ASTM D3574 Essai des plastiques alvéolaires souples
L’ASTM D3574 est une norme importante pour l’évaluation des polyuréthanes alvéolaires souples ; elle comprend des essais sur les propriétés physiques et mécaniques telles que la densité, la résistance à la traction et le comportement à la compression et à la fatigue. L’ASTM D3574 est principalement utilisée dans le cadre de la fabrication de sièges, de matelas et de composants automobiles. Elle aide les fabricants à garantir la qualité, le confort et la durabilité de leurs produits en fournissant des méthodes d’essai standardisées pour tester les matériaux.
Vous trouverez ci-dessous un aperçu des essais les plus fréquemment réalisés de l’ASTM D3574, qui nécessitent l’utilisation d’une machine d’essai universelle ZwickRoell et de dispositifs d’essai spécifiques. Pour une information complète, vous devrez acheter la norme auprès de Beuth Verlag ou de l’ASTM.
Aperçu de l’ensemble des essais Test A Densité Test B Dureté (technique par indentation) Test C Déformation en compression Test E Résistance à la traction Test F Résistance à la déchirure Test H Résilience de rebondissement Test I1-5 Tests de fatigue Tests J - L Vieillissement
Essai automatisé des plastiques alvéolaires souples Machines d’essai Demander conseil
Aperçu de l’ensemble des essais de l’ASTM D3574
L’ASTM D3574 comprend 19 essais distincts servant à caractériser les matériaux alvéolaires selon les propriétés suivantes. Les essais marqués d’un * nécessitent l’utilisation d’une machine d’essai et d’un dispositif d’essai ZwickRoell.
- Test A : masse volumique apparente (voir aussi ISO 845)
- Test B1 : Indentation Force Deflection (IDF - Prescription de la déflexion) et B2 Indentation Residual Gauge Length (IRGL - Prescription de la force) : dureté (technique par indentation)* (voir ISO 2439)
- Test C : déformation en compression / caractéristiques ressort* (voir ISO 3386)
- Test D : déformation à la compression à déflexion constante
- Test E : résistance à la traction* (voir ISO 1798)
- Test F : résistance à la déchirure* (voir ISO 8067)
- Test G : Air Flow Test (débit d’air)
- Test H : résilience de rebondissement* (voir aussi ISO 8307, DIN 13014)
- Tests I1 à I4 : test avant/après des matériaux alvéolaires pour différents types d’application de la force. Tandis que I1 est un essai statique, les essais I2 à I4 sont réalisés durant l’essai de fatigue* (voir ISO 3385 :Essai de fatigue par indentation)
- Tests J à L : essai de vieillissement* sous différentes conditions environnementales
- Test M : temps de rétablissement (temps de récupération)
- Test N : perte par hystérésis
ASTM D3574 Test A et ISO 845
L’ISO 845 et l’ASTM D3574 Test A décrivent toutes deux la détermination de la masse volumique apparente d’une éprouvette de plastique alvéolaire souple par le calcul de la masse et du volume de l’éprouvette. Elle est exprimée en kg/m3.
L’intégration d’une balance de précision de ZwickRoell dans le logiciel d’essai testXpert vous permettra de déterminer directement la masse volumique apparente.
ASTM D3574 Test B
Pour la détermination de la dureté (technique par indentation) selon ASTM D3574, on fait la distinction entre les deux méthodes B1 et B2 :
Objectif, domaine d’application et résultats des méthodes B1 et B2 :
- ASTM D Test B1 Indentation Force Deflection (IFD) ou test IFD : il mesure la force nécessaire pour créer des indentations spécifiques dans le plastique alvéolaire pour une déflexion prescrite de 25 % et 65 %. La dureté ainsi obtenue est exprimée sous forme de force en newtons (également appelée valeurs IFD) à 25 % et 65 %.
