ASTM D412 Essais de traction des élastomères

ASTM D412 est la norme la plus courante pour déterminer les propriétés de traction du caoutchouc vulcanisé (thermodurci) et des élastomères thermoplastiques. Les composés de cette famille sont utilisés pour créer une vaste gamme de biens de consommation tels que des pneus, des ballons de football et des élastiques. Cette famille produit également des matériaux hautement spécialisés, tels que les joints toriques des navettes spatiales, qui doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions environnementales extrêmes.
Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d'un essai de traction ASTM D412 et vous fournira un aperçu de l'équipement d'essai de matériaux, des logiciels et des échantillons nécessaires.

ASTM D412 mesure l'élasticité d'un matériau soumis à une contrainte de traction, ainsi que son comportement après essai lorsque le matériau n'est plus soumis à des contraintes. ASTM D412 est effectué sur une machine d'essai universelle (également appelée machine d'essai de traction) à une vitesse de 500 ± 50 mm/min jusqu'à la rupture de l'éprouvette. Bien que la norme ASTM D412 mesure de nombreuses propriétés de traction différentes, les suivantes sont les plus courantes :
Résistance à la traction – la contrainte de traction maximale appliquée lors de l'étirement d'une éprouvette jusqu'à la rupture.
Contrainte de traction à un allongement donné – la contrainte nécessaire pour étirer la section transversale uniforme d'une éprouvette jusqu'à un allongement donné.
Allongement ultime – l'allongement auquel la rupture se produit lors de l'application d'une contrainte de traction continue.
Résistance à la traction – extension restante après qu'une éprouvette a été étirée et autorisée à se rétracter d'une manière spécifiée, exprimée en pourcentage de la longueur d'origine.

SPÉCIMENS
ASTM D412 décrit deux méthodes de test, en fonction du type d'échantillon. Veuillez noter que ces deux méthodes de test ne produisent pas des résultats identiques. La méthode de test A utilise des échantillons en forme d'haltère ou d'os de chien, tandis que la méthode de test B est conçue pour des échantillons en forme d'anneau. La méthode de test A est plus couramment utilisée que la méthode de test B. Les échantillons d'os de chien doivent être découpés à l'emporte-pièce à partir d'une feuille ou d'une plaque moulée par injection. La direction dans laquelle la feuille est extrudée est importante car elle produit un motif de grain subtil dans le matériau. Pour des raisons de cohérence, tous les échantillons doivent être coupés avec la partie longitudinale parallèle au fil.

MESURE DE L'ÉCHANTILLON
Il existe six types autorisés d'échantillons d'os de chien pour les tests ASTM D412 et deux types autorisés d'échantillons d'anneaux coupés. La forme la plus couramment testée est un spécimen d'os de chien C découpé à l'emporte-pièce, qui nécessite une longueur totale de 115 mm (la longueur de jauge étant de 25 mm), une largeur de 6 mm et une épaisseur de 3 mm. L'épaisseur de l'éprouvette doit être mesurée trois fois, la valeur médiane étant la valeur acceptée.
Pour garantir la conformité à la norme, tous les échantillons utilisés pour les tests ASTM D412 doivent être mesurés avec un micromètre conformément à la norme ASTM D3767. L'appareil de mesure automatique des échantillons permet aux opérateurs de connecter jusqu'à deux micromètres ou appareils de mesure à l'ordinateur et de saisir les données directement dans le logiciel. Cela élimine les risques d’erreurs de saisie de l’opérateur et augmente l’efficacité.

ALIGNEMENT DES ÉCHANTILLONS
Afin de tester correctement, les échantillons doivent être maintenus perpendiculairement aux faces des mâchoires et non inclinés selon un angle. Le désalignement des échantillons peut entraîner des variations majeures dans les résultats des tests, et des précautions appropriées doivent être prises pour garantir que les échantillons sont tous alignés de manière cohérente pour chaque test.
Une façon de remédier au désalignement consiste à utiliser une face de mâchoire proche de la même largeur que l’échantillon, ce qui rend relativement facile l’ajustement visuel de l’alignement. Le moyen le plus simple d’éviter un mauvais alignement consiste à utiliser un dispositif d’alignement des échantillons qui se monte directement sur les corps de préhension. Il s'agit d'une simple barre qui fournit un point d'arrêt réglable afin que les opérateurs puissent facilement voir que leur échantillon a été correctement aligné.

