 12,7 mm et une longueur de 127 mm. Ils utilisent une portée de support égale à la profondeur de l’échantillon X 16. Les composites renforcés à haute résistance doivent avoir des dimensions telles que décrites dans la norme afin de permettre aux fibres extérieures de l’échantillon de se rompre. Lors de l’essai de composites et autres matériaux anisotropes, il faut veiller à ce que la rupture ne se produise qu’en raison des forces accumulées pendant la flexion, et les échantillons doivent être coupés de manière à ce que la partie la plus solide des fibres soit celle testée.

Échantillons pour la norme ASTM D790

Mesure de l’échantillon

Les échantillons doivent être mesurés avec un micromètre conforme à la norme ASTM D5947. Trois mesures de la largeur et de l’épaisseur de l’échantillon doivent être effectuées et leur moyenne doit être rapportée. La fonction ASMD (Instrument de mesure automatique de l’échantillon) de Bluehill Universal permet aux opérateurs de connecter jusqu’à deux micromètres ou appareils de mesure à l’ordinateur pour qu’il calcule la moyenne des mesures directement dans le logiciel. Cela élimine les risques d’erreurs de saisie et augmente l’efficacité.

Dispositif de pliage

Un dispositif de pliage à trois points est utilisé pour la norme ASTM D790. Ce dispositif se compose d’un piston de chargement fixé à la traverse mobile et d’un élément fixe avec deux supports ou enclumes pour les échantillons, qui peuvent être ajustés pour s’adapter à la distance de la portée des échantillons. La surface des enclumes et du piston de chargement doit être cylindrique et avoir un rayon de 5 mm, sauf indication contraire, et la longueur de l’élément cylindrique doit être supérieure à la largeur de l’échantillon.

Le dispositif de pliage d’Instron comprend plusieurs caractéristiques clés pour améliorer la précision des tests. Unités de longueur graduées sur la poutre de support pour permettre un positionnement précis des enclumes et un centrage facile du déflectomètre lors de l’utilisation de dispositifs de contrainte. Les dispositifs de pliage Instron sont également équipés de bras d’alignement qui peuvent être ajustés pour s’adapter à la largeur de l’échantillon. En effet, l’alignement des échantillons peut entraîner des variations importantes dans les résultats et il faut veiller à ce que les échantillons soient alignés de manière cohérente pour chaque essai.

2810-400
Modèle 5 kN | 2810-400

Modifications récentes de la norme

La dernière version de la norme ASTM D790 a été publiée en 2017. Elle diffère de la version précédente, 2015E2, sur plusieurs points :

  • Le critère de vérification pour l’essai de type 1 (déplacement de la traverse) est passé d’un système de classe D à un système de classe B selon la norme E2309.
  • La norme pour les appareils de type 2 (déflectomètre et extensomètre) est passée de la classe B à la classe B-2.
  • La note 10 et l’annexe XI ont été ajoutées à la norme pour expliquer ce qu’est la correction de la complaisance et comment l’appliquer.

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The Plastics Testing Solutions brochure is a 40-page, applications-focused, and standards-based brochure. Important standards such as ISO 527-1, -2, -3, ISO 11443, ISO 75, ASTM D638, Astm D3835, are covered in a detailed testing challenge and solution format. The brochure addresses the most prominent and widely-used standards in the materials testing industry for plastics. Test types such as Impact, Rheology, Thermo-Mechanical, Specimen Preparation, Mechanical Testing, Dynamic/fatigue, and Hardness are described in great detail.