ASTM D638 : Essai de traction pour les plastiques

Introduction

Les propriétés mécaniques d'un matériau sont indispensables dans le domaine de la plasturgie et de la science des polymères. Parmi toutes les propriétés des matériaux, la plus importante est la résistance à la traction, c'est-à-dire la quantité de contrainte qu'un matériau peut supporter sans défaillance lorsqu'il est soumis à une tension. L'ASTM D638, une norme internationalement reconnue de l'American Society for Testing and Materials (ASTM), fournit une méthode pour tester les propriétés de résistance à la traction des plastiques dans des conditions de laboratoire.

Qu'est-ce que l'ASTM D638 ?

L'ASTM D638, ou "Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics", décrit la méthode, le type d'échantillon et les conditions d'essai pour tester la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et le module d'élasticité des polymères thermoplastiques et thermodurcissables. Elle s'applique aux plastiques semi-rigides et rigides et permet de comparer les produits de différents fabricants ou de différentes méthodes de transformation.

Le matériau est normalisé pour garantir la répétabilité des essais de traction, en minimisant la vitesse d'essai, le type de prise et la variation de la forme de l'échantillon. L'ASTM D638 est largement utilisée et constitue la base de la conception technique, du choix des matériaux et de l'assistance réglementaire.

Types d'échantillons et préparation

La spécification ASTM D638 classe cinq types d'éprouvettes (Type I à Type V) en fonction de leur taille. Les types I et IV sont les plus utilisés :

Type I : 165 mm de longueur totale, 13 mm de largeur de section mince, 3,2 mm d'épaisseur. Utilisé le plus souvent pour les essais de traction généraux sur les plastiques courants.

Type IV : longueur totale de 115 mm, largeur de section mince de 6 mm, épaisseur de 3 mm. Lorsque la disponibilité des matériaux est limitée ou comme étude de base de comparaison.

Les échantillons peuvent être produits par moulage par injection, moulage par compression, extrusion ou par découpe de plaques. Il faut également veiller à ce que les échantillons soient exempts de défauts, c'est-à-dire de vides, de rayures ou d'irrégularités sur leur surface, car ils peuvent également affecter les résultats de la traction de manière significative.

Procédure d'essai

L'essai de traction consiste à placer l'échantillon dans une machine d'essai universelle (UTM) et à le soumettre à une charge de traction uniaxiale contrôlée jusqu'à la rupture. Certains des facteurs importants impliqués dans le processus sont les suivants

1. Le choix de la poignée : Les échantillons sont maintenus par des pinces pneumatiques ou mécaniques. La poignée ne doit pas provoquer de glissement et ne doit pas être une source de concentration de contraintes.

2. Vitesse d'essai : la vitesse de la traverse varie en fonction du type de matériau et de l'épaisseur de l'échantillon. Pour les éprouvettes nominales de type I d'une épaisseur de 3,2 mm, la vitesse est souvent de 50 mm/min. La vitesse peut influencer l'allongement mesuré et la résistance à la traction dans le cas des plastiques viscoélastiques.

3. Environnement de conditionnement : Les échantillons sont conditionnés à 50 % d'humidité relative et à 23 °C pendant au moins 40 heures, conformément à la norme ASTM D618, de manière à ce qu'ils soient aussi stables que possible en ce qui concerne la teneur en humidité et la température.

Principales propriétés mesurées

Les essais ASTM D638 portent sur certaines des propriétés les plus importantes des matériaux :

Résistance à la traction à la limite d'élasticité : Contrainte maximale que le matériau peut tolérer avant de subir une déformation permanente. Le PEHD, par exemple, cède généralement entre 20 et 30 MPa, tandis que le polycarbonate (PC) peut céder entre 60 et 70 MPa.

Résistance à la rupture : Contrainte à laquelle l'échantillon finit par se rompre. Les plastiques fragiles comme le polystyrène se cassent à la limite d'élasticité ou à proximité, tandis que les plastiques ductiles comme le polyéthylène s'étirent considérablement avant de se rompre.

Allongement à la rupture : Allongement de la longueur à la rupture en pourcentage. Le PEHD peut avoir un allongement de 400 à 600 %, alors que celui du polystyrène est inférieur à 5 %.

Module d'élasticité (module de Young) : Mesure de la rigidité à partir de la pente de la première partie linéaire de la courbe contrainte-déformation. Par exemple, le polypropylène a un module d'environ 1,5-2 GPa et le PVC jusqu'à 3-3,5 GPa.

Ces valeurs sont utilisées par les ingénieurs pour déterminer si un matériau peut ou non supporter des charges d'exploitation sans se rompre ou se déformer de manière permanente.

Applications des tests ASTM D638

1. Sélection des matériaux d'ingénierie

Les concepteurs choisissent les plastiques pour les composants structurels à partir des données de l'ASTM D638. Par exemple, lors du choix d'un matériau pour les composants d'un véhicule tels que les panneaux intérieurs, la résistance à la traction et l'allongement déterminent si un plastique est résistant aux chocs et flexible sans se fissurer.

2. Contrôle de la qualité de la fabrication

Les fabricants dematières plastiques peuvent à l'occasion tester des lots pour s'assurer que les propriétés mécaniques sont constantes. La variation de la température d'extrusion, de la pression d'injection ou de la vitesse de refroidissement se répercute sur les propriétés de résistance à la traction. La norme ASTM D638 est une méthode acceptée pour s'assurer que les matériaux répondent aux spécifications avant l'expédition.

3. Recherche et développement

En R&D, les essais de traction permettent de déterminer l'effet des additifs, des charges ou des renforts dans les matières premières. Par exemple, l'ajout de fibres de verre au polypropylène permet de doubler la résistance à la traction, qui passe de 30 MPa à plus de 80 MPa, et de réduire de moitié l'allongement à la rupture. La norme ASTM D638 garantit une comparaison efficace entre les formulations.

4. Conformité aux réglementations

Les dispositifs médicaux, les emballages alimentaires et les composants électroniques nécessitent souvent des essais mécaniques selon la norme ASTM D638 pour répondre aux normes ISO, FDA ou ASTM. Les tubes en polyéthylène approuvés par la FDA sont l'un des cas où l'uniformité des propriétés de traction doit être assurée afin de garantir une utilisation sûre dans les dispositifs médicaux.

Conclusion

L'ASTM D638 est une norme qui régit les essais de traction sur les propriétés des matières plastiques. Fournissant des procédures crédibles pour les essais, la préparation des échantillons et l'analyse, elle permet aux ingénieurs et aux fabricants de prendre des décisions éclairées sur le choix des matériaux, la conception des produits et l'assurance qualité. Des panneaux automobiles aux appareils médicaux, la norme garantit que les plastiques se comportent de manière cohérente et sûre lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).