DOSSIER: Essais mécaniques sur matériaux plastiques - IBE-BVI

FEVRIER 2016
DOSSIER: Essais mécaniques sur matériaux plastiques
effectués sur un banc de traction
Pour déterminer les propriétés mécaniques de films plastiques, l’IBE dispose d’une large gamme
d'équipements.
Ces analyses sont importantes dans le développement de nouveaux matériaux, pour le contrôle de
la qualité et pour la rédaction de fiches techniques.
Le banc de traction sur lequel une large gamme de tests peut être effectuée, est un des instruments
d’analyse important pour ce genre d’essais.
En premier lieu, on peut ainsi déterminer l'allongement à la rupture et la force de rupture de toutes
sortes de matières plastiques. Ceci peut se faire aussi bien sur des films minces que sur d’autres
matériaux d'emballage en plastique. Ces paramètres sont mesurés selon des normes ISO et ASTM et
nous donnent des informations sur la force et les propriétés d’allongement du produit.
La résistance du matériau est déterminée par la force nécessaire pour étirer et casser la matière.
L'échantillon serré dans l'appareil est étiré jusqu’à rupture à une vitesse prédéterminée en fonction
du matériau et de la norme utilisée. Ces mesures nous donnent des diagrammes « stress- strain"
(courbes de traction), d'où nous obtenons beaucoup plus d’informations que seulement la résistance
à la rupture et l'allongement à la rupture. Sous la terminologie « stress » on comprend la force
exercée sur l'échantillon divisée par la surface de la coupe transversale de l’échantillon (surface
cross-sectionné). Sous le terme « strain » en entend toutes les formes possibles de déformation,
entre autre aussi l’allongement. Ainsi nous pouvons également mesurer l'élasticité du matériau.
Nous pouvons relever ce paramètre, qui est une mesure de rigidité du matériau, du module
d’élasticité, calculé partant de la première partie de la courbe de traction. Le module est déterminé
en divisant le stress (la tension) par l’allongement. L’IBE utilise à cet effet un extensomètre. Celui-ci
permet de mesurer l'allongement de façon exact à basse vitesse et avec une certain force exercée.
L'allongement élastique est la quantité d’extension pour laquelle le polymère n'a pas encore subit
une déformation permanente. Si aucune force n’est exercée sur l'échantillon, il revient à sa longueur
initiale.
Le point où l'élasticité s'arrête et où une déformation permanente se produit, est indiqué en tant que
« Yield Point ». La force (Yield Stress) et l'allongement qui sont liés à ce stade sont des paramètres
importants pour définir les propriétés du matériau.
Au-delà de la limite d'élasticité, nous arrivons dans la phase plastique, qui nous apprend plus sur la
résistance du polymère contre la déformation. Ceci est appelé la plasticité du matériau et est une
mesure de référence pour la dureté du matériau.
Lorsque le début la courbe est raide (= haut module de traction) l’échantillon résiste bien à la
déformation tandis qu'une pente douce dans la courbe indique une valeur basse pour le module de
traction et d’un matériel peu résistant à la déformation. L'inclinaison (pente) du graphique (courbe
stress-strain) peut nous donner à première vue une bonne idée du type de matériau.
A: Matériau friable
B: Matériau solide, pas très extensible
C: Un matériau extensible, qui se déforme
facilement dans la phase plastique
D: Matière plastique, se déforme facilement et
rapidement
Si nous envisageons la surface sous la courbe stress-strain, nous pouvons en conclure le
fermeté/dureté (toughness) du matériau.
dureté
Ce paramètre est une mesure de l'énergie nécessaire pour causer une rupture du polymère et diffère
donc de la force nécessaire pour casser le matériau! Un matériau dur n'est pas nécessairement fort
et vice-versa.
A: Fort, pas dur
B: Fort et dur
C: Ni fort, ni dur
Un autre test qui peut être effectué sur des films avec le banc de traction est la résistance à la
déchirure selon la « méthode pantalon » (ISO 6383 et ASTM D1938).
En outre, les propriétés de soudure/scellage d'un film (selon ASTM F88) peuvent également être
déterminées avec le banc de traction. D'une part cela peut être effectué sur des matériaux soudés
existants, d’autre part nous pouvons également faire les soudures nous-mêmes dans notre
laboratoire. Dans ce cas nous pouvons déterminer le profil de soudage. Lors de ces mesures, la
soudure est soumise à une force d’ouverture sur une certaine distance. La force moyenne nécessaire
à ce effet est appelée la résistance de soudure. Non seulement la résistance de soudure est
envisagée, mais aussi la rupture de la soudure. La soudure peut s’ouvrir, délaminer, être arracher ou
même une casse du matériau lui-même peut se produire. Tout cela doit être observé dans son
ensemble pour connaître les paramètres optimaux pour effectuer une bonne soudure.
A part des essais de traction, le banc de traction peut également être utilisé pour effectuer des essais
de compression. Pensons ici p.ex. aux pots en matière plastique (avec ou sans couvercle) dont on
veut connaître la résistance à une surcharge. L’emballage est placé entre 2 plaques de compression
parallèle et est comprimé avec une vitesse spécifique (en fonction de la norme à suivre) jusqu’à ce
que nous connaissions la force maximale. Pour certaines applications le taux d’affaissement peut
être important. Ceci peut être déterminé des mesures effectuées.
Une autre mesure possible en utilisant le banc de traction/compression est la détermination de la
résistance à la perforation d’un film selon les normes ASTM F1306 et MIL-STD-3010. Le film est fixée
dans un support et percée avec une pointe conique. La force nécessaire pour percer le film est notée.
Un autre type de résistance à la perforation est celui qui est utilisé pour tester les conteneurs
‘ aiguilles’ utilisées dans le secteur médical. Ici le récipient en plastique est percé avec une aiguille.
Dans certaines normes la force minimale à cet insu est déterminée et est importante pour la
certification de ces produits.
En résumé, il existe donc beaucoup de normes différentes (ISO, ASTM, NF,...) pour les essais sur les
matières plastiques utilisant un banc de traction. Mais parfois le client a d’ autres besoins et c'est
pourquoi nous nous mettons régulièrement autour de la table afin de pouvoir proposer des essais
sur mesure. Pensez par exemple à des essais de durabilité, pour lesquels une programmation
cyclique d’ouverture et/ou fermeture de certains emballages est nécessaire Des supports spécifiques
peuvent être élaboré à cet insu par le laboratoire. La programmation du banc de traction aux besoins
du client nous permet d’effectuer de nombreux essais comparatifs sur des matériaux, même s’ ils
n’ont pas tous un lien avec l'emballage.
Demandez-nous et on verra si on peut vous aider!
Info et demandes d’essais: visitez notre site internet
Contact: An Van Geite