Brevet FR2377042A1 — publié le 19780804

La présente invention se rapporte a un appareil d'essai pour déterminer les caractéristiques de certaines matières, en particulier des composés visco-élastiques et élastomériques, tels que le caoutchouc non-vulcanisé, qui comprend un premier vérin pour soumettre un échantillon d'essai, qualifié par la suite "éprouvette", à une contrainte compressive initiale, un second vérin pour appliquer ensuite à cette éprouvette une contrainte d'essai supplémentaire et un système pour contrôler la rela::ration des contraintes dans la matière d'essais Un important problème auquel est confrontée l'industrie du caoutchouc est celui de l'inconstanc & du comportement en cours d'élaboration ou de traitement, de certaines matières en principe identiques, ces variations résultant, entre autres, de modifications inattendues de la microstructure du caoutchouc brut ou cru, ainsi que de changements imprévus dans les procédures de mixtion des composés à base de caoutchouc0 C'est pourquoi l'industrie a Desoin dtun appareil capable d'indiquer rapidement le comportement qu'aura, en cours d'élaboration ou de traitement, une matière ou un composé donné appelé à être utilisé dans un procédé donné, par exemple, dans un procédé d'extrusion, de calendrage, de moulage ou d'assemblage manuel. On sait qu'il est possible d'obtenir une indication utile sur le comportement qu'auront certaines matières élastomériques pendant leur élaboration en les soumettant à une contrainte prédéterminée et en mesurant le temps nécessaire pour que les contraintes développées dans la matière d'essai décroissent, d'un certain niveau de pointe à une fraction déterminée de ce niveau (voir le brevet ETATS-UNIS nO 3 818 751). Toutefois, dans ces dispositifs il était d'usage d'imposer des contraintes à la matière d'essai en la soumettant à des déformations de torsion0 Ceci nécessite des agencements mécaniques relativement compliqués pour développer ces déformations de torsion et pour mesurer la contrainte résultante dans l'éprouvette. La présente invention a pour but de réaliser un appareil d'essai plus simple et plus robuste que les dispositifs connus et dans lequel il n'est pas nécessaire de produire des contraintes de torsion dans l'échantillon d'essais Selon la présente invention, le premier et le second vérins sont disposés de manière que les directions de déplacement de leurs pistons soient parallèles. Ceci offre l'avantage que les deux vérins peuvent appliquer aux éprouvettes des contraintes ou des charges compressives, au lisu des efforts de torsion suti- lisés dans les appareils antérIeurs, ce dont résulte une structure mecanique générale beaucoup plus simple. De préférenceS le second vérin est monté sur l'un des côtés d'un support, le piston du second vérin portant un premier plateau, un cadre est monté à glissement sur le support, le cadre comportant des éléments latéraux allongés reçus à glissement dans le support afin de permettre un glissement relatif entre le cadre et son support dans une direction para@lèle à la direction de déplacement des pistons des vérins, un premier organe d'extré- mité disposé sur ce cSté du support et un second organe d'extrémite disposé de l'autre c8té dudit support, un second plateau porté par le premier organe d'extrémité e disposé près du premier plateau afin de définir entre eux une chambre d'essai et un transducteur manométrique porté par l'un des plateaux afin de produire un signal électrique représentatif de la contrainte ou de la charge instantanée d'une éprouvette placée dans la chambre d'essai, la disposition étant telle que l'actionnement du premier vérin produit un déplacement relatif entre le cadre et le support amenant les plateaux dans une première position relative dans laquelle ils sont espacés d'une distance prédéterminée et que l'actionnement subséquent du second vérin déplace le premier plateau par rapport au support et amène les plateaux dans une seconde position relative dans laquelle ils sont espacés d'une seconde distance plus petite que la première.Cette disposition se traduit par un dispositif très robuste et compact dans lequel tous les déplacements sont orientés perpendiculairement au support qui est le seul organe devant être solidement fixé De préférence, les vérins sont montés dos à dos sur le support, I1 en résulte une disposition très pratique qui facilite l'assemblage, car les deux vérins sont montés sur le même support. