LES ESSAIS DE LABORATOIRE

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Niveau : Baccalauréat Professionnel Plasturgie

Date : 2010

Durée : 6 heures

Condition : Classe entière

Salle : Salle de cours et Laboratoire

Ressources : Ordinateur portable, Vidéoprojecteur et accès Internet

Pré-requis : Aucun

Savoirs associés :

S1-3-3 : Propriétés mécaniques

Comportement mécanique

� En traction ;

� En résilience ;

� En compression;

� En Duretés shore.

Etude des différents types de comportements mécaniques :

� Rigide ;

� Elastique ;

� Viscoélastique ;

� …

A amener de façon expérimentale pour analyse des résultats.

Citer les différents comportements et donner le principe des essais.

S1-3-4 : Autres Propriétés Essais physiques

Masse volumique Masse volumique apparente NF.EN ISO 60.

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.

Autres essais Couleurs et propriétés d'aspect.

Vérifier la notion de couleur (Lab), état de surface,...

Taux de charge. NF EN ISO 1172

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.

Classement au feu. Connaitre les différents classements au feu. Essais spécifiques aux Résines TD et composites

Taux de fibre NF.T.57.102 Temps de gel NF EN ISO 2535. Dureté Barcol NF T 57-106.

De façon expérimentale pour analyse des résultats.

Donner le but et le principe de l'essai.

Exploiter les résultats.

Evaluation : En fin de séquence

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SOMMAIRE

Essai de traction ................................................................................................. 3

Indice de fluidité ................................................................................................ 8

Essai de résilience ............................................................................................ 11

Taux de charges ...................................................................................................

Masse volumique apparente ................................................................................

DSC .......................................................................................................................

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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

• 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.

Mors Pupitre de

commande

Eprouvette

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• Eprouvettes type

• Courbes obtenues suite aux essais

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Courbes obtenues suite aux essais

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• Définitions des valeurs

Longueur de référence Lo

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).

Vitesse d´essai V

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).

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• Calculs Contraintes

σσ ==��

����

σ : Valeur de la contrainte en traction (MPa)

F : Force mesurée (N)

S0 : Aire de la section de l’éprouvette

Déformation

εε ==∆∆LL

LL

ε : Valeur de déformation (taux ou %)

ΔL : Accroissement de la longueur des éprouvettes (mm)

L0 : Longueur de référence de l’éprouvette (mm) Module d’élasticité – Module d’Young

==σσ

εε

E : Module d’Young – Module d’élasticité (MPa)

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• Exemple Voici la courbe de traction obtenu

• 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.

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Voici la courbe de traction obtenue après essai sur une éprouvette en PETP

appelé seuil d'écoulement sépare la zone à comportement élastique aux faibles

allongements de la zone d'écoulement plastique pour des allongements plus élevés.

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PETP

appelé seuil d'écoulement sépare la zone à comportement élastique aux faibles

allongements de la zone d'écoulement plastique pour des allongements plus élevés.

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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.

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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

���� ((��;; �������� )) ==tt������ ×× ��

tt

IF : Indice de fluidité (gr/10min)

θ : Température de l’essai (°C)

mnom: charge nominale de l’essai (Kg)

tref : 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.

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• 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

���� ((190190°C°C ;; 22,,1616kgkg)) ==600600 ×× 00,,351351

1515

IFIF ((190190°C°C ;; 22,,1616kgkg)) == 1414,,0404gg//1010minmin

Nous pouvons donc dire que l’indice de fluidité de notre matière correspond bien aux

données fournisseur.

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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

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• Calcul

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Le taux de charge

• Principe