ASTM D3039 Propriétés de traction des matériaux composites à matrice polymère

ASTM D3039 est une norme largement utilisée pour déterminer les propriétés de traction des matériaux composites. Plus spécifiquement, cette norme s'applique aux composites constitués d'une matrice polymère renforcée par des fibres continues ou discontinues à haut module.
En raison de leur rapport résistance/poids élevé, ces types de composites sont couramment utilisés pour les applications aérospatiales, automobiles et liées aux énergies renouvelables.

Ce guide présente les éléments clés des tests ASTM D3039, y compris l'équipement, les logiciels et les échantillons nécessaires.
Que mesure la norme ASTM D3039 ?
Les tests ASTM D3039 consistent à appliquer une force de traction à un échantillon (coupon) et à mesurer diverses propriétés. Les tests sont effectués sur une machine d’essai universelle (également appelée machine d’essai de traction) et la norme intègre à la fois les unités pouce-livre et SI.

Les mesures clés comprennent :
Résistance ultime à la traction – Contrainte maximale appliquée (généralement à la rupture)
Déformation de traction ultime – Déformation à la rupture
Module de traction – Rigidité du matériau
Coefficient de Poisson – Rapport de la variation de la déformation transversale à la déformation longitudinale
Déformation de transition – Dans les cas où le matériau présente un comportement d'élasticité indiqué par un changement de pente dans la réponse contrainte-déformation, la déformation de transition est la valeur de déformation à laquelle le changement de pente se produit.
Mode de défaillance – Les échantillons brisés doivent être examinés et leur type de défaillance, leur zone et leur emplacement doivent être enregistrés

La norme ASTM D3039 est-elle la bonne ?
ASTM D3039 est l'un des tests les plus fondamentaux pour caractériser les propriétés de traction des matériaux composites. Cependant, d’autres normes existent pour évaluer les nombreuses propriétés mécaniques différentes des matériaux composites anisotropes et hétérogènes, notamment :

ASTM D3410 et ASTM D6641 pour les tests de compression
ASTM D3518 pour les essais de cisaillement dans le plan
Le module d'application composites du logiciel Bluehill Universal d'Instron comprend une méthode de test préconfigurée pour ASTM D3039 et de nombreuses autres normes. Consultez la liste complète des modèles de méthodes disponibles.

Types d'échantillons
Les échantillons ASTM D3039 sont de forme rectangulaire avec une section transversale constante.
La norme comprend les géométries d'éprouvettes recommandées pour les types de matériaux unidirectionnels 0⁰, unidirectionnels 90⁰, équilibrés et symétriques et discontinus aléatoires.
La norme ASTM D3039 peut être utilisée pour les renforts en fibres continues et discontinues, mais la disposition de l'éprouvette stratifiée doit être équilibrée et symétrique par rapport à la direction d'essai pour garantir que l'éprouvette ne se tord pas ou ne se déforme pas lorsqu'elle est sous charge.

Onglets des spécimens
Il est courant dans les tests de composites d'utiliser des languettes pour protéger le matériau de l'éprouvette contre les dommages causés par les mors. ASTM D3039 ne nécessite pas de languettes, mais recommande leur utilisation lors des tests de matériaux unidirectionnels.
Les languettes peuvent être soit collées à l'échantillon, soit maintenues en place par friction (par exemple toile émeri).

Mesure des échantillons
Avant l’essai, la section transversale de l’échantillon doit être mesurée. Cela se fait en mesurant la largeur et l'épaisseur à trois endroits dans la section de jauge et en faisant la moyenne des mesures.

Appareils de mesure des échantillons
Lorsqu'une ou les deux surfaces sont irrégulières, un micromètre avec une interface à bille est nécessaire pour mesurer l'épaisseur.
Si les deux surfaces sont planes, un micromètre avec une bille ou une interface plate peut être utilisé.
Utilisez un pied à coulisse ou un micromètre avec une enclume plate pour mesurer la largeur de l'échantillon.
Bonne pratique : Pour éliminer les risques d'erreurs de saisie et améliorer l'efficacité, utilisez un appareil de mesure automatique des échantillons capable de transmettre les mesures directement au logiciel de test.
La fonction de dispositif de mesure automatique des échantillons de Bluehill Universal permet aux opérateurs de connecter jusqu'à deux appareils (micromètres ou pieds à coulisse) simultanément.

Poignées et alignement des échantillons
Les pinces de traction utilisées pour maintenir les échantillons composites doivent fournir une pression suffisamment forte et uniforme pour empêcher l'échantillon de glisser pendant l'essai.

Poignées recommandées
Poignées à coin manuelles de précision
Pinces à coin hydrauliques
Les deux types de mors fournissent une force de serrage fiable et utilisent une conception de corps mobile qui minimise les forces de compression lors du chargement d'un échantillon.