ISO 294-1:2017
(Main)Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 1: General principles, and moulding of multipurpose and bar test specimens
Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 1: General principles, and moulding of multipurpose and bar test specimens
ISO 294-1:2017 specifies the general principles to be followed when injection moulding test specimens of thermoplastic materials and gives details of mould designs for preparing two types of specimen for use in acquiring reference data, i.e. type A1 and type B1 test specimens as specified in ISO 20753, and provides a basis for establishing reproducible moulding conditions. Its purpose is to provide consistent descriptions of the main parameters of the moulding process and to establish a uniform practice in reporting moulding conditions. The particular conditions required for the reproducible preparation of test specimens will vary for each material used and are given in the International Standard for the relevant material or are to be agreed upon between the interested parties. NOTE Interlaboratory tests with acrylonitrile/butadiene/styrene (ABS), styrene/butadiene (SB) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) have shown that mould design is an important factor in the reproducible preparation of test specimens.
Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques — Partie 1: Principes généraux, et moulage des éprouvettes à usages multiples et des barreaux
ISO 294-1:2017 établit les principes généraux à suivre en vue du moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques et donne des détails de conception des moules pour la préparation de deux types d'éprouvettes à utiliser pour l'acquisition de données de référence, c'est-à-dire les éprouvettes de type A1 et de type B1 telles que spécifiées dans l'ISO 20753. Elle constitue une base pour l'établissement de conditions de moulage reproductibles. Elle vise à fournir une description des principaux paramètres du processus de moulage et à établir une pratique uniforme pour consigner les conditions de moulage. Les conditions particulières requises pour la préparation reproductible des éprouvettes varieront selon le matériau utilisé et sont données dans la Norme internationale de matériau correspondante ou doivent faire l'objet d'un accord entre les parties intéressées. NOTE Les essais interlaboratoires avec de l'acrylonitrile/butadiène/styrène (ABS), du styrène/butadiène (SB) et du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ont montré que la conception du moule est un facteur important à prendre en considération dans la préparation reproductible d'éprouvettes.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 294-1
Second edition
2017-05
Plastics — Injection moulding of
test specimens of thermoplastic
materials —
Part 1:
General principles, and moulding of
multipurpose and bar test specimens
Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux
thermoplastiques —
Partie 1: Principes généraux, et moulage des éprouvettes à usages
multiples et des barreaux
Reference number
ISO 294-1:2017(E)
©
ISO 2017
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ISO 294-1:2017(E)
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ISO 294-1:2017(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Apparatus . 6
4.1 Moulds . 6
4.1.1 ISO (multi-cavity) moulds . 6
4.1.2 Single-cavity moulds. 9
4.2 Injection-moulding machine .10
4.2.1 General.10
4.2.2 Moulding volume .10
4.2.3 Control system .10
4.2.4 Screw .10
4.2.5 Clamping force .11
4.2.6 Thermometers .11
5 Procedure.11
5.1 Conditioning of material .11
5.2 Injection moulding .12
5.3 Measurement of mould temperature.13
5.4 Measurement of the melt temperature .13
5.5 Post-moulding treatment of test specimens.13
6 Report on test-specimen preparation .13
Annex A (informative) Examples of runner configurations .15
Annex B (informative) Standardized injection-moulding mould components .16
Annex C (informative) Example of an injection mould .17
Annex D (informative) Methods for setting the injection moulding parameters .18
Annex E (informative) Methods of determining the hold pressure and hold time .23
Bibliography .29
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ISO 294-1:2017(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 9,
Thermoplastic materials.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 294-1:1996), which has been technically
revised with the following changes:
— the types of test specimen have been replaced according to ISO 20753;
— Annex D has been added to clarify the methods for setting the operation parameters on injection
machine;
— the original Annex D has been renamed as Annex E.
It also incorporates the Amendments ISO 294-1:1996/Amd.1:2001 and ISO 294-1:1996/Amd.2:2005.
A list of all the parts in the ISO 294 series can be found on the ISO website.
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ISO 294-1:2017(E)
Introduction
Many factors in the injection-moulding process influence the properties of moulded test specimens and
hence the measured values obtained when the specimens are used in a test method. The mechanical
properties of such specimens are strongly dependent on the conditions of the moulding process used
to prepare the specimens. Exact definition of each of the main parameters of the moulding process is a
basic requirement for reproducible and comparable operating conditions.
