LES ESSAIS DE LABORATOIRE

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1 Niveau : Baccalauréat Professionnel Plasturgie Date : 2010 Durée : Condition : Salle : Ressources : Pré-requis : Savoirs associés : 6 heures Classe entière Salle de cours et Laboratoire Ordinateur portable, Vidéoprojecteur et accès Internet Aucun S1-3-3 : Propriétés mécaniques Comportement mécanique 3 En traction ; 3 En résilience ; 3 En compression; 3 En Duretés shore. Etude des différents types de comportements mécaniques : 3 Rigide ; 3 Elastique ; 3 Viscoélastique ; 3 S1-3-4 : Autres Propriétés Essais physiques Masse volumique Masse volumique apparente NF.EN ISO 60. Autres essais Couleurs et propriétés d'aspect. Taux de charge. NF EN ISO 1172 Classement au feu. Essais spécifiques aux Résines TD et composites Taux de fibre NF.T Temps de gel NF EN ISO Dureté Barcol NF T A amener de façon expérimentale pour analyse des résultats. Citer les différents comportements et donner le principe des essais. Ces caractéristiques ci-dessous sont à démontrer en priorité lors d'une mise en œuvre à l'atelier. Donner le but et le principe de l'essai. Exploiter les résultats. Vérifier la notion de couleur (Lab), état de surface,... Les caractéristiques sont à mettre en évidence en priorité lors d'une mise en œuvre à l'atelier. Donner le but et le principe de l'essai. Exploiter les résultats. Connaitre les différents classements au feu. De façon expérimentale pour analyse des résultats. Donner le but et le principe de l'essai. Exploiter les résultats. Evaluation : En fin de séquence 1

2 SOMMAIRE Essai de traction... 3 Indice de fluidité... 8 Essai de résilience Taux de charges... Masse volumique apparente... DSC... 2

3 L essai de traction Principe L éprouvette est allongée le long de son axe principal à une vitesse constante jusqu à sa rupture ou jusqu à ce que la contrainte (charge) ou la déformation (allongement) ait atteint une valeur prédéterminée. La charge supportée par l éprouvette et son allongement sont mesurés pendant l essai. La machine de traction Mors Pupitre de commande Eprouvette La machine d essai de traction doit être capable de maintenir les vitesses d essai selon des tolérances précises. Les mors maintenant les éprouvettes doivent être fixées à la machine de façon que l axe de l éprouvette coïncide avec la direction de la ligne centrale de traction de l ensemble du système de serrage. Ceci peut être obtenu, par exemple, en utilisant des ergots de centrage dans les mors. L éprouvette doit être maintenue de façon que tout glissement par rapport aux mors soit évité. L indicateur de force doit posséder un mécanisme capable d indiquer la force de traction totale supportée par l éprouvette lorsqu elle est tenue par les mors. L extensomètre doit être capable de déterminer la variation relative de la longueur de référence de l éprouvette à chaque instant de l essai. 3

4 Eprouvettes type Courbes obtenues suite aux essais 4

5 Définitions des valeurs Lo Longueur de référence Distance initiale entre les repères sur la partie centrale de l éprouvette, voir figure de l éprouvette de la page précédente. Elle est exprimée en millimètres (mm). V Vitesse d essai Vitesse de séparation des mors de la machine d essai pendant l essai. Elle est exprimée en millimètres par minute (mm/min). Contrainte en traction σ (sigma) Force de traction par unité de surface de la section transversale initiale de la longueur de référence, supportée par l éprouvette à chaque instant de l essai. Elle est exprimée en mégapascals (MPa). Contrainte au seuil d écoulement; contrainte d écoulement σy Première contrainte pour laquelle un accroissement de la déformation se produit sans un accroissement de la contrainte. Elle est exprimée en mégapascals (MPa). Elle peut être inférieure à la valeur maximale de la contrainte atteinte (voir figure précédentes, courbes b et c). Déformation ε Accroissement de la longueur par unité de longueur initiale de la longueur de référence. Elle est exprimée comme un rapport sans dimension ou en pourcentage (%). Elle est utilisée pour des déformations jusqu au point d écoulement et au-delà du point d écoulement. Déformation en traction au seuil d écoulement εy Déformation en traction correspondant à la contrainte d écoulement (figure précédente, courbes b et c). Elle est exprimée comme un rapport sans dimension ou en pourcentage (%). Module d élasticité en traction; module de Young Et Rapport de la différence de contrainte à la différence des valeurs de déformation. Il est exprimé en mégapascals (MPa). 5

