Méthodes pour la caractérisation de la croissance lente des fissures
Les tubes en polyéthylène, tels que le PE80, le PE100 ou le PE100RC amélioré, présentent divers degrés de sensibilité à la lente croissance des fissures. Le terme "Environmental Stress Cracking", ESC ou "Slow Crack Growth", SCG, est utilisé pour décrire ce comportement. Une semblable défaillance se produit bien en dessous de la contrainte d'élasticité du matériau et revêt par conséquent une importance essentielle pour l'évaluation à long terme des propriétés mécaniques.
Des fibrilles qui se rompront sous charge au bout de plusieurs années de service apparaissent alors au niveau des fissures. Différents essais ont été mis au point pour caractériser ce mécanisme. Ce sont entre autres:
- Essais de résistance à une pression interne constante, ISO 1167, ISO 9080
- Slow crack growth on notched pipes, ISO 13479
- Full Notch Creep Test (FNCT), ISO 16770
- Polyethylene Notch Tensile (PENT) Test, ASTM F 1473, ISO 16241
- Bent strip ESCR test, ASTM D 1693
- Cone test method, ISO 13480
Pour une accélération définie, l'essai est effectué avec une entaille initiale nette, à température élevée et dans un liquide accélérateur, généralement de l’Igepal® CO-630.
D’autres méthodes d’essai qui permettent une bonne estimation de la propriété des SCG - y compris lorsque la durée d’essai est très courte - ont également été développées grâce à de récentes recherches. Ces méthodes d'essai signifient une réduction considérable de l'effort d'essai pour l'utilisateur et des résultats de mesure rapidement disponibles.
Les normes correspondantes ont été publiées en 2015:
- ISO 18488 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of Strain Hardening Modulus in relation to slow crack growth
- ISO 18489 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of resistance to slow crack growth under cyclic loading -- Cracked Round Bar test method
Détermination du Strain Hardening Moduls d’après ISO 18488
La forme d’éprouvette utilisée our cette méthode d'essai est une petite haltère relativement large, qui est mesurée sous une charge de traction. La mesure du Strain Hardening Moduls s’effectue sur les PE à une température de 80°C et un rapport de déformation λ compris entre 8 et 12. Cela correspond à un intervalle de déformation de 400 % entre les points de déformation 700% et 1100 %. Dans cette plage, le polymère est déjà entièrement étiré, de sorte que le comportement de déformation des fibrilles peut être mesuré. Dans le diagramme de la contrainte réelle sur la déformation de Neo-Hook (λ² - 1/λ), le PE suit une courbe presque linéaire. Ce processus est décrit par une équation en ligne droite sous la forme σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C. Gp est ici le facteur de pente de la droite.
Produits adaptés à ISO 18488
Pour la mesure du Strain hardening Moduls conformément à l’ ISO 18488, une machine d'essai électromécanique, par exemple avec l'équipement suivant, est nécessaire:
- Machine d’essai Z005 AllroundLine ou plus grande
- Enceinte thermique, qui permet un mouvement de traction des pinces de 360 mm au moins.
- Système de mesure de la déformation manuel ou optique, par exemple videoXtens ZwickRoell
- Mâchoires à serrage parallèle, par exemple mâchoires pneumatiques à serrage parallèle programme standard testXpert selon ISO 18488 avec affichage de la « contrainte réelle » sur la déformation de Neo-Hook, de même que la « contrainte réelle » sur le rapport de déformation, λ et le calcul de GP et contrôle des coefficients de régression r
Détermination de la résistance à la croissance lente des fissures sous chargement cyclique, d’après ISO 18489
Cette méthode utilise une éprouvette cylindrique dans laquelle une entaille initiale circonférentielle a été gravée. Cette éprouvette est chargée avec une charge cyclique d'amplitude de force constante. L'amplitude de la force est choisie de manière à permettre une croissance lente des fissures.
Le résultat de la mesure est le nombre de cycles jusqu'à défaillance de l'éprouvette, qui est enregistré en fonction de la contrainte appliquée Δσ0 à la longueur de référence initiale.
La méthode d'essai d’aprèsISO 18489 permet de réduire la durée d’essai au minimum. Ceci est principalement lié à la hauteur de charge cyclique qui s’adapte à la géométrie de l’éprouvette. La réalisation des essais à température ambiante, qui permet de préserver la structure polymère de l'éprouvette, confère un avantage supplémentaire à cette méthode.
Produits adaptés ISO 18489
Pour l’essai selon ISO 18489, ZwickRoell a développé la machine d’essai LTM avec technologie d’entraînement linéaire brevetée et mâchoires pneumatiques régulées par la force.
- Les cycles de charge précis sont appliqués uniformément. D’autres modes de régulation, par exemple régulation de la valeur de pic, régulation de la course du piston ou régulation directe sont proposées en plus de la régulation de force
- Régulation de l’allongement par un extensomètre relié.
- Les mâchoires à régulation de force excluent de manière fiable toute surcharge de l'éprouvette pendant le processus de serrage.
- L'entraînement sans usure et la faible consommation d'énergie garantissent des coûts d'exploitation réduits.
- Le logiciel d'essai testXpert III contrôle l’ensemble du déroulement d’essai et fournit des résultats clairs et aisément exportables.
La LTM de ZwickRoell est donc idéalement adaptée pour tester efficacement la résistance à la propagation lente de fissures conformément à l’ ISO 18489.
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