It is important in defining moulding conditions to consider any influence the conditions may have
on the properties to be determined. Thermoplastics exhibit differences in molecular orientation in
crystallization morphology (for crystalline and semicrystalline polymers), in phase morphology (for
heterogeneous thermoplastics) as well as in the orientation of anisotropic fillers such as short fibres.
Residual (“frozen-in”) stresses in the moulded test specimens and thermal degradation of the polymer
during moulding also influence properties. Each of these phenomena must be controlled to minimize
variability of the numerical values of the properties measured.
Care has been taken to ensure that the ISO moulds described can all be fitted in existing injection-
moulding equipment and have interchangeable cavity plates.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 294-1:2017(E)
Plastics — Injection moulding of test specimens of
thermoplastic materials —
Part 1:
General principles, and moulding of multipurpose and bar
test specimens
1 Scope
This document specifies the general principles to be followed when injection moulding test specimens
of thermoplastic materials and gives details of mould designs for preparing two types of specimen for
use in acquiring reference data, i.e. type A1 and type B1 test specimens as specified in ISO 20753, and
provides a basis for establishing reproducible moulding conditions. Its purpose is to provide consistent
descriptions of the main parameters of the moulding process and to establish a uniform practice in
reporting moulding conditions. The particular conditions required for the reproducible preparation of
test specimens will vary for each material used and are given in the International Standard for the
relevant material or are to be agreed upon between the interested parties.
NOTE Interlaboratory tests with acrylonitrile/butadiene/styrene (ABS), styrene/butadiene (SB) and
poly(methyl methacrylate) (PMMA) have shown that mould design is an important factor in the reproducible
preparation of test specimens.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 179-1, Plastics — Determination of Charpy impact properties — Part 1: Non-instrumented impact test
ISO 294-2, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 2: Small
tensile bars
ISO 294-3:2002, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 3:
Small plates
ISO 294-4, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 4:
Determination of moulding shrinkage
ISO 20753, Plastics — Test specimens
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
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ISO 294-1:2017(E)
3.1
mould temperature
T
C
average temperature of the mould cavity surfaces measured after the system has attained thermal
equilibrium and immediately after opening the mould
Note 1 to entry: It is expressed in degrees Celsius (°C).
3.2
melt temperature
T
M
temperature of the molten plastic in a free shot
Note 1 to entry: It is expressed in degrees Celsius (°C).
3.3
melt pressure
p
pressure of the plastic material in front of the screw at any time during the moulding process
Note 1 to entry: It is expressed in megapascals (MPa).
3.4
hold pressure
p
H
melt pressure (3.3) during the hold time (3.9)
Note 1 to entry: It is expressed in megapascals (MPa).
3.5
moulding cycle
complete sequence of operations in the moulding process required for the production of one set of test
specimens
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.6
cycle time
t
T
time required to carry out a complete moulding cycle (3.5)
Note 1 to entry: The cycle time is the sum of the injection time, t , the cooling time, t and the mould-open time, t .
I C, O
Note 2 to entry: It is expressed in seconds (s).
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ISO 294-1:2017(E)
Key
X time, t
Y melt pressure, p, and longitudinal screw position, l
1 cycle time, t
T
2 injection time, t
I
3 hold time, t
H
4 cooling time, t
C
5 mould-open time, t
O
6 melt pressure, p
7 longitudinal position of screw, l
8 mould opening
9 mould closing
NOTE The melt pressure during the cooling phase is not zero due to back pressure effects.
Figure 1 — Schematic diagram of an injection-moulding cycle showing the melt pressure (full
line) and the longitudinal position of the screw (dashed line) as a function of time
3.7
injection time
t
I
time from the instant the screw starts to move forward until the switchover point between the injection
period and the hold period
Note 1 to entry: It is expressed in seconds (s).
© ISO 2017 – All rights reserved 3
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ISO 294-1:2017(E)
3.8
cooling time
t
C
time from the end of the injection period until the mould starts to open
Note 1 to entry: It is expressed in seconds (s).
3.9
hold time
t
H
time during which the pressure is maintained at the hold pressure (3.4)
Note 1 to entry: It is expressed in seconds (s).
3.10
mould-open time
t
O
time from the instant the mould starts to open until the mould is closed and exerts the full clamping
force (3.19)
Note 1 to entry: It is expressed in seconds (s).