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé sur lequel : Fig. I est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un appareil d'essai conforme à l'invention Fig. 2 est un graphique illustrant le déroulement des différentes étapes d'un essai exécuté avec l'appareil de la fig0 1, et indiquant les variations de la tension de sortie du transducteur manométrique utilisé et, Fig. 3 est un schéma par blocs d'un système de contrôle et de commande pour l'appareil de la fig0 lo L'appareil représenté sur la fig. 1 comprend deux organes 10, 12 en acier inoxydable pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre, la face inférieure de l'organe supérieur 10 présentant une cavité cylindrique 14 qui coopère avec la face supérieure plate 16 de organe 12 pour délimiter une chambre de compression 18. L'organe 12 comprend une plaque ou un plateau 20 comportant ladite surface 16 et a, de préférence, une forme circulaire, la plaque 20 comportant, sur sa face inférieure, un prolongement central 22 entouré d'un enroulement de chauffage 24 permettant de régler la température de la plaque 20 et, par conséquent, de la chambre 18. L'organe 12 est monté à l'extrémité libre du poinçon 26 d'un vérin pneumatique 28 au moyen d'un bloc isolant 30 présentant une cavité cylindrique 32 dans laquelle sont logés l'enroulement de chauffage 24 et le prolongement 22e Les fils d'alimentation 34 de l'enroulement de chauffage 24 passent par un trou 36 percé à la base du bloc 30e l'organe 10 comprend une plaque ou un plateau 38 présentant une cavité cylindrique 14, elle aussi, de préférence, de forme circulaire, la plaque 38 comportant un prolongement central 40 sur sa face supérieure percé dtun trou axial qui contient un transducteur manométrique 42 conçu pour fournir un signal électrique indiquant la pression qui s'exerce sur l'éprouvette placée dans la chambre de compression 18. ise prolongement 40 est entouré d'un enroulement de chauffage 44 servant, lui aussi, à régler la température de-la chambre 18o L'organe 10 est monté, coaxialement à l'organe 12, sur une traverse 46 au moyen d'un second bloc 50 ayant une cavité cylindrique b2 dans laquelle sont logés l'enroulement de chauffage 44 et le prolongement 400 Des fils électriques 54 aboutissant au transducteur 42 et les fils d'alimentation 56 de l'enroulement de chauffage 44 passent respectivement dans des trous 58 et 60 percés dans la base du bloc 50. La traverse 46 est reliée invariablement à l'une des extrémités de deux tiges de guidage parallèles 62a, 62D en acier chromé dur, dont l'autre extrémité est fixée à une base 64, de sorte que la traverse 46, la base 64 et les deux tiges de guidage 62a, 62D forment ensemble un cadre rectangulaire 65. Le vérin 28 est monté sur l'un des cotés d'une plaque 66 qui est conçue pour être fixée à une infrastructure ou à des fondations fixes quand l'appareil est installé, la plaque 66 étant montée à glissement par rapport aux tiges 62a, 62b au moyen de coussinets 68a, 68b. Un second vérin 70 est monté sur l'autre côté de la plaque 66, de sorte que les deux vérins 28 et 70 sont disposés dos à dos, le poinçon 72 du vérin 70 étant reçu dans une cavité 74 de la base 64. La disposition est telle que les ses longitudinaux des vérins 28 et 70, de l'organe 10 et de l'organe 12, sont alignés ou colinéaires, l'appareil étant normalement orienté, en fonctionnement, de manière que ces axes colinéaires s'élèvent verticalement de la nase 64e La disposition a également été étudiée pour que quand le vérin 28 est inactif et que le vérin 70 est en complet extension, un premier intervalle axial prédéterminé subsiste entre les deux plaques 20 et 38. Cet espacement peut, par exemple, être tel que la base de la cavité 14 est a' 0,5 cm de la surface 16.De plus, lors du contact des deux plaques 20 et 38, à la suite de l'actionnement ultérieur du second vérin 28, il suAsi.ste un second intervalle axial prédétermine entre les surfaces entre lesquelles l'éprouvette est comprimée, intervalle égal à ia p-o- fondeur de la cavité cylindrique 14 et qui peut, par exemple, être de O, 35 cmO La procédure d'essai utilisant l'appareil ci-dessus est la suivante on place une éprouvette normalise-e, en forme de pastille, au centre de la plaque 20, les deux vérins 28 et 70 étant inactifs.On fait circuler dans les deux enroulements de chauffage 24 et 44 un courant ayant une intensité déterminée afin de produire la température d'essai voulue On actionne ensuite le vérin 70 à son extension complète afin d'amener les plaques 20 et 38 dans la positlon représentée sur la fig. 1, dans laquelle elles sont séparées par le premier espacement axial prédéterminé.L'éprouvette est ainsi soumise à une certaine compression initiale, qualifiée "charge de précompression", qui est maintenue