6 Calculs Contraintes σ= σ : Valeur de la contrainte en traction (MPa) F : Force mesurée (N) S 0 : Aire de la section de l éprouvette Déformation ε= L L ε : Valeur de déformation (taux ou %) ΔL : Accroissement de la longueur des éprouvettes (mm) L 0 : Longueur de référence de l éprouvette (mm) Module d élasticité Module d Young = σ ε E : Module d Young Module d élasticité (MPa) 6

7 Exemple Voici la courbe de traction obtenue après essai sur une éprouvette en PETP Lexique Se : appelé seuil d'écoulement sépare la zone à comportement élastique aux faibles allongements de la zone d'écoulement plastique pour des allongements plus élevés. 7

8 L indice de fluidité (Melt Flow Index MFI) Principe Le Melt Flow Index (MFI), également connu sous les noms Melt Flow Rate (MFR) et Melt Index (MI), mesure la masse écoulée à travers une filière d'une matière thermoplastique à l'état «fondu» (état fluide ou déformable), dans des conditions définies de température et de pression. Cet indice de fluidité, également appelé grade, fournit des informations sur les possibilités de transformation de la matière. L appareillage L appareil se compose principalement d un plastomètre d extrusion (rhéomètre capillaire) opérant à température fixe. La forme générale est représentée sur la figure suivante. Le thermoplastique, contenu dans un cylindre vertical, est extrudé à travers une filière au moyen d un piston chargé. 8

9 L appareillage comporte les parties principales suivantes : Un cylindre Un piston en acier Un système de contrôle de température Une filière normalisée Un bâti Une charge amovible qui dépendra de la matière utilisé Le tout respectant des critères précis (dimensions, poids, niveaux ) et normalisés. Calcul Indice de fluidité ( ; )= t t IF : Indice de fluidité (gr/10min) θ : Température de l essai ( C) m nom : charge nominale de l essai (Kg) t ref : Temps de référence, 10min, en secondes 600s m : Masse moyenne des extrudâts (gr) t : Intervalle de temps entre deux coupes d extrudât (sec) La température de l essai ainsi que la charge nominale de l essai dépendent de la matière testée. Pour connaître les valeurs à utiliser, il faut se référer à la fiche matière fournisseur correspondante. 9

10 Exemple Sur cet exemple, nous avons choisi comme matière du POM (polyoxyméthylène) de la marque Dupont de Nemours, grade 500AL NC010. La fiche fournisseur nous montre bien la T (190 C) et la charge nominale (2,16kg) à utiliser pour l essai. L indice de fluidité pour cette matière doit être de 14gr/10min. Nous avons réalisé un essai dans les conditions citées auparavant. Voici les résultats obtenus pour les différents échantillons : Echantillon 1 = 0,372 g Echantillon 2 = 0,345 g Echantillon 3 = 0,352 g Echantillon 4 = 0,334 g Moyenne des échantillons = 0,351g Echantillon 5 = 0,369 g Echantillon 6 = 0,348 g Echantillon 7 = 0,339 g 600 (190 C ;2,16kg)= 0, IF (190 C ;2,16kg) =14,04g/10min Nous pouvons donc dire que l indice de fluidité de notre matière correspond bien aux données fournisseur. 10

11 L essai de résilience (Choc Charpy ou Mouton pendule) Principe L'éprouvette, soutenue au voisinage de ses extrémités comme une poutre horizontale, est heurtée par un percuteur en un seul choc (la ligne de choc étant située entre les supports). Cet essai permet de connaitre la résistance aux chocs de la matière. L appareillage L appareillage se présente sous cette forme. On distingue le pendule, élément le plus important. D autre part, un système intégré (électronique ou cadran aiguille) qui permet d afficher les valeurs trouvées en kj/m². L éprouvette 11

12 Calcul LES ESSAIS DE LABORATOIRE 12

13 Le taux de charge Principe LES ESSAIS DE LABORATOIRE 13