Note 2 to entry: It includes the time required to remove the mouldings from the mould.
3.11
cavity
part of the hollow space in a mould that produces one specimen
3.12
single-cavity mould
mould with one cavity (3.11) only
3.13
multi-cavity mould
mould that has two or more identical cavities (3.11) in a parallel-flow arrangement
Note 1 to entry: Identical flow-path geometries and symmetrical positioning of the cavities in the mould ensure
that all test specimens from one shot are equivalent in their properties.
3.14
family mould
multi-cavity mould (3.13) containing cavities (3.11) which have different geometries
3.15
ISO mould
one of several standard moulds (designated ISO 20753 type A1, B1, C1, D11 and D12) intended for the
reproducible preparation of test specimens with comparable properties
Note 1 to entry: The moulds have a fixed plate with a central sprue, plus a multi-cavity cavity plate as described
in 3.13.
Note 2 to entry: Additional details are given in 4.1.1.4. An example of a complete mould is shown in Annex C.
3.16
critical cross-sectional area
A
c
cross-sectional area of the cavity (3.11) in a single-cavity mould (3.12) or multi-cavity mould (3.13) at the
position where the critical portion of the test specimen, i.e. that part on which the measurement will be
made, is moulded
2
Note 1 to entry: It is expressed in square millimetres (mm ).
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ISO 294-1:2017(E)
Note 2 to entry: For tensile test specimens, for instance, the critical portion of the test specimen is the narrow
section which is subjected to the greatest stress during testing.
3.17
moulding volume
V
M
ratio of the mass of the moulding to the density of the solid plastic
3
Note 1 to entry: It is expressed in cubic millimetres (mm ).
3.18
projected area
A
p
overall profile of the moulding projected on to the parting plane
2
Note 1 to entry: It is expressed in square millimetres (mm ).
3.19
clamping force
F
M
force holding the plates of the mould closed
Note 1 to entry: It is expressed in kilonewtons (kN).
3.20
injection velocity
v
I
average velocity of the melt as it passes through the critical cross-sectional area (3.16)
Note 1 to entry: It is expressed in millimetres per second (mm/s).
3.21
shot volume Max.
V
S
product of the maximum metering stroke of the injection-moulding machine and the cross-sectional
area of the screw
3
Note 1 to entry: It is expressed in cubic millimetres (mm ).
3.22
mass of moulding
total mass of the test specimens, the runner(s) and the sprue in a single moulding
Note 1 to entry: It is expressed in grams (g).
3.23
mass of test specimen
mass of a single specimen, excluding the runner(s) and the sprue
Note 1 to entry: It is expressed in grams (g).
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ISO 294-1:2017(E)
3.24
sink mark ratio
SR
indication of the relative depth of a sink mark on the surface of the specimen, as given by:
hh−
()
maxmin
SR =
h
max
where
h is the minimum thickness of the specimen, calculated as the average of the thicknesses at
min
three points P , P and P along the length of the specimen, as defined in
min1 min2 min3
Figures E.2 and E.3;
h is the maximum thickness of the specimen, calculated as the average of the thicknesses at
max
three points P , P and P along the length of the specimen, as defined in
max1 max2 max3
Figures E.2 and E.3.
Note 1 to entry: It is expressed to two significant figures (e.g. 0,032).
3.25
cavity pressure
pressure of the melt in the mould cavity, measured with a pressure sensor on the inner surface of
the cavity
Note 1 to entry: It is expressed in megapascals (MPa).
4 Apparatus
4.1 Moulds
4.1.1 ISO (multi-cavity) moulds
4.1.1.1 ISO moulds are strongly recommended for producing test specimens for the acquisition of data
which are intended to be comparable (see ISO 10350-1, ISO 10350-2, ISO 11403-1, ISO 11403-2 and
ISO 11403-3), as well as for use in the case of disputes involving International Standards.
4.1.1.2 Multipurpose test specimen as specified in ISO 20753 type A1 shall be moulded in a two-cavity
mould using a Z- or T-runner (see Annex A). The mould as shown in Figure 2 shall meet the requirements
specified in 4.1.1.4. Of the two types of runner, the Z-runner is preferred owing to the more symmetrical
closure force obtained. The specimen mouldings produced shall have the dimensions of the ISO 20753
type A1 specimen specified in ISO 20753.
