Caractérisation des Polymères chapitres 4 à 7 Cours de Matériaux Plastiques Caractérisation des Polymères chapitres 4 à 7 D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.1 Principe des essais. Le choc résulte de l'application d'une sollicitation mécanique à grande vitesse (plusieurs mètres par seconde) et à énergie élevée, engendrant la rupture d'une éprouvette en une fraction de seconde. Il permet de juger, dans des conditions expérimentales données, de la fragilité d'un ensemble matériau-éprouvette. Le résultat dépend du processus de relaxation moléculaire associé au temps de rupture et à la température, ainsi que de la géométrie (entailles) et de l'hétérogénéité (défauts) qui engendrent des concentrations de contraintes. L'entaille que l'on introduit comme amorce de rupture pour fragiliser les éprouvettes lisses qui fléchissent sans se rompre ou pour apprécier la sensibilité à des défauts générateurs de concentrations de contraintes, introduit de multiples paramètres par sa géométrie (entailles en U ou en V), par son rayon de courbure, sa largeur, et ses conditions de réalisation. La corrélation échantillon-pièce finie est difficile et l’essai final sur pièce réelle reste plus sur. Nous décrirons brièvement deux types d'essais suivant l’appareillage et le mode de sollicitation: - les méthodes pendulaires pour sollicitations uniaxiales - les méthodes par chutes de masses pour sollicitations multiaxiales D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.2 ) Méthodes pendulaires. Principe : La résistance au choc caractérise l’énergie absorbée au cours de la rupture d'un barreau lisse ou entaillé, sous l'action d'un percuteur doué d'une énergie cinétique suffisante. On utilise une masse à mouvement pendulaire; l'angle de remonté du pendule après le choc permet de calculer l'énergie de rupture. Un tel mouton-pendule est constitué d'un bâti rigide et massif, d’un support d'éprouvette, d'une masse oscillante comportant un percuteur et d’un dispositif de repérage de l'énergie absorbée. Chaque appareil est généralement équipé de plusieurs pendules interchangeables correspondant à divers niveaux d'énergie. Une gamme de 0,5 à 50 J s'applique à l'ensemble des plastiques. D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.2 ) Méthodes pendulaires. Afin de limiter l'influence de la vitesse du percuteur à l'impact, il est recommandé de travailler à hauteur constante. La vitesse au point d'impact est de 3 à 4 m/s La géométrie du percuteur dépend du mode de sollicitation. On distingue ainsi trois méthodes : - Charpy - lzod - choc-traction - chute de masse D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.2 ) Méthodes pendulaires. 4.2.1) Méthode Charpy.   On opère par flexion d'une éprouvette reposant sur deux appuis simples, avec charge centrale Deux types d'éprouvettes et d'entailles sont prévus dans la norme française : -l'éprouvette de base (type 1) qui a pour dimensions moyennes 80 x 10 x 4 mm avec une entaille en V. -l'éprouvette dite gros barreau (type 2) de 120 x 15 x 10 mm avec une entaille en U. Les résultats sont exprimés sous forme de résilience, énergie apportée à la section. La notion de résilience est largement dépendante de la géométrie, en particulier du rapport d’effilement D/h où D est la distance entre appuis et h l'épaisseur. D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4.2.2) Méthode par flexion d'éprouvettes encastrées à une extrémité . 4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.2 ) Méthodes pendulaires. 4.2.2) Méthode par flexion d'éprouvettes encastrées à une extrémité . La méthode la plus courante est connue sous la référence lzod. La géométrie des éprouvettes et de l'entaille (en V) est analogue à celle des éprouvettes Charpy, avec cependant une longueur plus courte et deux rayons de fond d'entaille possibles (0,25 et 1 mm). Cet essai est très utilisé aux Etats-Unis ; la norme française en réduit l’application aux styréniques. La résilience, ou résistance au choc Izod, est exprimée on énergie par unité de largeur (J/m). D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4.2.3) Méthode par choc-traction. 4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.2 ) Méthodes pendulaires. 4.2.3) Méthode par choc-traction. Elle a été utilisée bien après la méthode Charpy, pour l'analyse de certains défauts de transformation ou du vieillissement de polymères rigides. Le classement obtenu avec cette méthode ne concorde pas nécessairement avec celui établi en choc-flexion. On utilise un mouton-pendule avec un percuteur en Méthodes par chutes de masses fer à cheval qui vient frapper symétriquement le mors mobile de traction d'une éprouvette à double épaulement. Pour tenir compte de l’entraînement du mors mobile, une correction d'énergie cinétique est à faire. D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.3 ) Méthodes par chutes de masses. Le principe consiste à laisser tomber une masse d'une hauteur donnée perpendiculairement à un film, une plaque ou un objet et à observer, pour l'énergie cinétique appliquée, le type de défaillance obtenu : craquelure, rupture, pénétration, éclatement. D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.3 ) Méthodes par chutes de masses. Cet essai est dit multiaxial car il permet de solliciter le matériau dans toutes les directions du plan, révélant ainsi les directions de plus grande faiblesse (lignes de soudures, orientation des fibres) L'énergie peut être modulée soit à hauteur de chute variable et masse constante, soit à masse variable et hauteur de chute constante, Ces dernières conditions étant préférables puisqu'ainsi on maintient constante la vitesse. D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010

4) LES ESSAIS THERMOMECANIQUES (COMPORTEMENT AU CHOC) 4.4 ) Paramètres influant sur la résistance au choc 4.4.1) Influence de la température On peut définir, pour certains polymères des températures de transition ductile-fragile. 4.4.2) Influence de la géométrie La géométrie de l’échantillon (épaisseur) mais plus encore la forme et la dimension de l’entaille influencent les résultats de l’essai de choc, rendant les corrélations entre essais délicates. Le mode d’usinage de l’entaille, notamment, et son rayon à fond, peuvent justifier de grandes variations. 4.4.3) Influence de la masse molaire La résistance au choc est grandement conditionnée par la masse molaire et l’indice de polymolécularité (distribution statistique des masses molaires, appelé parfois polydispersité). Une augmentation de la masse molaire favorise une meilleure résistance au choc D.GRIDAINE IUT de TROYES L.P. MCA 2009/2010