- ASTM D Test B2 Indentation Residual Gauge Length (test IRGL) : est appelé longueur résiduelle d’indentation. L’intérêt principal est de déterminer l’épaisseur que doit présenter un coussin en plastique alvéolaire afin de garantir un confort d’assise pour une personne de corpulence moyenne. L’ASTM D3574 B2 mesure donc la longueur de mesure résiduelle (épaisseur) de l’éprouvette de plastique alvéolaire, qui est conservée après une charge à une force définie de 4,5 N, 110 N et 220 N. Les résultats sont exprimés en valeurs IRGL en mm.
Éprouvettes testées selon B1 et B2 :
- Alors que le test B1 définit une méthode de laboratoire pour mesurer la dureté (technique par indentation) sur des éprouvettes normalisées (plastique alvéolaire en bloc), l’ASTM D3574 B2 préconise de tester le produit fini (plastique alvéolaire moulé) dans la mesure du possible, tant que cela peut se faire sur une surface plane.
- L’éprouvette normalisée selon l’ASTM D3574 B1 est prélevée dans le produit fini à un endroit approprié et présente des dimensions d’au moins 380 mm x 380 mm x 100 mm.
Vidéo : dureté (technique par indentation) selon l’ASTM D3574 Test B
Réalisation de l’essai, moyen d’essai et résultats d’essai :
Pour l’essai, un dispositif défini dans la norme ASTM D3571 Test B doté d’un poinçon de pénétration circulaire plat de 203 mm de diamètre est spécifié. Le dispositif de compression ZwickRoell pour plastiques alvéolaires souples peut être utilisé pour des essais conformes à la norme selon les méthodes B1 et B2. Le produit fini (B1) ou l’éprouvette normalisée (B2) est pressé(e) sur une plaque de 400 x 400 mm, qui est perforée de trous d’aération pour permettre une évacuation rapide de l’air pendant l’essai.
Au cours de l’essai, le comportement de déformation du plastique alvéolaire souple est mesuré dans des conditions exactement définies et représenté dans un diagramme force-course d’indentation. L’essai se compose de cycles de précharge, qui servent à conditionner l’éprouvette, suivis d’un cycle de mesure au cours duquel les valeurs caractéristiques sont déterminées.
La dureté (technique par indentation) est également décrite dans la norme ISO 2439, ainsi que dans la norme DIN 53579-1 et dans plusieurs méthodes d’essai spécifiques à l’industrie automobile. ZwickRoell propose également des dispositifs d’essai adaptés à cet usage.
ASTM D3574 Test C
L’ASTM D3574 Test C décrit l’essai de compression sur plastique alvéolaire souple permettant de déterminer la déformation en compression. Cet essai mesure la force requise pour obtenir une compression de 50 % sur toute la surface de l’éprouvette de plastique alvéolaire définie.
Éprouvette selon ASTM D3574 Test C :
- L’éprouvette standard recommandée selon ASTM D3574 Test C possède des dimensions minimales de 50 x 50 x 25 mm. Il est préférable d’utiliser des éprouvettes de plus grandes dimensions. La surface doit être d’au moins 2 500 mm2 et une épaisseur minimale de 20 mm est requise.
Vidéo : déformation en compression selon ASTM D3574 Test C
Réalisation de l’essai, moyen d’essai et résultats d’essai :
- Pour l’essai selon l’ASTM D3571 Test C, la contrainte de compression doit être appliquée sur toute la surface de l’éprouvette. Les plateaux de compression doivent donc être plus grands que l’éprouvette à tester. Les matériaux alvéolaires à cellules fermées nécessitent des trous d’aération de 6,5 mm dans les plateaux de compression.
- L’essai se compose de 2 cycles de précharge de 75 % à 80 % de l’épaisseur initiale, suivis d’un cycle de mesure au cours duquel l’éprouvette est enfoncée sur 50 % de son épaisseur. La hauteur initiale, importante pour le résultat d’essai, est déterminée juste avant le cycle de mesure (dans le cas de l’ISO 3386, avant le premier cycle de précharge).