4.1.1.3 Rectangular 80 mm × 10 mm × 4 mm bars (ISO 20753 type B1) shall be moulded in a four-cavity
mould with a double-T runner. The mould shall be as shown in Figure 3 and shall meet the requirements
specified in 4.1.1.4. The bars produced shall have the same cross-sectional dimensions along their central
section as multipurpose test specimens (see ISO 20753) and a length of 80 mm ± 2 mm.
4.1.1.4 The main constructional details of ISO 20753 type A1 and B1 moulds are shown in Figures 2
and 3. They shall meet the following requirements:
a) The sprue diameter on the nozzle side shall be at least 4 mm.
b) The width and height (or the diameter) of the runner system shall be at least 5 mm.
c) The cavities shall be one-end gated as shown in Figures 2 and 3.
6 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 294-1:2017(E)
d) The height of the gate shall be at least two-thirds the height of the cavity and the width of the gate
shall be equal to that of the cavity at the point where the gate enters the cavity.
e) The gate shall be as short as possible, in any case not exceeding 3 mm.
Dimensions in millimetres
Key
Sp sprue
G gates
3 2
NOTE Moulding volume V ≈ 30 000 mm , projected area A ≈ 6 300 mm .
M p
Figure 2 — Two-cavity mould for an ISO 20753 type A1 mould
Dimensions in millimetres
Key
Sp sprue
G gates
3 2
NOTE Moulding volume V ≈ 30 000 mm , projected area A ≈ 6 500 mm .
M p
Figure 3 — Four cavity mould for an ISO 20753 type B1 mould
© ISO 2017 – All rights reserved 7
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ISO 294-1:2017(E)
f) The draft angle of the runners shall be at least 10°, but not more than 30°. The cavity shall have a
draft angle not greater than 1°, except in the area of tensile-specimen shoulders where the draft
angle shall not be greater than 2°.
g) The dimensions of the cavities shall be such that the dimensions of the test specimens produced
conform to the requirements given in the relevant test standard. To allow for different degrees of
moulding shrinkage, the dimensions of the cavities shall be chosen so that they are between the
nominal value and the upper limit of the dimensions specified for the specimen concerned. In the
case of ISO 20753 type A1 and B1 moulds, the main cavity dimensions, in millimetres, shall be as
follows (see ISO 20753):
1) depth: 4,0 mm to 4,2 mm;
2) width of central section: 10,0 mm to 10,2 mm;
3) length (ISO 20753 type B1 mould): 80 mm to 82 mm.
h) Ejector pins, if used, shall be located outside the test area of the specimen, i.e. at the shoulders
of dumbbell specimens produced from ISO 20753 type A1 and type C moulds (for type C, see
ISO 294-2), outside the central 20 mm section of bar specimens from ISO 20753 type B1 moulds
and outside the 50-mm-diameter central area of plate specimens from ISO 20753 type D moulds
(see ISO 294-3).
i) The heating/cooling system for the mould plates shall be designed so that, under operating
conditions, the difference in temperature between any point on the surface of a cavity and either
plate is less than 5 °C.
j) Interchangeable cavity plates and gate inserts are recommended to permit rapid changes in
production from one type of test specimen to another. Such changes are facilitated by using shot
capacities, V , which are as similar as possible. An example is shown in Annex A.
s
k) It is recommended that a pressure sensor be fitted in the central runner to give proper control
of the injection period (the sensor is mandatory for ISO 294-4). A sensor position suitable for the
various types of ISO mould is given in ISO 294-3:2002, Figure 2 and 4.1 k).
l) To ensure that cavity plates are interchangeable between different ISO moulds, it is important to
note the following constructional details in addition to those shown in Figures 2 and 3 and those
given in ISO 294-2 and ISO 294-3:
1) It is recommended that a cavity length of 170 mm be used for multipurpose test specimens
moulded in the ISO 20753 type A1 mould. This gives a maximum length of 180 mm for the
space between the cavity plates.
2) The width of the mould plates may be affected by the minimum distance required between the
connection points for the heating/cooling channels. In addition, space may need to be provided
in ISO 20753 type B1 moulds for the fitting of a special insert enabling notched bars for use in
ISO 179-1 to be moulded.
