ASTM D882 - Essais de traction d'un film plastique mince

Les films et feuilles plastiques minces sont un choix populaire pour l'emballage et peuvent protéger de nombreux articles du quotidien, des restes alimentaires aux biens de consommation. Il est essentiel que les fabricants de plastiques et les entreprises d’emballage obtiennent un profil mécanique précis des films plastiques qu’ils produisent afin de garantir qu’ils répondent aux attentes requises.

Les films et feuilles plastiques minces sont un choix populaire pour l'emballage et peuvent protéger de nombreux articles du quotidien, des restes alimentaires aux biens de consommation. Il est essentiel que les fabricants de plastiques et les entreprises d’emballage obtiennent un profil mécanique précis des films plastiques qu’ils produisent afin de garantir qu’ils répondent aux attentes requises. ASTM D882 est une norme de test courante utilisée pour déterminer les propriétés de traction des films plastiques minces et couramment utilisée à des fins de contrôle qualité en ligne. Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d'un essai de traction ASTM D882 et vous fournira un aperçu de l'équipement, des logiciels et des échantillons nécessaires. Cependant, toute personne envisageant d'effectuer des tests ASTM D882 ne devrait pas considérer ce guide comme un substitut adéquat à la lecture et au respect de la norme complète.

Test de film séparateur pour batteries de véhicules électriques
Bien que l'ASTM D882 ne soit pas une norme officielle pour tester les films séparateurs de batteries EV, cette norme est en cours de modification pour évaluer les propriétés mécaniques de ces matériaux. Les films séparateurs constituent un élément essentiel des batteries lithium-ion et autres batteries à électrolyte liquide qui séparent l'anode et la cathode. Le matériau le plus couramment utilisé pour le film séparateur est la polyoléfine, un film polymère suffisamment solide pour résister à l'opération d'enroulement lors de l'assemblage ainsi qu'au placage inégal du lithium sur l'anode en raison d'une utilisation intensive. Un matériau séparateur plus sûr et plus résistant empêche plus efficacement le contact entre l'anode et la cathode, tandis qu'un matériau plus fin contribue à réduire le poids de chaque batterie et à améliorer la densité énergétique.

Tester ces matériaux conformément à la norme ASTM D882 peut être très bénéfique pour les contrôles de qualité ainsi qu'en R&D lorsqu'on tente de déterminer la solution optimale de film séparateur. De plus, comme c'est le cas pour de nombreux autres matériaux à couche mince, le film séparateur est anisotrope et il est donc recommandé de le tester dans plusieurs directions de découpe/test différentes.

L'ASTM D882 est spécialement conçu pour tester les plastiques de moins de 1 mm d'épaisseur et peut être utilisé pour tester tout type d'échantillon de plastique dans cette plage d'épaisseur définie. Les plastiques d'une épaisseur supérieure à 1 mm doivent être testés selon la norme ASTM D638. Les tests ASTM D882 sont effectués sur une machine d’essai universelle (également appelée machine d’essai de traction) à une vitesse de traverse constante. Voici les propriétés de traction les plus couramment mesurées :
-résistance à la traction
-force d'élasticité
-souche de rendement
- tension à la pause
-module d'élasticité

Lors des tests ASTM D882, les éprouvettes sont tirées sous tension jusqu'à rupture. La vitesse de la traverse dépend de la longueur de l'éprouvette et peut être calculée en multipliant la séparation initiale des pinces (longueur de l'éprouvette) par la vitesse de déformation initiale en mm/mm x min. La vitesse de déformation initiale dépend de l'allongement maximal de l'éprouvette à la rupture. Les films et feuilles plastiques ayant tendance à être très élastiques, des vitesses de traverse plus élevées sont généralement nécessaires. Un facteur critique dans les tests selon ASTM D882 est l'utilisation d'une précharge appropriée. Les échantillons de films minces sont généralement détendus et non tendus lorsqu'ils sont chargés dans les mors pour les tests. Une précharge, qui peut être facilement configurée dans le logiciel de test, permet d'éliminer tout jeu dans l'échantillon avant d'enregistrer les données pendant le test, garantissant ainsi que les résultats sont précis et reproductibles.

