ISO 6603 Matières plastiques - Détermination du comportement à l'impact par perforation des matières plastiques rigides

La norme « ISO 6603 Plastiques - Détermination du comportement à l'impact par perforation des plastiques rigides », publiée par l'Organisation internationale de normalisation (ISO), comprend les sous-sections suivantes publiées sous le même titre :

• La norme « ISO 6603-1 Partie 1 : Essais de résilience sans outil » décrit les méthodes de détermination des propriétés de résistance à la perforation et à l’impact des matières plastiques rigides sous forme d’éprouvettes plates, telles que des disques ou des carrés, dans des conditions spécifiques. Les éprouvettes peuvent être moulées directement, découpées dans des feuilles ou prélevées sur des produits finis. Différents types d’éprouvettes et conditions d’essai sont définis.

Ces méthodes de la flèche descendante servent à étudier le comportement des feuilles ou moules en plastique soumis à un impact perpendiculaire au plan de l'échantillon. Cette norme peut être utilisée si elle suffit à caractériser le comportement à l'impact des plastiques à l'aide d'un seuil d'énergie de rupture par impact déterminé sur un grand nombre d'éprouvettes. Si une caractérisation détaillée du comportement à l'impact requiert un diagramme force-déplacement ou force-temps enregistré à une vitesse d'impact nominalement constante, la norme ISO 6603-2 s'applique.

Ces méthodes d'essai s'appliquent aux échantillons d'une épaisseur comprise entre 1 mm et 4 mm. Pour les épaisseurs inférieures à 1 mm, il est préférable d'utiliser la norme ISO 7765. Les épaisseurs supérieures à 4 mm peuvent être testées si l'équipement est adapté, mais cet essai n'est pas couvert par les normes ISO 6603-1 et ISO 6603-2.

Ces méthodes conviennent aux types de matériaux suivants :

• Matériaux thermoplastiques rigides pour le moulage et l'extrusion, y compris les composés et feuilles chargés, non chargés et renforcés.
• Matériaux rigides thermodurcissables pour moulage et extrusion, y compris les composés chargés et renforcés, les feuilles et les stratifiés.
• Composites thermodurcissables et thermoplastiques renforcés par des fibres contenant des renforts unidirectionnels ou non unidirectionnels (par exemple, nattes, tissus tissés, mèches tissées, fils coupés, renforts combinés et hybrides, mèches, fibres broyées et feuilles fabriquées à partir de matériaux pré-imprégnés).

Ces méthodes s'appliquent également aux produits finis, aux stratifiés et aux échantillons moulés ou usinés à partir de feuilles extrudées ou coulées.

Les résultats des essais ne sont comparables que si les conditions de préparation, les dimensions et l'état de surface des échantillons, ainsi que les conditions d'essai, sont identiques. En particulier, les résultats obtenus sur des échantillons d'épaisseurs différentes ne sont pas comparables. Une évaluation complète de la réponse aux contraintes d'impact nécessite des déterminations en fonction de la vitesse d'impact et de la température pour différentes variables du matériau, telles que la cristallinité et la teneur en humidité.

Il n'est pas possible de prédire directement le comportement des produits finis sous l'effet de l'impact à partir de ce test, mais des échantillons de produits finis peuvent être prélevés pour être testés à l'aide de ces méthodes.

En principe, la résistance aux chocs d'éprouvettes de dimensions appropriées est déterminée en les frappant avec une pointe d'impact lubrifiée et lestée, lâchée verticalement d'une hauteur connue. L'impact est effectué en leur centre, la pointe étant perpendiculaire à leur surface. Deux méthodes permettent d'ajuster l'énergie au moment de l'impact : soit en modifiant la masse à hauteur constante, soit en modifiant la hauteur à masse constante.

La procédure à hauteur variable dépend de la vitesse, et différents résultats peuvent être observés en fonction de la vitesse de déformation du matériau. Deux méthodes de test statistique sont proposées :

• Méthode A : La méthode de l'échelle (individuelle) (préférée).
• Méthode B : Méthode de groupe (facultative).
• La norme « ISO 6603-2 Partie 2 : Essais de choc instrumentés » décrit une méthode d’essai permettant de déterminer les caractéristiques de choc par perforation d’éprouvettes plates en plastique rigide, à l’aide d’instruments mesurant la force et la déformation. Cette méthode est applicable lorsqu’un diagramme force-déformation ou force-temps, enregistré à une vitesse d’impact nominale constante, est nécessaire pour une caractérisation détaillée du comportement au choc.

La méthode d'essai est valable pour des échantillons d'une épaisseur comprise entre 1 mm et 4 mm. Cette méthode convient aux types de matériaux suivants :

• Matériaux thermoplastiques rigides pour le moulage et l'extrusion, y compris les composés et feuilles chargés, non chargés et renforcés.
• Matériaux rigides thermodurcissables pour moulage et extrusion, y compris les composés chargés et renforcés, les feuilles et les stratifiés.
• Composites thermodurcissables et thermoplastiques renforcés par des fibres contenant des renforts unidirectionnels ou multidirectionnels, des nattes, des tissus tissés, des mèches tissées, des fils coupés, des renforts combinés et hybrides, des mèches, des fibres broyées et des feuilles fabriquées à partir de matériaux pré-imprégnés.