pendant un certain temps, par exemple, pendant une minute, afin de permettre à la charge ou à la pression qui s'exerce dans celle-ci de se dissiper pratiquement à zéro à partir de la pointe qui se produit immédiatement après l'application de la force de précompressionO Ensuite, on actionne rapidement le vérin 28 jusqu'à ce que la plaque 20 vienne s'appliquer contre la plaque 38, établissant ainsi le second intervalle prédéterminé.L'éprouvette est ainsi soumise à une seconde compression, rapide et bien delermi- née, de l'ordre de 30 % dans le présent exemple, avec les intervalles ou les espacements indiqués0 La contrainte qui s'exerce dans l'éprouvette et la dissipation ultérieure de celle-ci sont contrées par le transducteur manométrique 42, les résultats des essais étant établis et affichés par un système de contrôle et de surveillance que montre le schéma par blocs de la fig. 30 En se référant à la fig. 3, on voit que le signal de sortie du transducteur 42 est appliqué, via un amplificateur 80, à la fois à un circuit d'échantillonnage et de mémoire 82 et directement à l'une des entrées d'un comparateur 84. La tension de sortie de l'amplificateur 80 est affichée sur un galvanomètre à lecture directe 85.La seconde entrée du comparateur est connectée à la sortie du circuit d'échantillonnage et de mémoire 82, à travers un diviseur ou un atténuateur (non représenté), qui divise ou réduit la tension de sortie du circuit d'échantillon- nage et de mémoire dans une mesure ou à une fraction prédéterminée de sa valeur initiale0 Le facteur de division ou d'atténuation pourrait etre réglable afin de permettre de faire varier cette fraction prédéterminée. Le signal de sortie du comparateur 84 commande une porte 86 afin de permettre aux impulsions provenant d'un oscillateur 88 d'atteindre un compteur 90 dont l'information de sortie pourrait être enregistrée et/ou affichée sur un dispositif 92. Le système comporte, en outre, un dispositif de minuterie 94 relié à une commande de "départ" 96 et qui est adaptée à actionner à des intervalles prédéterminés les soupapes électromagnétiques 98 et 100 qui commandent les vérins 28 et 70. Le dispositif de minuterie 94, le circuit d'échantillonnage et de mémoire 82, la porte 86 et le compteur sont commandés par une unité logique @@@, comme suit : La courbe de la fig. 2 illustre les variations ce @ tension de sortie du transducteur 42 en fonction du temps pendant la procédure dressai décrite ci-dessus. petite procédure commence par l'actionnement du premier vérin 70 afin d'appliquer la charge de précompression à l'éprovette.Il en r6sulte une pointe 104 qui s'atténue progressivement à une valeur sensi@lement constante en 106. Ensuite le second vérin 28 est actionne afin d'appliquer la charge de compression principale qui produit une pointe 108, la pression s'atténuant ensuite dans l'échantillon d'essai le long d'une courDe 110. Pour permettre @ l'apparei de fournir un signal de sortie qui donne une indication utile sur les caractéristiques de la matière soumise à 'essai et qui puisse être comparée à des grandeurs d'essai préalablement établies afin de pouvoir classer cette matière dans une catégorie déterminée, l'unité logique est conçue pour déterminer, à partir du signal de sortie du transducteur pendant la période représentée par la courbe 210, le temps nécessaire pour que le signal de sortie du transducteur décroisse, à partir du niveau de référence, à une fraction donnée de ce niveau* Ceci est réalisé en s'arrangeant pour que la porte 86 ne laisse les impulsions de l'oscillateur 88 parvenir au compteur 90 qu'à partir d'un point déterminé 110a de la courbe 110, et en refermant la porte 86 aux impulsions quand le comparateur constate que le niveau de sortie du transducteur est descendu à un second point 110b correspondant à un rapport prédéterminé du niveau 110a, tel qu'il est fixé par ledit diviseur ou ledit atténuateur (non représenté).Ainsi, le dispositi@ d'affichage numé risque 92 perme de lire directement un nombre directement proportionnel au temps qui a été nécessaire pour que ce niveau décrois- se dans le rapport préétabli. Le déroulement des événements, a partir de l'instant où le commuteur 96 a été actionné, est le suivant . L'actionnement du commuteur 96 met en marche le premier vérin 70 et démarre le dispositif de minuterie 94. Après une période de temps prédéterminée, le second vérin 28 est actionné et un second minuteur du dispositif 94 est mis en mache. A la fin d'une seconde période de temps, mesurée par le second minuteur, le système logique active le circuit d'échantillonnage et de mémoire 82 et