3) Lines along which the test specimens can be cut from the runners may be defined, e.g. 170 mm
apart for ISO 20753 type A1, B1 and C moulds (for type C, see ISO 294-2). A second pair of lines
80 mm apart may be defined for cutting bars from multipurpose test specimens from a type A
mould and may be used as well for cutting off small-plate mouldings (see ISO 294-3).
m) To make it easier to check that all the specimens from a mould are identical, it is recommended that
the individual cavities be marked, but outside the test area of the specimen [see item h) above].
This can be done very simply by engraving suitable symbols on the heads of the ejector pins, thus
avoiding any damage to the surface of the cavity plate.
n) Surface imperfections can influence the results, especially those of mechanical tests. Where
appropriate, the surfaces of the mould cavities shall be highly polished therefore, the direction of
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ISO 294-1:2017(E)
polishing corresponding to the direction in which the test specimen will be placed under load when
it is tested.
4.1.1.5 For more information on those mould components described in other International Standards,
see Annex B.
4.1.2 Single-cavity moulds
The cavity of a single-cavity mould (see Figure 4) may be that of a dumbbell, a disc or any other shape.
Test specimens from a single-cavity mould generally give values for certain properties which are
different from those obtained with specimens from ISO moulds.
NOTE This difference can occur because the ratio of the volume of the cavity to the volume of the moulding,
V , can be different from that for ISO moulds. Also, the smaller volume of the moulding produced by a single-
M
cavity mould makes conformance with the volume-ratio requirements of 4.2.2 different and failure to conform to
these requirements can contribute to erratic values of properties.
a) Sprue (Sp) normal to moulding plate
b) Sprue parallel to the parting plane (the bend in the runner prevents jetting)
Figure 4 — Examples of single-cavity moulds
4.1.3 Family moulds
A family mould (see Figure 5) may be used to produce, for example, flat bars plus dumbbells and discs.
A family mould may be used when the properties of the test specimens obtained correspond to those
obtained from ISO moulds.
NOTE In most cases, steady, simultaneous filling of the different cavities is not possible with a family mould
under more than one set of moulding conditions. Thus this type of mould is not suitable for the preparation of
referee test specimens. In addition, the injection velocity, v , cannot be defined precisely for a family mould.
I
© ISO 2017 – All rights reserved 9
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ISO 294-1:2017(E)
Figure 5 — Example of a family mould
4.2 Injection-moulding machine
4.2.1 General
For further information, see Reference [7].
For the reproducible preparation of test specimens capable of giving comparable results, only
reciprocating-screw injection-moulding machines equipped with all the necessary devices for the
control of the moulding conditions shall be used.
4.2.2 Moulding volume
The ratio of the moulding volume, V , to the shot volume Max., V , shall be between 20 % and 80 % unless
M s
a higher ratio is required by the relevant material standard or is recommended by the manufacturer.
4.2.3 Control system
The control system of the machine shall be capable of maintaining the operating conditions within the
following tolerance limits:
Injection time, t ±0,1 s
I
Hold pressure, p ±5 %
H
Hold time, t ±5 %
H
Melt temperature, T ±3 °C
M
Mould temperature, T ±3 °C up to 80 °C
C
±5 °C above 80 °C
Mass of moulding ±2 %
4.2.4 Screw
The screw shall be of a type suitable for the moulding material (e.g. length, diameter, thread height,
compression ratio).
10 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 294-1:2017(E)
It is recommended that a screw with a diameter in the range between 18 mm and 40 mm is used.
4.2.5 Clamping force
The clamping force, F , shall be high enough to prevent flash forming under any operating conditions.
M
The minimum clamping force necessary may be calculated from Formula (1):
−3
FA≥×p ×10 (1)
Mp max
where
F is the clamping force, in kilonewtons;
M
A is the projected area, in square millimetres;
p
p is the maximum value of the melt pressure, p, in megapascals.
max
The melt pressure, p, which is generated hydraulically for instance, can be calculated from the force, F ,
s
acting longitudinally on the screw using Formula (2):
3
41× 0 F
s
p = (2)
2
πD
where
p is the melt pressure, in megapascals;
F is the longitudinal force, in kilonewtons, acting upon the screw;
s
D is the screw diameter, in millimetres.
The recommended minimum clamping force, F , for type ISO 20753 type A1 and B1 moulds is given by
M
-3
F ≥ 6 500 × p × 10 , i.e. 520 kN for a maximum melt pressure of 80 MPa.
