ISO 527-2 : Essai de tension sur les plastiques

Guide définitif pour la réalisation de la norme ISO 527-2 : essai de tension sur les plastiques

Écrit par Erica Lawrence

La norme ISO 527-2 est une norme internationale pour la détermination des propriétés de tension des plastiques renforcés et non renforcés. Bien qu'elle fournisse des résultats similaires à ceux de la norme ASTM D638, la norme ISO 527-2 n'est pas considérée comme techniquement équivalente en raison des différences dans la taille des spécimens et les exigences d'essai. Si certains grands fabricants multinationaux réalisent des essais à la fois selon les normes ASTM D638 et ISO 527-2, la plupart de nos clients manifestent une préférence pour l'une ou l'autre de ces normes en fonction de leur situation géographique. Les fabricants nord-américains préfèrent généralement la norme ASTM D638, tandis que ceux d'Europe et d'Asie préfèrent principalement la norme ISO 527-2. Les clients en Chine réalisent des essais selon les deux normes ASTM D638 et ISO 527-2.

Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d'un essai de tension sur plastique conformément à la norme ISO 527-2, mais il ne doit pas être considéré comme un substitut adéquat à la lecture de la norme dans sa totalité.


ISO 527-2 : essai de tension sur les plastiques avec automatisation et AVE 2


Comment réaliser un essai de tension sur les plastiques conformément à la norme ISO 527-2

La norme ISO 527-2 est réalisée sur une machine d'essai universelle en appliquant une force de tension à un échantillon (éprouvette) et en mesurant diverses propriétés du matériau de l’éprouvette sous contrainte. L'essai se fait à des vitesses de tension allant de 1 à 500 mm/min jusqu'à ce que l'éprouvette se rompe (cède ou se brise).



Que mesure la norme ISO 527-2 ?

Bien que la norme ISO 527-2 mesure de nombreuses propriétés de tension différentes, celles qui suivent sont les plus fréquentes :

  • La résistance à la tension est la quantité de force pouvant être appliquée à un matériau avant qu'il ne cède (s'étire irrémédiablement) ou ne se brise.
  • Le module de tension est le degré de déformation (étirement) d’un matériau en réponse à une contrainte avant qu’il ne cède. Le module est une mesure de la rigidité du matériau.
  • L’allongement est l'augmentation de la longueur initiale après la rupture divisée par la longueur initiale originale. Un allongement plus important indique une ductilité plus élevée.
  • Le coefficient de Poisson est la mesure de la relation entre le degré d’étirement d’un matériau et la finesse qu'il acquiert au cours du processus d'étirement.

La norme ISO 527-2 est-elle appropriée pour vous ?

Il existe de nombreuses méthodes d'essai différentes pour différents types de plastiques. La norme ISO 527-2 est destinée aux essais des plastiques rigides et semi-rigides, qu'ils soient moulés, extrudés, usinés ou coulés. ISO 527-2 Elle s'applique également aux plastiques renforcés (à l'exception des plastiques renforcés par des fibres, lesquels sont couverts par les normes ISO 527-4 et ISO 527-5). Pour tester les films et les feuilles d'une épaisseur inférieure à 1 mm, il convient d'utiliser la norme ISO 527-3. Ces méthodes et d'autres sont disponibles dans les modules d'applications de Bluehill® Universal, lesquels contiennent des modèles de méthodes préconfigurés pour les normes ISO et ASTM les plus couramment utilisées.


Écran de sélection de la méthode d'essai Bluehill Universal

Machine d’essai de tension

La plupart des essais selon la norme ISO 527-2 sont réalisés sur une machine d'essai universelle de paillasse. Un système de 5 kN ou 10 kN est le plus courant, mais au fur et à mesure que la résistance des plastiques renforcés et des composites augmente, des unités de plus grande capacité telles que des systèmes de 30 ou 50 kN peuvent être nécessaires.

Les machines d'essais universelles des séries 3400 et 6800 d'Instron sont idéales pour les essais selon la norme ISO 527-2. Cependant, nos clients qui ont des besoins d'essais en grande quantité, des opérations mondiales et des applications de recherche avancée préfèrent généralement les systèmes de la série 6800 avec les prises pneumatiques de 2712, qui offrent des avantages supplémentaires en matière de spécifications de précision et d'amélioration de l'efficacité. 

Réglage de l’essai selon la norme ISO 527-2

Réglage de l’essai selon la norme ISO 527-2

1. Instron 6800

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

3. Extensomètre vidéo AVE2 (2663-902)

4. Cellule de charge de la série 2580

5. Amarrages pneumatiques à action latérale de 5 kN (2712-045)

 

 

Amarrages de tension

Étant donné que les essais soumettent les échantillons à des forces intenses, il est important que les échantillons soient maintenus fermement à l’intérieur de la machine d'essai. Les amarrages pneumatiques à action latérale avec des faces de la mâchoire dentelées sont souvent les meilleurs amarrages pour maintenir des plastiques rigides. Les amarrages pneumatiques maintiennent leur force de préhension avec la pression d’air, qui reste constante même si les échantillons se déforment pendant le test et que leur épaisseur change de manière significative. Pour des forces supérieures à 10 Kn, généralement uniquement trouvées avec des matériaux renforcés, des amarrages manuels à action de coin sont préférables.