ouvre la porte 86 afin de commencer le comptage du compteur 90. Du fait de la présence du diviseur ou de l'atténuateur mentionné ci-dessus, (non représenté), la seconde entrée du comparateur 84 reçoit un signal correspondant à une fraction prédéterminée de la valeur de la tension de sortie échantillonnée du transducteur 42.Ce comparateur est conçu pour fournir un signal de sortie quand la tension de sortie du transducteur 42, appliquée à cette entrée de celui-ci, est tombée à la valeur de la tension présente à son autre entrée, c'est-à-dire, quand la tension de sortie du transducteur a diminué dans le rapport prédéterminé de la tension échantillonnée, L'apparition du signal de sortie du comparateur ferme le compteur 85 et arrête le comptage, Le total du compteur est ainsi un nombre proportionnel au temps qui a été nécessaire à la tension de sortie du transducteur pour décroftre de la tension de référence, ou de la tension échantillonnée, à une fraction prédéterminée de celle-ci. Il est envisagé que l'appareil soit normalement utilisé pour l'essai d'échantillons d'élastomères et de composés élastomériques crus, tels que des caoutchoucs non-vulcanisés. Les composés élastomériques crus sont des matières visco-élastiques, crest-à-dire, qu'elles présentent des propriétés intermédiaires entre celles des solides régis par la loi de Kookes, dans lesquels les contraintes sont directement proportionnelles aux efforts appliqués, indépendamment des considérations de temps, et les liquides purement visqueux, répondant à la loi de ewto, dans lesquels les contraintes sont directement proportionnelles à la vitesse d'application des forces. on sait que le comportement pendant les traitements varie avec cet équilibre viscoélastique. Les indications sur la manière dont les contraintes se dissipent dans les éprouvettes, fournies par l'appareil ci dessus, fournissent des renseignements précieux sur le comportement visco-élastique des matières qui les constituent et permettent de contrôler et de surveiller les variations de ce comportement par rapport aux niveaux prédéterminés. Ceci est particulièrement utile pour déterminer la consistance des matières pour l'extrusion0 Bien entendu, l'invention naest pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ici mais on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O S S 10- Appareil pour déterminer le comportement qu'aura une matière visco-élastique pendant son élaDoration ou son traitement qui comprend un premier vérin pour soumettre un échantillon d'essai ou une éprouvette à une contrainte compressive initiale, un second vérin pour appliquer ensuite à l'éprouvette une contrainte d'essai supplémentaire et un système pour contrc- ler la relaxation des contraintes dans la matière d'essai, caractérisé en ce que les deux vérins 70, 28 sont montés de manière que leurs pistons se déplacent suivant des directions mutuel le ment parallèles, ce qui fait que les deux vérins imposent à l'éprouvette des efforts ou des forces compressives0 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier vérin 28 est ponté d'un côté d'un support 66, le piston 26 du vérin 28 portant un premier plateau 20, un cadre 65 incluant des organes lateraux allongés 62a, 62b, reçus à glissement dans le support 66 pour permettre un glissement relatif entre le cadre 65 et le support 66 dans une direction parallèle à la direction du déplacement des pistons 26, 72, des vérins 28, 70, un premier organe d'extrémité 46 disposé sur le premier côté du support 66 et un second organe d'extrémité 64 disposé de l'autre côté du support 66, et en ce qu'un second plateau 38 est supporté par l'organe d'extrémité 46 du cadre et est disposé près du premier plateau 20 afin de définir entre eux une chambre d'essai 18, un transducteur manométrique 42 étant supporté par l'un des plateaux 20, 38 afin de produire un signal électrique rqprésentatif de la contrainte instantanée s'exerçant dans une éprouvette placée dans la chambre d'essai 18, la disposition étant telle que l'actionnement du vérin 70 produit un déplacement relatif entre le cadre 65 et le support 66 afin d'amener les plateaux 20, 38 dans une première position relative dans laquelle ils sont espacés d'une distance prédéterminée, l'actionnement subséquent du vérin 28 déplaçant le plateau 20 par rapport au support 66 de manière à amener les plateaux 20, 38 dans une seconde position relative dans laquelle ils sont espacés d'une seconde distance prédéterminée, plus petite que la premières 30- Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que les vérins 28 70 sont montés dos à dos sur le support 660