ASTM D7027-20 Méthode d'essai standard pour l'évaluation de la résistance aux rayures des revêtements polymères et des plastiques à l'aide d'une machine à rayures instrumentée

La norme « ASTM D7027-20 Méthode d'essai standard pour évaluer la résistance aux rayures des revêtements polymères et des plastiques à l'aide d'une machine à rayures instrumentée » publiée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une méthode d'essai en laboratoire qui utilise une machine à rayures instrumentée pour produire et mesurer les dommages de surface dans des conditions contrôlées. Cette méthode d’essai permet de caractériser la résistance aux rayures des polymères en mesurant plusieurs paramètres importants du matériau. Le processus de déclenchement du dessin et de collecte des données est automatisé pour éviter les influences induites par l'utilisateur qui pourraient affecter les résultats.

Aux fins de la présente norme, en plus des termes et définitions donnés dans les normes ASTM D883 et ASTM E456, les définitions suivantes s'appliquent :

Le logiciel ASV (visualisation automatique des rayures) est un programme informatique qui automatise l'identification des points de défaillance dans les tests de charge en comparant les critères de défaillance. Le logiciel ASV détermine la défaillance lorsqu'il y a un changement continu de contraste entre la rainure de rayure et la surface du matériau non endommagé. Le critère de continuité est défini comme une région égale à 2 diamètres du stylo à gratter en longueur, avec 90 pour cent ou plus de la région dépassant le critère de contraste. Le point de charge le plus bas auquel il y a une accumulation continue de contraste sur la rayure est considéré comme le point de défaillance. Ce programme est utile pour l'analyse visuelle du test et peut également être utilisé pour d'autres applications telles que les critères de réussite ou d'échec pour la visibilité des rayures.
La charge normale critique fait référence à la charge normale à laquelle le matériau se rompt pour la première fois dans la rainure de rayure.
La charge normale fait référence à la charge appliquée au traceur dans une direction verticale vers le bas, perpendiculaire à la surface de l'échantillon.
Le point de défaillance est le point reliant les charges au chemin de rayure à partir duquel les dommages de surface sont initialement considérés comme inacceptables.
Le coefficient de frottement exprime le rapport entre la force tangentielle et la charge normale.
La profondeur de la rayure fait référence à la distance verticale mesurée entre la rainure de la rayure et la surface intacte de l'échantillon ou le sommet du chemin de rayure.
La résistance aux rayures est la capacité du matériau à résister aux dommages qui accompagnent la grande déformation généralement associée à l'indentation par cisaillement des protubérances, qui peuvent inclure la compression, le labourage et le cisaillement. La quantification de la résistance aux rayures peut être réalisée en mesurant les charges normales critiques, la profondeur des rayures, la largeur des rayures et d'autres caractéristiques géométriques ou visuelles de la rayure.
La largeur de la rayure est la distance horizontale entre deux pics de chaque côté de la rainure de rayure.
Le grattage est le processus de déformation de surface (déplacement ou enlèvement mécanique de matière, ou les deux) provoqué par le glissement d'une ou plusieurs aspérités ou protubérances, ou les deux, le long de la surface.
La force tangentielle est la force agissant à l'interface entre la pointe de rayure et l'échantillon opposée à la direction du mouvement de la pointe de rayure.
Le blanchiment est un phénomène qui se produit à la suite de la diffusion de la lumière due à la déformation de la surface résultant du processus de rayure, ce qui fait que le chemin de rayure devient plus brillant ou plus blanc que la surface de fond intacte.

Cette méthode d’essai utilise une machine à rayures automatisée pour effectuer des tests de rayures contrôlés sur des échantillons polymères. Deux modes de test de base (modes de test A et B) sont présentés.

Mode d'essai A : Une rayure est appliquée sur la surface de l'échantillon à une vitesse de rayure constante de 2 m/s plus/moins 50 m/s, à une distance de 0,1 m plus/moins 0,0001 m, sous une charge normale augmentant de 0,1 à 0,0005 N. Ce mode d'essai vise à déterminer la charge normale critique de rupture pour un système de matériaux. Le test A est considéré comme valide si le point de rupture se produit dans le deuxième ou le troisième quadrant de la longueur du test. Pour les matériaux qui ne se détériorent pas dans cette plage, la plage de charge peut être modifiée pour garantir que le point de défaillance se produise au milieu du chemin de rayure.
Mode d'essai B : Une rayure est appliquée sur la surface de l'échantillon à une distance de 0,1 m plus/moins 0,0001 m, à une vitesse de rayure constante de 0,1 m/s plus/moins 0,0005 m/s, sous une charge normale constante de 30 N plus/moins 0,1 N. Ce mode d'essai est conçu pour évaluer la réponse uniforme dépendante de la charge du matériau et pour déterminer le coefficient de frottement par rayure. Si 30 N ne suffisent pas à endommager l'échantillon, la valeur de charge constante peut être augmentée.

La surface rayée peut être inspectée visuellement ou des outils d’évaluation peuvent être utilisés pour examiner les dommages de surface. Pour le mode de test A, la charge normale critique est déterminée par le point de critère de défaillance déterminé pour ce test particulier. La mesure de la largeur ou de la profondeur des rayures, ou des deux, peut également être effectuée pour aider à quantifier la résistance aux rayures. Le logiciel ASV peut être utilisé pour automatiser la mesure du point de défaillance pour la visibilité des rayures.

Le coefficient de frottement par rayure peut être calculé pour la caractérisation du matériau à l'aide des données de force tangentielle et de charge normale enregistrées pendant les tests.

Des tests de rayure sont effectués sur des échantillons aux fins suivantes :

Pour évaluer la résistance aux rayures d'un matériau particulier
Classement de la résistance relative aux rayures des différents matériaux
Détermination du coefficient de frottement des matériaux

Étant donné que les polymères présentent des propriétés mécaniques qui dépendent fortement de la température, la norme d'essai fournie ici est conçue pour fournir des résultats reproductibles lorsque les utilisateurs effectuent des tests sur des échantillons du même matériau et de la même texture de surface dans des conditions d'essai similaires et soumis aux mêmes procédures de conditionnement.

Certains polymères sont auto-cicatrisants (récupérables) lorsqu'ils sont soumis à des rayures et autres déformations physiques en raison de leurs propriétés viscoélastiques et de relaxation. Il est important de noter la différence entre les dommages instantanés (si facilement mesurables) et les dommages permanents causés par les rayures et de comparer les résultats en conséquence pour garantir la répétabilité. Compte tenu de la profondeur de la rayure permanente, il est recommandé de prévoir 24 heures pour la récupération viscoélastique.

Le blanchiment des surfaces rayées est un mécanisme de dommage important qui suscite beaucoup d’inquiétudes dans l’automobile et d’autres applications où l’esthétique de la surface est importante. Ce type de dommage est indésirable car il est visible à l’œil humain. La charge normale critique à laquelle ce phénomène se produit sert de critère pour classer les performances des matériaux, notamment d'un point de vue esthétique.

Notre organisation, qui s'efforce de soutenir les entreprises de tous les secteurs avec une large gamme d'études de tests, de mesures, d'analyses et d'évaluation qu'elle réalise depuis des années, dispose d'un personnel solide qui suit de près les développements dans le monde dans le domaine de la science et de la technologie et s'améliore constamment. Dans ce contexte, des services d’essais sont également fournis aux entreprises conformément à la norme « ASTM D7027-20 Méthode d’essai standard pour évaluer la résistance aux rayures des revêtements polymères et des plastiques à l’aide d’une machine à rayures instrumentée ».