Modèle 10 kN | 2712-046
Modèle 5 kN | 2716-010

Extensomètres

Les extensomètres sont utilisés pour recueillir des données de module, qui constituent l’une des propriétés les plus importantes évaluées dans la norme ISO 527-2. Le module d’élasticité est la mesure de la quantité d’étirement ou de déformation du matériau en réponse à la force de tension. Les extensomètres pour mesurer le module doivent être conformes à la norme ISO 9513 classe 1 avec une précision de 1 %, et plusieurs options sont disponibles en fonction des besoins de votre laboratoire. L’option la plus simple est un extensomètre à clipser de la série 2630 avec une longueur de jauge fixe qui doit être fixé directement sur l’échantillon au début de chaque essai et retiré après que l’échantillon s’étire et avant qu’il ne se brise.

Si l’essai est effectué pour le coefficient de Poisson, un extensomètre transverse doit également être ajouté pour mesurer la variation de largeur dans la zone élastique de l’échantillon. Un extensomètre transverse autonome peut être utilisé pour compléter un extensomètre à clipser ou automatique existant, ou un dispositif biaxial peut être utilisé pour mesurer simultanément la déformation transversale et axiale.


Extensomètres à clipser axiaux et biaxiaux


Dans les laboratoires qui ont besoin d’un débit élevé, les extensomètres automatiques aident à éliminer le besoin de manipulation par l’opérateur qui prend beaucoup de temps ainsi qu’a obtenir un positionnement plus précis sur un grand nombre d’échantillons ce qui améliore les valeurs de répétabilité. L’ AutoX750  se fixe automatiquement à l’échantillon sans intervention de l’opérateur. L’ Extensomètre vidéo avancé (AVE 2) est un extensomètre sans contact qui utilise une caméra pour suivre la déformation de l’échantillon tout au long de l’essai. En cas d'essai utilisant d’autres normes, comme l’ASTM D638 ou l’ISO 178, les extensomètres automatiques offrent également la flexibilité d’utiliser différentes longueurs de jauge avec un seul dispositif.


Extensomètre de contact automatique AutoX750 et extensomètre vidéo sans contact AVE 2 pour les essais de tension sur le plastique


Types d’échantillons

Il existe six tailles d’échantillon possibles pour les essais selon la norme ISO 527-2. Les échantillons privilégiés sont des échantillons en forme d’haltère de type 1A (moulé par injection) et 1B (usinés). Bien qu’il existe des différences de longueur entre ces deux types d’échantillon, ils partagent une largeur nominale de 10 mm et une épaisseur de 4 mm. La longueur de jauge préférée pour les échantillons de type 1A est de 75 mm, ce qui est un changement de la norme introduite en 2012. Jusqu’en 2012, la longueur de jauge préférée pour le type 1A était de 50 mm, ce qui est toujours acceptable pour les essais de contrôle qualité ou lorsque cela est spécifié. 

Dans les cas où le matériau est limité, de nombreux laboratoires utiliseront des échantillons de taille sous-dimensionnée de types 1BA, 1BB, 5A ou 5B. Dans ces cas, il peut être techniquement difficile de mesurer le module en raison de petites longueurs de jauge et de temps d'essai courts. Les résultats obtenus à partir de petits échantillons ne sont pas comparables à ceux obtenus dans les échantillons de type 1.

Échantillons d'essais en plastique pour la norme ISO 527-2

Mesure de l’échantillon

Tous les échantillons doivent être mesurés avant l’essai, conformément à la norme ISO 16012 ou ISO 23529. La plupart des micromètres classiques devraient convenir pour effectuer ces mesures. Pour que le système d’essai affiche les mesures de contrainte plutôt que les simples mesures de force, les opérateurs devront saisir la section transversale (épaisseur et largeur) de l’échantillon, car la contrainte est calculée en divisant la force appliquée par la section transversale de l’échantillon (en unités Psi, Pa, kPa, GPa, etc.). Bien que l’épaisseur et la largeur des échantillons rigides exigent des précisions de mesure différentes, il est courant d’utiliser le même appareil de mesure pour les deux. Les pointes peuvent être cylindriques ou rectangulaires, à condition qu’elles respectent les dimensions requises par la norme ISO 16012. Les échantillons moulés par injection sont souvent produits avec un angle d’ébauche au lieu d’être parfaitement carrés, de sorte que des précautions doivent être prises pour mesurer la largeur au centre de l’angle d’ébauche.