Cet essai est destiné aux éprouvettes uniformes à 10 % près de l'épaisseur sur toute la longueur de l'éprouvette entre les mors. Les éprouvettes plus épaisses approchant la limite d'épaisseur de 1 mm doivent être uniformes à 5 % près. Les échantillons doivent avoir une largeur comprise entre 5,0 et 25,4 mm et une longueur d'au moins 50 mm par rapport à la séparation de préhension utilisée lors des tests. La longueur standard de l'échantillon pour les tests est de 250 mm. Toutefois, si cela n'est pas possible, une longueur minimale de l'échantillon de 100 mm (longueur de référence de 50 mm) est acceptable à condition qu'il soit établi que cela n'affecte pas les résultats. Si l'échantillon est constitué d'un matériau isotrope, la norme exige qu'au moins cinq échantillons soient testés pour chaque échantillon. Toutefois, si l'on soupçonne que l'échantillon est anisotrope, alors au moins dix échantillons doivent être testés, cinq le long de leur axe long et cinq le long de l'axe anisotrope supposé. De plus, les échantillons utilisés pour déterminer le module ne peuvent pas être utilisés pour déterminer la résistance à la traction ou toute autre propriété de traction, ce qui signifie que toute personne effectuant des tests selon la norme ASTM D882 serait avisée de produire un grand nombre d'échantillons afin de mesurer de manière appropriée toutes les propriétés pertinentes.

POIGNÉES
En raison de la nature flexible et délicate de ces échantillons en plastique, la préhension peut s'avérer difficile. Les mors pneumatiques à action latérale fournissent une pression d'air d'entrée réglable pour garantir que les échantillons peuvent être suffisamment serrés tout au long du test. Les mors pneumatiques sont préférables aux mors à vis ou aux mors serrés à la main lors des tests de films minces, car ces derniers ajoutent de la variabilité à la pression de serrage et peuvent permettre une plus grande incohérence dans les résultats des tests et un risque plus élevé de cassure ou de glissement des mâchoires. Dans certains cas, pour des échantillons de films très fins, des pinces à rouleaux auto-serrantes peuvent également être utilisées.

ALIGNEMENT DES ÉCHANTILLONS
Les tests de traction des films et feuilles minces présentent plus de défis que les tests d'éprouvettes rigides, et la plupart des films et feuilles minces utilisés dans la fabrication de batteries pour véhicules électriques sont extrêmement fins, avec une épaisseur ne dépassant pas 15 microns. Ces matériaux sont facilement endommagés par une mauvaise manipulation ; même le simple fait de saisir un film ou une feuille mince peut endommager l’échantillon. L'alignement correct d'échantillons aussi délicats est un problème majeur pour de nombreux laboratoires d'essais, et l'utilisation d'un dispositif de chargement d'échantillons de précision est recommandée. Ces dispositifs utilisent un clip d'alignement amovible et un rail linéaire pour guider les échantillons dans les mors, et sont disponibles en plusieurs tailles pour s'adapter à une large gamme de dimensions d'échantillons.

VISAGES DE MÂCHOIRES
Les échantillons ASTM D882 étant fragiles, la sélection de la face de la mâchoire est également essentielle à la réussite des tests. Les faces de mâchoires dentelées ne sont pas recommandées car elles peuvent endommager l'échantillon lors de la préhension, entraînant des cassures de mâchoire ou des résultats inexacts. Les faces en caoutchouc n'endommagent pas les échantillons à film mince et il a été démontré qu'elles empêchent le glissement des échantillons à mesure qu'elles s'amincissent au cours du processus de test, ce qui fait des faces en caoutchouc associées à des mors pneumatiques la combinaison préférée. Cette combinaison produit également les résultats les plus reproductibles.

Les faces des mâchoires en caoutchouc doivent correspondre à la largeur de l'extrémité saisie ou à languette de l'échantillon. La taille de face la plus courante pour ce type de matériau est de 25 mm x 25 mm (1 po x 1 po). La largeur correspondante permet de faciliter l’alignement des échantillons, ce qui est essentiel pour de bonnes ruptures et des résultats de tests précis. Dans le cas où la largeur de l'éprouvette se situe dans la partie inférieure de la tolérance de la norme, il est nécessaire d'avoir des faces de mâchoires au moins aussi larges que l'éprouvette, mais une largeur plus large est également acceptable dans ce cas.

La préhension par contact linéaire est également une possibilité pour les échantillons de film trop fins pour les faces en caoutchouc. Les faces de contact de ligne comprennent une face de mâchoire lisse et une face opposée arrondie, aidant à répartir la force de serrage le long d'une seule ligne perpendiculaire au mouvement de la traverse. L'aspect le plus critique de la préhension est d'éviter le glissement lors des tests, ainsi que de maintenir une répartition uniforme des contraintes sur chaque éprouvette pendant les tests.