- Le résultat est l’épaisseur de l’éprouvette en mm après le cycle de mesure et la force de compression CFD en kilopascals. Il est également appelé capacité de charge, caractéristique contrainte de compression-allongement, test CFD ou CLD.
La déformation en compression est également décrite dans la norme ISO 3386 ainsi que dans plusieurs méthodes d’essai spécifiques de l’industrie automobile, mais le contenu technique diffère. Les résultats ne peuvent pas être comparés directement entre les deux méthodes.
ASTM D3574 Test C - Exigences particulières pour la technique d’essai
La mesure des caractéristiques de contrainte-déformation en compression selon l’ASTM D3574 Test C impose diverses exigences particulières pour la technique d’essai :
- Correction de la déformation machine : Le bâti de charge et le capteur de force présentent une déformation propre sous charge. Cela signifie que la distance du plateau de compression est en réalité plus grande que celle indiquée. Cette déformation propre est enregistrée par le logiciel d’essai testXpert de ZwickRoell et utilisée pour la correction. La correction doit être effectuée en ligne pendant l’essai en cours afin de garantir que le plateau de compression soit à la bonne distance pendant les temps d’arrêt.
- Fonctionnalités logicielles spécifiques, telles que l’acquisition et le calcul de l’épaisseur éprouvette, le calcul anticipé des déflexions en pourcentage, la gestion de deux points d’origine et de deux épaisseurs d’éprouvette (si nécessaire), le calcul des résultats conformément aux normes, la création de rapports.
ASTM D3574 Test E Résistance à la traction
Le Test F de l’ASTM D3574 est utilisé pour déterminer l’effet d’une force de traction sur le matériau alvéolaire. Cet essai permet non seulement d’obtenir un diagramme contrainte-déformation, mais aussi de déterminer la résistance à la traction maximale et l’allongement à la rupture. La méthode convient bien à la comparaison de matériaux et à l’assurance qualité.
L’ISO 1798 traite elle aussi de l’essai de traction sur plastique alvéolaire souple, mais son contenu technique est différent. Les résultats ne peuvent donc pas être comparés directement entre les deux méthodes.
Éprouvette selon ASTM D3574 Test F :
Les éprouvettes utilisées sont habituellement prélevées dans la pièce finie ou dans une plaque. Elles doivent être découpées en forme d’haltère (éprouvette en haltère) à l’aide d’une matrice précisément définie dans la norme. La matrice doit être tranchante et exempte d’entailles afin d’éviter que l’éprouvette ne présente des bords effrangés. L’éprouvette préférée est l’éprouvette en haltère de type A selon ASTM D412 d’une longueur de 140 mm et d’une épaisseur allant de 3 à 14 mm. Pour ce faire, ZwickRoell propose des presses à découper avec des emporte-pièces conformes aux normes.
Réalisation de l’essai et exigences relatives à la machine d’essai :
- La machine d’essai de traction doit être équipée d’un capteur de force permettant de mesurer la force maximale appliquée. (Image zwickiLine)
- Pour permettre la contrainte des éprouvettes en haltère, des mâchoires à vis à effet latéral avec inserts de mors plats ou des mâchoires pneumatiques exerçant une pression uniforme sur la zone de l’épaulement (croissant avec l’augmentation de la contrainte) seront particulièrement adaptées pour éviter le glissement de l’éprouvette. (Images sur les mâchoires)
- L’allongement peut être mesuré à l’aide d’extensomètres à contact ou d’extensomètres sans contact, mais aussi par le biais de la course traverse. Les extensomètres Clip-on, à clipser sur l’éprouvette, ne sont généralement pas adaptés aux plastiques alvéolaires souples. Pour la mesure de l’allongement à la rupture, ZwickRoell propose des extensomètres grande course mécaniques et optiques qui mesurent l’allongement de l’éprouvette au niveau d’une longueur de mesure définie.
ASTM D3574 Test F Résistance à la déchirure
Le Test F selon l’ASTM D3574 décrit la détermination de la résistance à la déchirure d’un plastique alvéolaire déjà altéré.