M max
An injection-moulding system
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 294-1
Deuxième édition
2017-05
Plastiques — Moulage par injection
des éprouvettes de matériaux
thermoplastiques —
Partie 1:
Principes généraux, et moulage des
éprouvettes à usages multiples et des
barreaux
Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic
materials —
Part 1: General principles, and moulding of multipurpose and bar test
specimens
Numéro de référence
ISO 294-1:2017(F)
©
ISO 2017
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ISO 294-1:2017(F)
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Appareillage . 6
4.1 Moules . 6
4.1.1 Moules ISO (à empreintes multiples) . 6
4.1.2 Moules à empreinte unique . 9
4.1.3 Moule mixte .10
4.2 Machine de moulage par injection .10
4.2.1 Généralités .10
4.2.2 Capacité de charge d’injection .11
4.2.3 Système de contrôle .11
4.2.4 Vis .11
4.2.5 Force de verrouillage . .11
4.2.6 Thermomètres .12
5 Mode opératoire.12
5.1 Conditionnement du matériau .12
5.2 Moulage par injection .12
5.3 Mesurage de la température du moule .14
5.4 Mesurage de la température de fusion .14
5.5 Traitement des éprouvettes après moulage .14
6 Rapport sur la préparation des éprouvettes .14
Annexe A (informative) Exemple de configurations des canaux secondaires d’injection.16
Annexe B (informative) Composants normalisés des moules pour montage par injection .17
Annexe C (informative) Exemple de moule pour moulage par injection .18
Annexe D (informative) Méthodes de réglage des paramètres de moulage par injection .19
Annexe E (informative) Méthodes pour déterminer la pression de maintien et la durée
de maintien .24
Bibliographie .30
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 9,
Matériaux thermoplastiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 294-1:1996), qui a fait l’objet d’une
révision technique avec les changements suivants:
— les types d’éprouvettes ont été remplacés selon l’ISO 20753;
— l’Annexe D a été ajoutée pour clarifier les méthodes de réglage des paramètres opératoires sur les
machines d’injection;
— l’Annexe D originale a été renommée Annexe E.
Elle inclut aussi les Amendements ISO 294-1:1996/Amd.1:2001 et ISO 294-1:1996/Amd.2:2005.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 294 peut être trouvée sur le site internet de l’ISO.
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ISO 294-1:2017(F)
Introduction
Plusieurs facteurs dans le processus de moulage par injection influencent les propriétés des éprouvettes
moulées et donc les valeurs de mesures obtenues en utilisant les éprouvettes dans une méthode
d’essai. Les propriétés mécaniques de telles éprouvettes dépendent en grande partie des conditions du
processus de moulage mis en œuvre pour préparer les éprouvettes. Pour des conditions opératoires
reproductibles, il est fondamental de définir de manière exacte les principaux paramètres inhérents au
processus de moulage.
Lors de la définition des conditions de moulage, il est important de tenir compte de l’influence que
peuvent avoir les conditions sur les propriétés à déterminer. Les thermoplastiques présentent des
différences dans l’orientation moléculaire, de morphologie cristalline (pour les polymères cristallins
ou semi-cristallins), de morphologie de phase (pour les thermoplastiques hétérogènes) et également
dans l’orientation des charges anisotropes telles que les fibres courtes. L’existence de contraintes
résiduelles («figées») dans les éprouvettes moulées et la dégradation thermique du polymère pendant
le moulage influence aussi les propriétés. Chacun de ces phénomènes doit être maîtrisé pour minimiser
la fluctuation des valeurs numériques correspondant aux propriétés mesurées.
Il a été pris soin de s’assurer que tous les moules ISO décrits peuvent être montés dans les équipements
existants de moulage par injection et ont des plaques de cavités interchangeables.
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NORME INTERNATIONALE ISO 294-1:2017(F)
Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de
matériaux thermoplastiques —
Partie 1:
Principes généraux, et moulage des éprouvettes à usages
multiples et des barreaux
1 Domaine d’application
Le présent document établit les principes généraux à suivre en vue du moulage par injection des
éprouvettes de matériaux thermoplastiques et donne des détails de conception des moules pour la
préparation de deux types d’éprouvettes à utiliser pour l’acquisition de données de référence, c’est-à-
dire les éprouvettes de type A1 et de type B1 telles que spécifiées dans l’ISO 20753. Elle constitue une
base pour l’établissement de conditions de moulage reproductibles. Elle vise à fournir une description
des principaux paramètres du processus de moulage et à établir une pratique uniforme pour consigner
les conditions de moulage. Les conditions particulières requises pour la préparation reproductible
des éprouvettes varieront selon le matériau utilisé et sont données dans la Norme internationale de
matériau correspondante ou doivent faire l’objet d’un accord entre les parties intéressées.
