Viscoanalyseur - Définition

Modes de déformation

Ils sont imposés par la géométrie des porte-échantillons. Le choix d'un mode de déformation dépend notamment de la nature (solide, pâte ou liquide) et de l'état (état vitreux, transition vitreuse, état caoutchouteux, durcissement, fluidification, fusion, etc.) du matériau attendus lors de l'essai. Globalement, trois cas peuvent se présenter à l'expérimentateur, selon la valeur du module :

• les matériaux à haut module de Young (E > ~ 10 GPa) comme certains matériaux composites ou les céramiques sont analysés en traction-compression ou en flexion (bending) ;
• les matériaux solides de module inférieur peuvent être caractérisés en traction-compression ou en cisaillement ;
• les matériaux pâteux sont généralement analysés en cisaillement. Les liquides (exemples : huiles, peintures, adhésifs, vernis) ne sont testés qu'en cisaillement ; pour ce dernier cas, le porte-échantillon est constitué d'un piston plongé dans un godet contenant l'échantillon ; le piston excite le liquide viscoélastique par un mouvement de pompage annulaire.

Note : lors d'un essai de flexion, un matériau est soumis à un ensemble de forces combinant la traction, la compression et le cisaillement.

Il existe des porte-échantillons adaptés à chaque mode de déformation ou à la spécificité du matériau.

Remarque : un rhéomètre de type cône-plan (par exemple) permet de caractériser les propriétés dynamiques d'un polymère typiquement à l'état « fondu » (état fluide ou déformable). Il est complémentaire du viscoanalyseur.

Ordres de grandeur

Les valeurs suivantes sont données à titre indicatif ; elles peuvent fluctuer selon l'appareil et/ou l'application mise en œuvre :

• fréquence : courant continu et de 1 mHz à 1 kHz (gamme de fréquence typique en viscoanalyse : jusqu'à 400 Hz) ;
• amplitude du déplacement dynamique de 1 µm à 6 000 µm ;
• amplitude de la force dynamique de 0,01 N à 150 N ou plus (selon modèle) ;
• déplacement statique jusqu'à 6 000 µm ;
• force statique jusqu'à 100 N ou plus ;
• rigidité de l'échantillon jusqu'à 10⁷ N/m ;
• plage de variation de rigidité jusqu'à 7 décades (variation d'un facteur dix millions) en continu ;
• température de l'essai de -150 °C à + 450 °C régulée à ± 0,3 °C (ou mieux) par rapport à la consigne ;
• vitesse de variation de la température (en mode non stabilisé) de ± 0,1 °C à ± 10 °C/min.

L'analyseur mécanique dynamique couvre d'assez larges domaines d'étude. L'analyse continue d'un matériau sur une vaste plage de température est donc possible même s'il change d'état en cours de mesure, et présente un domaine de variation de module de plusieurs décades.

Principaux facteurs en mécanique

Les propriétés mécaniques d'un matériau dépendent de multiples facteurs physico-chimiques :

• internes, relatifs au matériau ;
  • composition,
  • structure, homogénéité, isotropie, linéarité ;
• externes : température, temps, vieillissement, atmosphère, taux d'humidité, histoire thermique et mécanique, contraintes externes (fréquence d'excitation, taux de déformation dynamique (choisi faible pour obtenir une réponse linéaire), contrainte ou précontrainte statique, pression), etc.

Ainsi, les résultats d'une mesure mécanique dynamique dépendent beaucoup des conditions de test et ne sont donc pas facilement comparables à d'autres méthodes.