La norme « ASTM D5229/D5229M – Méthode d'essai standard pour la sorption d'humidité et le conditionnement à l'équilibre des matériaux composites à matrice polymère », élaborée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM), décrit une méthode d'essai permettant de déterminer les propriétés de sorption ou de désorption d'humidité à travers l'épaisseur des matériaux solides fickiens monophasés, sous forme de panneaux plats ou courbes. Cette norme inclut également des procédures de conditionnement des éprouvettes avant leur utilisation dans d'autres méthodes d'essai. Celles-ci sont amenées à un état pratiquement exempt d'humidité, à l'équilibre dans une atmosphère de laboratoire standard ou à l'équilibre dans un environnement hors laboratoire.
Cette norme inclut également des procédures permettant de déterminer la perte d'humidité lors d'essais à température élevée, ainsi que la perte d'humidité due à une exposition thermique après retrait de l'environnement de conditionnement, comme le montage d'une jauge de contrainte. Bien que principalement conçues pour les matériaux composites à matrice polymère stratifiée, ces procédures s'appliquent également à d'autres matériaux répondant aux hypothèses de cette norme.
Le calcul de la constante de diffusion d'humidité à travers l'épaisseur dans la procédure A suppose un matériau fickien monophasé présentant des propriétés de sorption d'humidité constantes sur toute l'épaisseur de l'échantillon. La validité des équations utilisées dans la procédure A pour évaluer la constante de diffusion d'humidité dans un matériau dont le comportement de sorption d'humidité était inconnu est incertaine avant l'essai, car les résultats de l'essai déterminent si le matériau suit un modèle de diffusion fickien monophasé. Un matériau composite à matrice polymère renforcée testé en dessous de la température de transition vitreuse satisfait généralement à cette exigence, mais les matrices biphasées, telles que les époxydes durcis, peuvent nécessiter un modèle de sorption d'humidité multiphasé. Bien que les procédures d'essai puissent être utilisées pour les matériaux multiphasés, les calculs utilisés pour déterminer la constante de diffusion d'humidité dans la procédure A ne sont valables que pour les matériaux monophasés.
L'évaluation de la propriété du matériau à teneur en humidité équilibrée par la procédure A ne suppose pas de comportement de diffusion Fickienne monophasique et ne s'y limite donc pas (la diffusion Fickienne fait référence à un processus de diffusion de solvant dans les réseaux polymères caractérisé par une vitesse de diffusion significativement plus lente que la vitesse de relaxation du polymère).
Les procédures utilisées dans cette méthode de test peuvent être réalisées avec un équipement automatisé approprié et les données résultantes peuvent être réduites.
La procédure A est conçue pour produire des données sur les propriétés des matériaux de diffusion de l'humidité qui peuvent être utilisées pour :
La procédure BE est conçue pour conditionner les coupons de test à une condition environnementale spécifique ou à un état d'équilibre avant d'autres tests de propriétés des matériaux (y compris, mais sans s'y limiter, les tests mécaniques).
La procédure YZ est conçue pour déterminer la perte de teneur en humidité due au retrait d'un échantillon d'essai de la chambre de conditionnement (par exemple en connectant une jauge de contrainte) ou en chauffant l'échantillon d'essai avant et pendant le chargement mécanique.
Une seule paire d'essais sur des échantillons minces et épais, réalisée selon la procédure A, permet d'obtenir la constante de diffusion de l'humidité et la teneur en humidité à l'équilibre pour un niveau d'exposition à l'humidité et une température donnés. Plusieurs essais à différentes températures sont nécessaires pour déterminer la dépendance de la constante de diffusion à la température. Plusieurs essais à différents niveaux d'exposition à l'humidité sont nécessaires pour déterminer la dépendance de la teneur en humidité à l'équilibre à l'exposition à l'humidité.