NOTE Les essais interlaboratoires avec de l’acrylonitrile/butadiène/styrène (ABS), du styrène/butadiène
(SB) et du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ont montré que la conception du moule est un facteur
important à prendre en considération dans la préparation reproductible d’éprouvettes.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 179-1, Plastiques — Détermination des caractéristiques au choc Charpy — Partie 1: Essai de choc non
instrumenté
ISO 294-2, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques —
Partie 2: Barreaux de traction de petites dimensions
ISO 294-3:2002, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques —
Partie 3: Plaques de petites dimensions
ISO 294-4, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques —
Partie 4: Détermination du retrait au moulage
ISO 20753, Plastiques — Éprouvettes
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
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— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp
3.1
température du moule
T
C
température moyenne de la surface de la cavité du moule mesurée après que le système a atteint un
équilibre thermique et immédiatement après l’ouverture du moule
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en degrés Celsius (°C).
3.2
température de fusion
T
M
température du plastique fondu dans une charge d’injection libre
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en degrés Celsius (°C).
3.3
pression de la matière fondue
p
pression du matériau plastique en aval de la vis à n’importe quel stade du processus de moulage
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en mégapascals (MPa).
3.4
pression de maintien
p
H
pression de la matière fondue (3.3) appliquée pendant la durée de maintien (3.9)
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en mégapascals (MPa).
3.5
cycle de moulage
séquence complète des opérations effectuées pendant le processus de moulage pour obtenir un jeu
d’éprouvettes
Note 1 à l’article: Voir Figure 1.
3.6
durée de cycle
t
T
temps nécessaire pour effectuer un cycle de moulage (3.5) complet
Note 1 à l’article: La durée de cycle est la somme de la durée d’injection t , de la durée de refroidissement t et de
I C
la durée d’ouverture du moule t .
O
Note 2 à l’article: Elle est exprimée en seconde(s).
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Légende
X durée, t
Y pression de la matière fondue, p, et position longitudinale de la vis, l
1 durée de cycle, t
T
2 durée d’injection, t
I
3 durée de maintien, t
H
4 durée de refroidissement, t
C
5 durée d’ouverture du moule, t
O
6 pression de la matière fondue, p
7 position longitudinale de la vis, l
8 ouverture du moule
9 fermeture du moule
NOTE La pression d’injection pendant la phase de refroidissement n’est pas nulle à cause des effets de la
contre-pression.
Figure 1 — Graphique schématique d’un cycle de moulage par injection, représentant la
pression de la matière fondue (trait plein) et la position longitudinale de la vis (trait interrompu
fort) en fonction du temps
3.7
durée d’injection
t
I
durée comprise entre le moment où la vis entame son mouvement vers l’avant et celui où l’on commute
de la phase d’injection à la phase de maintien
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en secondes (s).
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3.8
durée de refroidissement
t
C
durée comprise entre la fin de la phase d’injection et le moment où le moule commence à s’ouvrir
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en secondes (s).
3.9
durée de maintien
t
H
durée pendant laquelle la pression est maintenue à la pression de maintien (3.4)
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en secondes (s).
3.10
durée d’ouverture du moule
t
O
durée comprise entre le moment où le moule commence à s’ouvrir et celui où il est de nouveau fermé et
exerce la force de verrouillage (3.19) maximale
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en secondes (s).
Note 2 à l’article: Elle comprend le laps de temps nécessaire pour le retrait des objets moulés du moule.
3.11
cavité
partie creuse du moule dans laquelle se forme une éprouvette
3.12
moule à empreinte unique
moule comportant une seule cavité (3.11)
3.13
moule à empreintes multiples
moule comportant au moins deux cavités (3.11) identiques, disposées en flux parallèle
Note 1 à l’article: Le fait que les circuits d’écoulement soient géométriquement identiques et que les cavités du
moule soient disposées de manière symétrique permet de conférer des propriétés équivalentes aux éprouvettes
d’une même charge d’injection.
