Essais de flexion des plastiques selon ASTM D790
Comment réaliser un essai de flexion sur des plastiques non renforcés et renforcés selon ASTM D790
ASTM D790 est une méthode d'essai normalisée utilisée pour déterminer les propriétés en flexion des plastiques renforcés et non renforcés, des composites à haut module et des matériaux d'isolation électrique.
Ce guide fournit un aperçu des éléments clés d'un essai de flexion selon ASTM D790, notamment l'équipement d'essai, le logiciel et les exigences relatives aux éprouvettes. Toutefois, il ne remplace pas la norme ASTM D790 officielle. Toute personne prévoyant de réaliser cet essai doit consulter la norme complète pour obtenir les instructions complètes et les exigences de conformité.
ASTM D790 est-elle la norme appropriée pour vous ?
ASTM D790 est l'une des plusieurs normes utilisées pour mesurer les propriétés en flexion des plastiques.
Elle n'est pas destinée aux essais de traction. Si vous devez déterminer les propriétés en traction des matériaux plastiques, consultez ASTM D638.
De plus, ASTM D790 ne s'applique pas aux matériaux qui dépassent 5 % de déformation sans rupture ni fluage. Pour ces matériaux, un essai de flexion en 4 points conforme à ASTM D6272, ou un essai de traction selon ASTM D638 peut être plus approprié.
Découvrez d'autres applications dans notre base de connaissances sur les essais de plastiques.
Principales différences entre ASTM D790 et ISO 178
Bien qu'ASTM D790 et ISO 178 mesurent toutes deux les propriétés en flexion, il existe plusieurs distinctions importantes :
Calcul du module
ISO 178 exige l'utilisation d'un déflectomètre ou d'une correction de complaisance pour déterminer le module. Dans ASTM D790, il ne s'agit que d'une recommandation — le module peut être calculé uniquement par le déplacement de la traverse.
Dimensions des éprouvettes et vitesse d'essai
Les dimensions préférées des éprouvettes diffèrent entre les normes, ce qui a un impact sur la vitesse d'essai.
- ASTM D790 : Épaisseur préférée de l'éprouvette = 3,2 mm
- ISO 178 : Épaisseur préférée de l'éprouvette = 4 mm
Étant donné que la vitesse d'essai dépend de l'épaisseur de l'éprouvette, les vitesses peuvent varier entre les deux normes.
Options de vitesse d'essai
ASTM D790 n'autorise qu'une seule vitesse d'essai, tandis qu'ISO 178 permet une deuxième vitesse d'essai plus rapide après la mesure du module.
Que mesure ASTM D790 ?
ASTM D790 mesure les propriétés en flexion d'un matériau soumis à une déformation ou une flèche de flexion. Cet essai est réalisé sur un système d'essai universel à l'aide d'un montage de flexion en trois points à une vitesse proportionnelle à l'épaisseur de l'éprouvette.
Les essais selon ASTM D790 sont utilisés pour déterminer les propriétés mécaniques suivantes :
- Module tangent : Également appelé module de flexion, il s'agit de la pente de la partie linéaire initiale de la courbe de déflexion sous charge et constitue une mesure de la rigidité du matériau.
- Module sécant : La pente entre l'origine et un point prédéfini sur la courbe de déflexion sous charge.
- Module de corde : La pente entre deux points prédéfinis sur la courbe de déflexion sous charge.
- Résistance à la flexion : La contrainte de flexion maximale obtenue lors d'un essai de flexion.
- Contrainte de flexion à la rupture : La contrainte de flexion à laquelle une éprouvette se rompt lors d'un essai de flexion. Pour certains matériaux, l'éprouvette se rompt avant un point de fluage, auquel cas la résistance à la flexion est égale à la contrainte de flexion à la rupture.
Vitesses d'essai
La vitesse d'essai requise pour ASTM D790 est exprimée en fonction de la portée d'appui de l'éprouvette, de l'épaisseur de l'éprouvette et du taux de déformation — en utilisant l'équation suivante pour déterminer la vitesse de la traverse.