Pour de nombreux composites à matrice polymère, la diffusion de l'humidité est généralement peu corrélée à l'humidité relative et est généralement considérée comme une fonction de la seule température. Pour nombre de ces matériaux, la teneur en humidité à l'équilibre est peu corrélée à la température et est généralement considérée comme une fonction de la seule humidité relative.
Lorsque les conditions ambiantes d'utilisation sont de la vapeur, comme de l'air humide, un test d'exposition à la vapeur doit être utilisé pour conditionner l'échantillon. L'immersion dans un bain liquide ne doit être utilisée pour simuler l'exposition à la vapeur que lorsque des propriétés d'absorption visibles sont recherchées à des fins qualitatives. Les propriétés déterminées par cette dernière méthode doivent être consignées comme des propriétés visibles.
Pour de nombreux composites à matrice polymère, les propriétés d'absorption d'humidité sous humidité atmosphérique ne sont généralement pas équivalentes à celles d'une immersion dans un liquide ou d'une exposition à la vapeur sous pression. Ces derniers environnements peuvent présenter des propriétés de diffusion du matériau différentes.
La norme ASTM D5229/D5229M est une méthode d'essai normalisée conçue pour évaluer les propriétés d'absorption et de désorption d'humidité des matériaux composites à matrice polymère. Cette norme est essentielle pour des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et le génie civil, où les matériaux composites tels que les plastiques renforcés de fibres de carbone et de verre sont largement utilisés. Comprendre comment ces matériaux interagissent avec l'humidité est crucial pour garantir leur durabilité et leurs performances dans les environnements sensibles à l'humidité.
En résumé, la norme ASTM D5229/D5229M fournit des procédures pour déterminer les propriétés de sorption et de désorption d'humidité des composites à matrice polymère en épaisseur pour les matériaux solides fickiens monophasés. Elle s'applique aux panneaux plats ou courbes et inclut des méthodes de conditionnement des éprouvettes avant d'autres essais de propriétés des matériaux. Cette norme s'applique particulièrement aux matériaux utilisés dans les applications structurelles et fonctionnelles, tels que les composites à matrice époxy, polyester et phénolique, ainsi que les structures hybrides et sandwich.
Cette norme est divisée en plusieurs procédures :
La méthode de base de la norme ASTM D5229/D5229M est un essai gravimétrique qui surveille l'évolution de la masse de l'échantillon au fil du temps lorsqu'il est exposé à un environnement à humidité contrôlée, comme l'air humide ou l'immersion dans un liquide. Pour la procédure A, le processus comprend généralement :
Pour les procédures de conditionnement (B, C et D), les échantillons sont exposés à des conditions environnementales spécifiques jusqu'à ce qu'ils atteignent un équilibre d'humidité efficace, défini comme un état dans lequel le changement de la teneur en humidité moyenne sur une période spécifiée est minimal.
L'absorption d'humidité peut affecter significativement les performances des composites à matrice polymère, provoquant gonflement, plastification ou microfissuration. La norme ASTM D5229/D5229M fournit des données essentielles pour :
Les résultats de la norme, tels que les coefficients de diffusion et les points de saturation, permettent de modéliser le comportement de l'humidité en conditions de service et d'évaluer l'effet de l'humidité absorbée sur la stabilité dimensionnelle et les propriétés mécaniques. Ceci est particulièrement important pour les applications aéronautiques (par exemple, composants d'aéronefs), automobiles (par exemple, pièces intérieures) et de génie civil (par exemple, ponts).
Par conséquent, la norme ASTM D5229/D5229M est un outil essentiel pour caractériser la sorption d'humidité et le comportement de conditionnement des composites à matrice polymère. Ses procédures normalisées fournissent aux ingénieurs et aux chercheurs des données fiables pour évaluer la performance des matériaux dans des environnements sensibles à l'humidité. En fournissant des informations sur la diffusion d'humidité, la teneur à l'équilibre et les protocoles de conditionnement, la norme facilite la conception et l'application de matériaux composites durables dans divers secteurs.
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