Cette méthode s'applique également aux échantillons moulés ou transformés provenant de produits finis, de stratifiés et de feuilles extrudées ou coulées.

Les résultats des essais ne sont comparables que si les conditions de préparation, les dimensions, les surfaces et les conditions d'essai des échantillons sont identiques. En particulier, les résultats obtenus sur des échantillons d'épaisseurs différentes ne sont pas comparables. Une évaluation complète de la réponse aux contraintes d'impact peut être obtenue en déterminant la vitesse d'impact et la température en fonction de différentes variables du matériau, telles que la cristallinité et la teneur en humidité.

Le comportement à l'impact des produits finis ne peut être prédit directement à partir de cet essai, mais des échantillons de produits finis peuvent être testés selon cette méthode. Les données d'essai obtenues par cette méthode ne sont pas destinées à être utilisées dans les calculs de conception. Cependant, des informations sur le comportement typique du matériau peuvent être obtenues en testant des échantillons préparés à différentes températures et vitesses d'impact, avec des épaisseurs variables et dans différentes conditions.

La présente norme n'a pas pour objet d'interpréter le mécanisme à l'œuvre en chaque point du diagramme force-déplacement. Ces interprétations relèvent de la recherche scientifique.

En principe, l'éprouvette est percée en son centre à l'aide d'un foret à percussion lubrifié, perpendiculairement à sa surface et à une vitesse nominalement uniforme. La courbe force-déplacement ou force-temps résultante est enregistrée électroniquement. L'éprouvette doit (de préférence) être maintenue immobile pendant l'essai.

Le diagramme force-déflexion obtenu à partir de ces essais enregistre le comportement à l'impact de l'échantillon, permettant de déduire diverses caractéristiques du comportement du matériau.

Les normes ISO 6603 sont des normes reconnues internationalement qui mesurent la résistance des plastiques rigides à la perforation et à la déchirure à grande vitesse. Il s'agit d'un type de dommage par impact que les essais traditionnels tels que Charpy ou Izod ne permettent pas d'évaluer correctement. Ces normes sont considérées comme importantes pour les raisons suivantes :

• Elle simule des modes de défaillance réels : de nombreuses pièces en plastique sont perforées et cassées (par exemple, un caillou heurtant un pare-chocs de voiture, un outil tombant sur le compartiment de la batterie, un genou heurtant un panneau de porte intérieur). Cette norme reproduit fidèlement cette perforation multiaxiale à grande vitesse.
• Indispensable pour les composants critiques en matière de sécurité : largement requis dans l’industrie automobile (sécurité intérieure, protection des piétons, protection des batteries des véhicules électriques), les casques, les équipements de protection et les boîtiers de dispositifs médicaux où la résistance à la pénétration peut prévenir les blessures ou les fuites.
• Elle fait la distinction entre comportement ductile et fragile : la version instrumentée affiche la courbe force-déflexion complète, révélant si le matériau absorbe de l’énergie après la première fissure (ductile = plus sûr) ou se fracture immédiatement (fragile).
• Il permet une comparaison équitable des matériaux : il utilise une géométrie d'impacteur fixe (pointe hémisphérique de 20 mm), une compression et une vitesse (environ 4,4 m/s), de sorte que les résultats pour PC, ABS, PP, PA, composites et autres de n'importe quel laboratoire dans le monde peuvent être directement comparés.
• Principalement exigé par les spécifications des fabricants d'équipement d'origine : fréquemment imposé par les constructeurs automobiles, les marques de produits de consommation et les organismes de réglementation lorsqu'une preuve de performance en matière de résistance aux crevaisons est requise.
• Il guide la sélection des matériaux et la conception des pièces : les concepteurs utilisent ces données standard pour sélectionner des nuances plus dures, optimiser les nervures/l’épaisseur ou passer de formulations fragiles à des formulations ductiles (par exemple, en ajoutant des modificateurs d’impact).
• Il comble le fossé entre les essais en laboratoire et les situations réelles : il offre une bien meilleure corrélation entre les défaillances sur le terrain et les essais d'impact sur barre entaillée, notamment pour les pièces plates ou légèrement incurvées (plateaux thermoformés, boîtiers, panneaux).

En conclusion, la norme ISO 6603 est l'une des plus importantes pour caractériser la résistance aux chocs et aux perforations à haute vitesse des plastiques rigides. En faisant le lien entre les essais de chute de poids simples et les essais instrumentés de haute précision, elle fournit aux ingénieurs des données fiables et comparables sur la résistance à la pénétration et l'absorption d'énergie des plastiques dans des conditions simulant des accidents ou une mauvaise utilisation.

Depuis de nombreuses années, notre organisation, forte de son personnel compétent et expérimenté, comprend les besoins de ses clients, leur fournit les services d'essais avancés requis et les accompagne dans la mise en place, l'application et l'amélioration de leurs systèmes de management. Dans ce cadre, nous proposons également des services d'essais aux entreprises, conformément à la norme « ISO 6603 Plastiques – Détermination du comportement au choc par perforation des matières plastiques rigides ».