- R = vitesse de déplacement de la traverse (mm/min)
- L = portée d'appui (mm)
- d = épaisseur de l'éprouvette (mm)
- Z = taux de déformation de la fibre externe (mm/mm/min)
Taux de déformation de la fibre externe (Z) :
- Procédure A : 0,01 mm/mm/min
- Procédure B : 0,1 mm/mm/min
La procédure A est préférée, mais si aucune rupture ne se produit dans le matériau avant 0,05 mm/mm, la procédure B est alors utilisée.
Conseil d'essai : La fonctionnalité Expression Builder de Bluehill® Universal permet aux utilisateurs de saisir la vitesse d'essai sous forme de fonction plutôt que sous forme de nombre statique. Après que l'opérateur d'essai a saisi les mesures de l'éprouvette, le logiciel modifie automatiquement la vitesse d'essai selon l'équation.
Dimensions et préparation des éprouvettes
Les éprouvettes ASTM D790 sont rectangulaires et peuvent être moulées, extrudées ou découpées dans des plaques ou des feuilles. Les dimensions dépendent de l'épaisseur du matériau, que la norme définit comme l'épaisseur de l'éprouvette.
- Matériaux en feuille < 1,6 mm d'épaisseur : Dimensions : 50,8 mm x 12,7 mm ; portée d'appui = 25,4 mm
- Matériaux en feuille de 1,6 mm à 3,2 mm d'épaisseur : Largeur = 12,7 mm ; portée d'appui = épaisseur x 16
- Matériaux en feuille > 3,2 mm d'épaisseur : Largeur et portée proportionnelles à l'épaisseur
- Matériaux d'isolation électrique : Les dimensions varient en fonction de l'épaisseur nominale
- Matériaux moulés : Généralement 3,2 mm d'épaisseur, 12,7 mm de largeur et 127 mm de longueur ; portée d'appui = épaisseur x 16
Pour les composites renforcés à haute résistance, suivez les directives de dimensions de la norme pour garantir que la rupture se produise dans les fibres externes de l'éprouvette.
Important : Lors de l'essai de composites et d'autres matériaux anisotropes, les éprouvettes doivent être découpées de manière à tester la direction de fibre la plus résistante. Il convient de veiller à ce que la rupture ne se produise qu'en raison des forces accumulées lors de la flexion.
Exigences de mesure des éprouvettes
Les éprouvettes doivent être mesurées à l'aide d'un micromètre conforme à ASTM D5947. Pour plus de précision, effectuez trois mesures de la largeur et de l'épaisseur, puis indiquez la valeur moyenne.
Conseil d'essai : La fonctionnalité Automatic Specimen Measuring Device (ASMD) de Bluehill Universal simplifie ce processus. Elle prend en charge jusqu'à deux micromètres ou autres dispositifs de mesure connectés directement à votre ordinateur. Cela vous permet de saisir automatiquement la mesure moyenne, réduisant ainsi les erreurs de saisie manuelle des données et améliorant l'efficacité globale.
Système d'essais
Les essais selon ASTM D790 peuvent être réalisés sur une machine d'essai universelle de table ou au sol équipée de divers accessoires pour optimiser votre processus d'essai. Étant donné que chaque laboratoire a des exigences uniques, plusieurs configurations de système sont disponibles.
L'exemple de configuration de base ci-dessous présente un système d'essai universel série 3400 avec un montage de flexion en trois points et sans extensomètre. Dans cette configuration, la déformation est mesurée par le déplacement de la traverse, ce qui correspond à un essai de type 1.
Remarque : Les systèmes de la série 3400 peuvent être associés à un extensomètre pour les essais de type 2, si nécessaire.
Chaque fois que la déformation est mesurée par le déplacement de la traverse, une correction de complaisance est recommandée pour améliorer la précision — bien qu'elle ne soit pas obligatoire.
Configuration de base du système d'essai pour ASTM D790
Options avancées de système d'essai
Le système d'essai universel série 6800 est une option plus avancée et plus efficace pour les utilisateurs souhaitant une répétabilité accrue 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 reposent sur un extensomètre et un déflectomètre afin de fournir un relevé de déformation plus précis.
Configuration avancée du système d'essai pour ASTM D790
Mesure de la déformation dans les essais selon ASTM D790
ASTM D790 permet de mesurer la déformation de deux manières :
- Essai de type 1 : La déformation est calculée à partir du déplacement de la traverse.
- Essai de type 2 : La déformation est mesurée à l'aide d'un extensomètre.