Les éprouvettes selon l’ASTM D3574 Test F sont des éprouvettes bloc du type A, de dimensions 152,4 mm (6") x 25,4 mm (1") x 25,4 mm (1"), dans lesquelles une coupe de 40 mm (1,5") de long a été réalisée le long de l’éprouvette (éprouvette pantalon).
La norme ISO 8067 traite du même sujet, mais les deux normes diffèrent notamment par le type d’éprouvette, de sorte que les résultats ne peuvent être directement comparés. Tandis que l’ASTM D3574 Test F circonscrit l’essai aux éprouvettes pantalon ou aux blocs de type A, l’ISO permet l’utilisation d’éprouvettes angulaires normalisées. Lors d’essais inter-laboratoires, la méthode A (éprouvette pantalon) présentait une dispersion allant jusqu’à 36 % et la méthode B selon l’ISO 8067 (éprouvette angulaire) une dispersion jusqu’à 12 %.
L’essai de résistance à la déchirure peut être réalisé avec une machine d’essai électromécanique zwickiLine. Un capteur de force satisfaisant encore à la classe de précision 1 dans la plage de force utilisée doit toutefois être employé, car les forces sont relativement faibles. Il n’est pas nécessaire d’effectuer une mesure de course car la résistance à la déchirure est calculée à partir de la force maximale mesurée pendant l’essai et de l’épaisseur moyenne de l’éprouvette : Résistance à la déchirure : N/m = F/T x 10³
Le logiciel d’essai testXpert se charge de contrôler le déroulement de l’essai et d’évaluer la résistance à la déchirure conformément aux normes.
ASTM D3574 Test H et ISO 8307 Résilience de rebondissement
L’essai selon l’ASTM D3574 Test H permet de mesurer la résilience de rebondissement en laissant tomber une bille d’acier sur une éprouvette de plastique alvéolaire et en mesurant la hauteur du rebond. L’ASTM D3574 Test H est identique à l’ISO 8307.
Le rebondimètre de ZwickRoell remplit les exigences de la norme et se compose d’un tube vertical en plastique transparent dans lequel une bille d’acier de 16 mm de diamètre / 16,3 g peut être lâchée d’une hauteur de chute de 500 mm. La hauteur de rebond est mesurée par un rideau lumineux. L’évaluation des résultats s’effectue automatiquement.
ASTM D3574 Tests J, K, L Tests de vieillissement
Les tests J, K et L de l’ASTM D3574 décrivent différents types de tests de vieillissement accélérés étudiant les effets de l’oxydation et/ou de l’hydrolyse sur les propriétés mécaniques du matériau alvéolaire.
- Test de vieillissement J : effet dû au vieillissement dans un autoclave à vapeur (voir aussi ISO 2440)
- Test de vieillissement K : effet dû au vieillissement thermique à sec dans un four à air pulsé (voir aussi ISO 2439)
- Test de vieillissement L : effet dû au vieillissement thermique humide dans une enceinte climatique (pas d’équivalent ISO)
Le principe de cette méthode peut être appliqué à de nombreuses propriétés. Les tests sont tout d’abord réalisés et mesurés à l’état non traité, comme décrit ci-dessus. Puis, les tests sont répétés à l’état vieilli, par exemple après un vieillissement thermique (par exemple 7 jours à 140 °C) ou après un vieillissement par hydrolyse (par exemple 5 heures à 120 °C).
La chaleur peut être utilisée de manière sélective pour le vieillissement. L’équation d’Arrhenius décrit l’accélération temporelle des réactions chimiques. D’après la règle de van’t Hoff, la vitesse des réactions chimiques double à chaque augmentation de température de +10 °C.