Dimensions de l’échantillon universel de Bluehill


Chargement des échantillons

Afin d’obtenir des résultats adéquats, les échantillons doivent être correctement alignés à l’intérieur de l’amarrage. Il est possible d’éviter un mauvais alignement en utilisant une taille de mâchoire proche de la largeur de l’échantillon ce qui permet d’ajuster visuellement l’alignement plus facilement. La façon la plus simple d’empêcher le mauvais alignement est d’utiliser un dispositif d’alignement d’échantillon qui se monte directement sur les amarrages.

Une fois les amarrages serrés sur un échantillon, les forces de compression indésirables sont généralement appliquées. Ces forces, bien que réduite, peuvent interférer avec les résultats des essais si elles ne sont pas traitées correctement : il est important qu’elles ne soient pas équilibrées après l’insertion de l’échantillon, car cela entraînerait un décalage des résultats. Le logiciel de Bluehill Universal peut être programmé pour normaliser les forces sur plusieurs échantillons et éliminer tout relâchement ou force de compression, garantissant ainsi des résultats homogènes entre les échantillons. Sur les machines d'essai universelles de la série 5900, nous recommandons également l’utilisation de protection des échantillons, qui est conçu pour éviter d’endommager l’échantillon ou le système pendant la phase de réglage d’un essai, avant que les limites opérationnelles de l’essai ne soient définies. Lorsque l’appareil est allumé, la protection de l’échantillon ajuste automatiquement la traverse afin de maintenir les forces indésirables sous une certaine limite. 


Calculs et résultats

Lors de la présentation des résultats d’essais, il est important de s’assurer que les modalités sont correctement définies afin de garantir la conformité à la norme ISO et de faciliter la comparaison des données entre différents laboratoires.


Mesure de la déformation

L’erreur la plus fréquente dans la déclaration des données est le signalement de valeurs de déformation à l’aide d’une source incorrecte. Pour les plastiques, le pourcentage d’élongation à la rupture ne peut souvent pas être mesuré exclusivement par un extensomètre car le plastique ne se rompt pas de façon homogène et la déformation est souvent concentrée sur une partie disproportionnément petite de l’échantillon, une propriété connue sous le nom de « striction ». Étant donné que la striction peut se produire en dehors de la longueur de référence d’extensomètre, un terme appelé « déformation nominale » doit être utilisé pour signaler le pourcentage d’allongement à chaque point après étirement. L’utilisation d’un extensomètre pour la déformation à la rupture n’est acceptable que si la déformation est homogène dans l’échantillon et ne présente pas de striction ou d’étirement.

La déformation nominale est définie différemment en fonction de la méthode d'essai utilisée. Pour la norme ISO 527-2, la déformation nominale peut être mesurée de deux manières différentes : la méthode A mesure la déformation nominale purement par déplacement transversal, mais pour les échantillons multi-usages, la méthode B est préférée. La méthode B mesure la déformation nominale comme la déformation mesurée à partir de l’extensomètre jusqu’à l’étirement et à partir du déplacement de la traverse après l’étirement, ce qui garantit que le comportement de striction en dehors de la longueur de référence d’extensomètre est pris en compte.


Le module

La norme ISO 527-2 définit le module comme la pente de la courbe entre 0,05 % et 0,25 % de déformation à l’aide d’une corde ou d’un calcul de pente de régression linéaire. Comme le calcul du module commence à 0,05 % de déformation, il est extrêmement important que des précontraintes appropriées soient appliquées au matériau pour éliminer tout relâchement ou toute force de compression induite par la préhension de l’échantillon. Il ne doit pas dépasser 0,05 % de la déformation ou 1 % de la résistance du matériau à la tension.


Résistance à la tension

Dans la mise à jour de la norme en 2012, une modification a été apportée à la définition de la résistance à la tension. Dans les versions précédentes, la résistance à la tension était définie comme la contrainte maximale à tout moment pendant l’essai. Dans la dernière version de la norme ISO 527-2, la résistance à la tension est prise au premier maximum local constaté. Ce changement est particulièrement critique pour les clients qui testent des matériaux qui ont des points d’étirement tels que le polypropylène, le polyéthylène et les nylons. 

Graphique de résistance à la tension

Débit global

Pour les laboratoires dont les besoins en essais sont élevés, plusieurs modifications du réglage de la machine à tension peuvent être effectuées pour accélérer le processus d'essai et augmenter le débit, jusqu’au et y compris systèmes d'essai entièrement automatisés. Les systèmes entièrement automatisés sont conçus pour intégrer la mesure, le chargement, l’essai et le retrait des échantillons et sont capables de fonctionner pendant des heures sans que l’opérateur ait à intervenir. Ces systèmes aident à réduire la variabilité en raison d’une erreur humaine et peuvent être laissés en course après un quart de travail pour continuer à obtenir des résultats lorsque les opérateurs rentrent chez eux.

 

Ressources connexes

Série 6800 Brochure sur les systèmes d’essai de première qualité

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