Pour les essais de type 2, vous aurez besoin de l'un des types d'extensomètres suivants :
- Extensomètre vidéo sans contact - Mesure la déformation sans contact physique avec l'éprouvette ni entrée dans l'espace d'essai. Voir l'extensomètre vidéo avancé AVE3 d'Instron.
- Extensomètre à pince - Longueurs de jauge et capacités de déplacement fixes qui varient selon le dispositif ; nécessite une fixation manuelle à l'éprouvette. Voir les extensomètres axiaux à pince d'Instron.
Important : Chaque extensomètre répertorié ci-dessus doit être utilisé avec un déflectomètre (n° de catalogue 2810-403) pour une mesure précise de la déformation.
Dispositif de flexion
Un montage de flexion en trois points est utilisé pour ASTM D790. Ce montage se compose d'un nez de charge fixé à la traverse mobile et d'un élément fixe avec deux appuis d'éprouvette, ou enclumes, qui peuvent être ajustés pour s'adapter à la distance de la portée d'appui des éprouvettes.
La surface des enclumes et du nez de charge 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'éprouvette.
Le montage de flexion en trois points de 5 kN d'Instron comprend plusieurs caractéristiques clés pour améliorer la précision de l'essai :
- Unités de longueur graduées sur la poutre d'appui pour un positionnement précis des enclumes et un centrage facile du déflectomètre lors de l'utilisation de dispositifs de mesure de déformation.
- Bras d'alignement pouvant être ajustés pour s'adapter à la largeur de l'éprouvette.
Un alignement incohérent des éprouvettes peut entraîner des variations majeures dans les résultats et il convient de veiller à ce que les éprouvettes soient alignées de manière cohérente pour chaque essai.
Amélioration du débit
Pour les laboratoires cherchant à augmenter leur débit, plusieurs modifications de la configuration du système peuvent être apportées. Étant donné que les essais selon ASTM D790 peuvent prendre du temps, les machines d'essai série 6800 multi-postes sont un choix populaire pour les laboratoires ayant des besoins de débit élevés. Des systèmes d'essai entièrement automatisés sont également disponibles et sont conçus pour intégrer la mesure des éprouvettes, le chargement des éprouvettes, les essais, la mesure de la déformation et le retrait des éprouvettes. Ces systèmes peuvent fonctionner pendant des heures sans nécessiter d'interaction de l'opérateur et contribuent à réduire la variabilité due à l'erreur humaine.
Modifications récentes d'ASTM D790
La dernière version de la norme ASTM D790 a été publiée en 2017. Elle diffère de la version précédente, 2015E2, de plusieurs manières :
- L'exigence de vérification pour les essais de type 1 (déplacement de la traverse) a été modifiée d'un système de classe D à un système de classe B conformément à ASTM E2309.
- La norme pour l’appareil 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 compliance et comment l’appliquer.
Questions fréquemment posées
L'ASTM D790 exige l'utilisation d'un dispositif de flexion à 3 points avec un rayon de poinçon de chargement de 5 mm +/- 0,1 mm. Il est essentiel que le dispositif inférieur ait une portée réglable pour s'adapter à différentes tailles d'éprouvettes.
À propos de l'évaluateur
Sammi Sawdey
Sammi Sawdey est ingénieure applications senior chez Instron, spécialisée dans les essais sur plastiques et la caractérisation des matériaux. Forte d’une expertise approfondie des méthodologies d’essais statiques, elle conseille des clients dans un large éventail d’industries sur la manière d’optimiser leurs systèmes d’essai en termes de précision, d’efficacité et de conformité. Le rôle de Sammi exige un engagement continu avec les dernières normes ASTM et ISO, les tendances émergentes du secteur et les meilleures pratiques, ce qui lui permet d’orienter les clients vers des résultats d’essai fiables et de haute qualité.
Ressources
- Brochure sur les solutions d’essais des plastiques
- Fiche technique du dispositif de flexion série 2810-400
- Fiche technique de l'extensomètre vidéo avancé AVE3
- Brochure sur les systèmes d’essais de premier plan série 6800
- Brochure sur les systèmes d’essais universels série 3400
- Brochure Bluehill Universal
- Catalogue Instron : accessoires pour les essais sur matériaux