POIGNÉES
Une fois que les pinces sont serrées sur les échantillons d'élastomère en vue de l'exécution d'un test, des forces de compression indésirables sont fréquemment appliquées. Ces forces, bien que minimes, peuvent interférer avec les résultats des tests si elles ne sont pas traitées correctement. Il est important qu’ils ne soient pas équilibrés après l’insertion de l’échantillon, car cela entraînerait un décalage dans les résultats. Le logiciel d'essai de matériaux Bluehill Universal peut être programmé pour normaliser les forces sur plusieurs échantillons et éliminer tout jeu ou force de compression, garantissant ainsi des résultats cohérents entre les échantillons. Specimen Protect, disponible sur les machines d'essai universelles de la série 6800, est conçu pour éviter d'endommager l'échantillon ou le système pendant la phase de configuration d'un test, avant que les limites opérationnelles d'un test ne soient définies. Lorsqu'il est activé, Specimen Protect ajuste automatiquement la traverse pour maintenir les forces indésirables sous une certaine limite.

À mesure que les échantillons d'élastomère s'étirent, leur épaisseur diminue. Pour cette raison, la norme ASTM D412 recommande des poignées qui se serrent automatiquement. Une pression constante et uniforme sur les faces des mâchoires garantit que les échantillons dilués ne glissent pas des mors pendant les tests. Les mors pneumatiques à action latérale avec faces dentelées sont très efficaces pour tester les élastomères. Avec les mors pneumatiques, la pression de l'air d'entrée s'ajuste automatiquement, permettant à la force de préhension de rester constante même si l'épaisseur de l'échantillon change de manière significative au cours d'un test. Une autre option efficace consiste à utiliser des pinces à rouleaux auto-serrantes, qui utilisent un ressort pour exercer une pression constante sur l'échantillon pendant le test. Pour ceux qui utilisent la méthode de test B ASTM D12, les échantillons de joint torique peuvent être testés avec notre dispositif de joint torique. Ces mors empêchent les concentrations de contraintes locales en utilisant des arbres rotatifs sur les fixations supérieures et inférieures.

EXTENSOMÈTRE
Bien que les extensomètres ne soient pas requis par la norme, une mesure de déformation est recommandée pour obtenir les résultats les plus précis et reproductibles. La mesure de la déformation basée sur le déplacement de la traverse peut être moins précise en raison de l'allongement de l'éprouvette en dehors de la longueur de référence. Les extensomètres à longue course sont conçus pour fonctionner avec des matériaux élastomères et peuvent également être utilisés lors de la rupture d'échantillons. La force de serrage réglable sur les bords du couteau réduit la défaillance prématurée de l'échantillon. Cet extensomètre peut mesurer une déformation jusqu'à 3 000 % à partir d'une longueur de jauge de seulement un pouce.
Un extensomètre sans contact comme l'extensomètre vidéo standard ou avancé 2 est le plus idéal pour les matériaux élastomères. Il est particulièrement adapté aux échantillons fragiles ou nécessitant une chambre environnementale pour les tests. Les extensomètres vidéo sans contact offrent l'avantage supplémentaire de réduire la variance des résultats due à l'interférence de l'opérateur et d'augmenter l'efficacité dans les laboratoires ayant des besoins de débit élevés.

CHAMBRE ENVIRONNEMENTALE
Les élastomères testés selon ASTM D412 sont souvent destinés à une utilisation future dans des conditions non ambiantes. Étant donné que les conditions ambiantes ont un impact important sur les propriétés de traction des élastomères, il faut veiller à ce que les conditions de test imitent celles de l'application finale prévue. La vitesse du test, la température, l'humidité, les dimensions de l'échantillon et les conditions préalables au test ont tous des effets notables sur les résultats du test et doivent être contrôlés pour que le test produise des données utiles. Pour garantir que ces éléments simulent l'application finale du matériau, la norme ASTM D412 est fréquemment réalisée à l'intérieur d'une chambre environnementale où le chauffage ou le refroidissement (LN2 ou CO2) peuvent être utilisés.

Les enceintes environnementales permettent aux opérateurs de surveiller la température à l'intérieur de l'enceinte pendant toute la durée du test. De plus, la durée et la température de trempage peuvent être configurées pour garantir que tous les échantillons sont conditionnés de manière appropriée avant le début du test.