ASTM D3574 Test I Essai de fatigue
L’ASTM D3574 Tests I1 à I5 décrit 5 méthodes de tests de charge constante sur matériaux alvéolaires :
- Test I1 : essai statique à déflexion constante
- Test I2 : essai de fatigue dynamique par « laminage » à force constante
- Test I3 :essai de fatigue par indentation (martèlement) à force constante (équivalant à ISO 3385 )
- Test I4 : essai de fatigue dynamique pour moquettes
- Test I5 : essai de fatigue par indentation (martèlement) à déflexion constante
Objectif de l’essai de fatigue par indentation selon l’ASTM D3574 Test I3
L’objectif de l’essai de fatigue par indentation (Constant Load Pounding Test) selon ASTM D3574 I3 est d’évaluer le comportement à long terme / le vieillissement d’un plastique alvéolaire à l’aide d’une charge mécanique constante. Cela correspond par exemple au chargement d’un siège de véhicule pendant le trajet.
Réalisation de l’essai de fatigue par indentation selon ASTM D3574 Test I3 :
L’essai global comprend 3 phases :
- Phase 1 : Première mesure : détermination de la dureté (technique par indentation) selon l’ASTM D3574 Test B1 valeur IFD à 40 % de déflexion (ou ISO 2439, méthode A) et détermination de la hauteur initiale (d1) après précharge à 4,5 N +/- 0,5 N.
- Phase 2 : Essai de fatigue par indentation en appliquant une charge de compression définie de 750 N +/- 20 N à une fréquence de 1,17 Hz sur une éprouvette de plastique alvéolaire de 380 x 380 mm à l’aide d’un poinçon de pénétration circulaire et d’un plateau de compression inférieur perforé plus grand que l’éprouvette.
- L’éprouvette est soumise à une fatigue soit selon la méthode A avec 8 000 cycles (environ 2 heures), soit selon la méthode B avec 80 000 cycles (environ 19 heures) sur une machine d’essai de fatigue. La méthode C, réservée aux matériaux viscoélastiques, prescrit 12 000 cycles à un taux de cycles plus lent (env. 20 h).
- Phase 3 : Répétition de la mesure de la phase 1 en reprenant la hauteur initiale (et donc le point zéro de compression) de la première mesure.
Le résultat est la détermination de la perte de dureté (différence valeur IFD en kPa) et de la valeur perte de hauteur/épaisseur éprouvette ((d1-d2)/d1 x100 %)
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Machines d’essai pour l’essai des plastiques alvéolaires souples selon ASTM D3574
Pour les essais des plastiques alvéolaires souples selon ASTM D3574, ZwickRoell propose une gamme de produits complète :
- La machine d’essai universelle de la série zwickiLine convient pour les méthodes d’essai avec des éprouvettes normalisées ASTM D3574, Test B Dureté (technique par indentation), Test C Déformation en compression, Test E Résistance à la traction et Test F Résistance à la déchirure. Elle est disponible en 4 plages de force différentes (0,5 / 1 / 2,5 / 5 kN) avec 3 hauteurs de bâti de charge.
- La machine d’essai universelle de la série ProLine permet en outre de tester des composants et d’installer des plateaux de compression d’une largeur allant jusqu’à 400 mm. Il est également possible de réaliser des essais avec des forces plus élevées.
- Notre machine d’essai cLine est spécialisée dans les essais sur matériaux alvéolaires moulés de grande et petite taille. Avec une Fmax de 5 kN ou 10 kN, elle permet en outre de tester des sièges grâce à des volets de table rabattables (1000 x 1450 mm) ou bien des matelas (1000 x 2000 mm) grâce à une table coulissante. Elle est donc particulièrement adaptée aux contrôles réguliers de la production.
- La machine d’essai électromécanique (servo-vérin électromécanique), qui permet une vitesse de charge élevée, peut être utilisée, grâce à un rééquipement simple, aussi bien pour la détermination de la dureté (technique par indentation) et de la déformation en compression que pour les essais de fatigue. Grâce à l’équipement optionnel, elle peut également être utilisée pour des essais de vieillissement dans des zones climatiques spéciales en utilisant une enceinte climatique.
