Cisaillement en traction

L'essai de cisaillement en traction est une méthode mécanique utilisée pour mesurer la résistance d'un matériau ou d'un joint collé à des forces agissant parallèlement à la surface de collage. Contrairement à l'essai de traction pure, où la force est appliquée perpendiculairement à l'échantillon, l'essai de cisaillement en traction applique la charge de manière à créer une contrainte de cisaillement dans le plan. Cela simule les conditions réelles dans lesquelles les matériaux collés ou assemblés sont soumis à des forces de glissement.

Cette méthode est largement utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'électronique, de l'emballage et de la construction pour valider les performances des adhésifs, des revêtements, des composites et des joints mécaniques. En reproduisant les contraintes opérationnelles, les ingénieurs et les équipes qualité peuvent déterminer l'adéquation des matériaux et des processus de collage, garantissant ainsi la fiabilité, la sécurité et la conformité aux normes industrielles.

Procédure d'essai de cisaillement à recouvrement unique

Dans un essai de cisaillement à recouvrement unique, deux échantillons sont collés avec un adhésif dans une configuration de chevauchement. Le joint est serré dans une machine d'essai de traction et une force est appliquée jusqu'à ce que la rupture se produise. Cette configuration introduit à la fois des contraintes de cisaillement et de légère flexion en raison du décalage de la trajectoire de la charge, mais elle reste l'une des méthodes d'évaluation de l'adhérence les plus largement acceptées et normalisées.

Le processus consiste à préparer les échantillons aux dimensions et à la finition de surface requises, à appliquer l'adhésif à une épaisseur constante, à le faire durcir dans des conditions contrôlées, à fixer chaque extrémité dans les pinces et à appliquer une charge de traction constante jusqu'à ce qu'il y ait rupture. La force maximale enregistrée est utilisée pour déterminer la résistance au cisaillement. Dans les conditions de l'ASTM D1002, un joint aluminium-aluminium peut typiquement atteindre une résistance au cisaillement de 15 à 25 MPa.

Procédure d'essai de cisaillement à double recouvrement

La méthode de cisaillement à double recouvrement utilise trois sections collées, avec deux adhérences extérieures collées de chaque côté d'une pièce centrale. Cette disposition réduit les effets de flexion et permet une répartition plus uniforme des contraintes de cisaillement sur la couche adhésive.

Les étapes typiques comprennent la préparation d'échantillons collés en trois couches conformément à la norme d'essai, leur positionnement dans des pinces symétriques et l'application d'une charge de traction à un taux spécifié jusqu'à la rupture. Cette méthode est particulièrement utile dans le domaine du collage des composites aérospatiaux, où elle peut démontrer une résistance apparente jusqu'à 20 % supérieure à celle des essais à simple recouvrement, en raison de la répartition plus homogène des contraintes.

Les essais d'adhérence par cisaillement et tension sont essentiels pour comprendre comment les adhésifs se comportent sous charge. Les facteurs qui influencent la performance de l'adhérence comprennent la chimie de l'adhésif, la préparation de la surface, la méthode de durcissement, la conception du joint et les conditions environnementales.

Les applications industrielles comprennent le collage de composites dans l'aérospatiale, l'assemblage de panneaux de carrosserie automobile, les matériaux de fixation de circuits imprimés et de matrices électroniques, et les adhésifs structurels dans la construction. Par exemple, dans les applications automobiles, les tests de cisaillement sont souvent utilisés pour comparer les formulations d'adhésifs structurels pour le collage des cadres de portes, afin de garantir des performances cohérentes en cas de collision.

L'analyse de la rupture par cisaillement identifie le mode de rupture d'une liaison et donne des indications sur les performances de service :

• Rupture de cohésion : Rupture dans la couche adhésive, indiquant une bonne adhérence mais une résistance interne limitée.
• Défaillance de l'adhésif : Séparation à l'interface entre l'adhésif et le substrat, souvent due à une préparation inadéquate ou à une mauvaise compatibilité.
• Défaillance en mode mixte : Une combinaison de défaillances cohésives et adhésives.

Les courbes charge-extension de l'essai peuvent également être utilisées pour évaluer la rigidité, la ductilité et la charge maximale à la rupture.

Alors que les essais de traction mesurent la résistance d'un matériau à l'étirement, les essais de cisaillement mesurent la résistance au glissement entre les couches ou à travers un lien. Ces deux types d'essais sont complémentaires. Dans les composites, les essais de traction évaluent la résistance des fibres et de la matrice, tandis que les essais de cisaillement évaluent l'interface entre les deux.

D'autres méthodes apparentées existent :

• Le cisaillement sur rail cranté en V pour la réponse au cisaillement dans le plan des composites.
• Essai de cisaillement en traction pour les composites à matrice polymère afin d'évaluer le comportement de l'adhésif et de la matrice sous tension et cisaillement combinés.

Le respect de normes reconnues garantit la cohérence et la comparabilité des résultats. Les exemples les plus courants sont les suivants :

• ASTM D3166 - Résistance au cisaillement des adhésifs en tension.
• ASTM F2255-05 - Essai de cisaillement des matériaux pour dispositifs médicaux.
• BS EN ISO 4587 - Essai de cisaillement par recouvrement des adhésifs rigides à rigides.
• ASTM D1002 - Single lap shear test for metal-to-metal bonded assemblies (Essai de cisaillement à simple recouvrement pour les assemblages collés métal-métal).

Chaque norme définit la préparation des échantillons, les dimensions, les taux de charge et les exigences en matière de rapports. Le choix dépend du matériau, de la méthode de collage et de l'application.

Les essais de cisaillement en traction nécessitent un équipement précis et de haute qualité :

• Mecmesin OmniTest et MultiTest-dV - cadres d'essai universels pour une application contrôlée de la charge de traction sur une large gamme de capacités.
• Des dispositifs de cisaillement spécialisés - conçus pour les essais de cisaillement à simple et double recouvrement, conformément aux normes internationales.
• Cellules de charge calibrées - disponibles dans des gammes allant de quelques newtons à plusieurs kilonewtons, garantissant des mesures précises pour tous les types d'échantillons.
• Logiciel VectorPro - pour un contrôle automatisé, un tracé en temps réel, une analyse charge-déplacement et des rapports personnalisés.

Mecmesin propose des solutions de précision pour les essais de cisaillement en traction, conçues pour répondre aux exigences des normes ASTM, ISO et BS EN. Nos cadres d'essai, nos montages et nos logiciels permettent d'obtenir des résultats précis et répétables pour les industries où les performances des adhésifs sont essentielles.

En associant des équipements de pointe à un support d'application expert, Mecmesin aide les ingénieurs à optimiser les matériaux, à valider les processus de collage et à maintenir la conformité avec les normes industrielles.

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