3.14
moule mixte
moule à empreintes multiples (3.13) comprenant des cavités (3.11) de géométries différentes
3.15
moule ISO
Un quelconque de plusieurs moules (désignés ISO 20753 types A1. B1. C1. D11 et D12) destinés à la
préparation reproductible d’éprouvettes ayant des propriétés comparables
Note 1 à l’article: Les moules ont une plaque fixe à carotte centrale, combinée avec une plaque de cavités à
empreintes multiples comme décrit en 3.13.
Note 2 à l’article: De plus amples détails sont donnés en 4.1.1.4. Un exemple de moule complet est représenté à
l’Annexe C.
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3.16
surface critique de la section transversale
A
c
surface d’une section transversale de la cavité (3.11) d’un moule à empreinte unique (3.12) ou d’un moule
à empreintes multiples (3.13), à une position qui donne naissance à la partie critique de l’éprouvette,
c’est-à-dire la partie sur laquelle le mesurage sera effectué
2
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en millimètres carrés (mm ).
Note 2 à l’article: Pour des éprouvettes de traction par exemple, la partie critique de l’éprouvette est la partie
étroite supportant la contrainte la plus importante pendant la traction.
3.17
volume de moulage
V
M
rapport de la masse de l’objet moulé à la masse volumique du plastique solide
3
Note 1 à l’article: Il est exprimé en millimètres cubes (mm ).
3.18
surface projetée
A
p
profil global de l’objet moulé projeté sur le plan de la surface de séparation
2
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en millimètres carrés (mm ).
3.19
force de verrouillage
F
M
force de serrage des plaques d’un moule
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en kilonewtons (kN).
3.20
vitesse d’injection
v
I
vitesse moyenne du flux fondu passant par la surface critique de la section transversale (3.16)
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en millimètres par seconde (mm/s).
3.21
capacité de charge d’injection
V
S
produit de la course maximale de réglage de la machine de moulage par injection, par la surface de la
section transversale de la vis
3
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en millimètres cubes (mm ).
3.22
masse de l’objet moulé
masse totale des éprouvettes, du ou des canaux secondaires d’injection et de la carotte
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en grammes (g).
3.23
masse de l’éprouvette
masse d’une éprouvette sans le ou les canaux secondaires d’injection et sans la carotte
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en grammes (g).
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3.24
rapport de retassure
SR
indicateur de la profondeur de retassure provoquée à la surface de l’éprouvette, défini par:
hh−
()
maxmin
SR =
h
max
où
h est l’épaisseur minimale de l’éprouvette, calculée comme étant la moyenne de l’épaisseur aux
min
trois points P , P et P le long de l’éprouvette, tels que définis aux Figures E.2 et E.3;
min1 min2 min3
h est l’épaisseur maximale de l’éprouvette, calculée comme étant la moyenne de l’épaisseur aux
max
trois points P , P et P le long de l’éprouvette, tels que définis aux Figures E.2 et E.3.
max1 max2 max3
Note 1 à l’article: SR est exprimé avec deux chiffres significatifs (par exemple 0,032).
3.25
pression dans l’empreinte
pression du plastique fondu dans une empreinte, mesurée à l’aide d’un capteur de pression sur la face
interne de l’empreinte
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en mégapascals (MPa).
4 Appareillage
4.1 Moules
4.1.1 Moules ISO (à empreintes multiples)
4.1.1.1 Les moules ISO sont vivement recommandés en vue de la production d’éprouvettes qui
sont destinées à l’acquisition de données destinées à être comparées (voir ISO 10350-1, ISO 10350-2,
ISO 11403-1, ISO 11403-2 et ISO 11403-3) et le recours à ces moules s’avère approprié en cas de litige
impliquant des Normes internationales.
4.1.1.2 Les éprouvettes à usages multiples conformes à l’ISO 20753 type A1 doivent être moulées dans
un moule ISO de type A à deux empreintes comportant un canal secondaire d’injection en «Z» ou en «T»
(voir Annexe A). Le moule, tel que représenté à la Figure 2, doit satisfaire aux spécifications de 4.1.1.4.
Parmi ces deux types de canaux, il est préférable d’utiliser le canal en «Z» en raison de l’application
plus symétrique de la force de fermeture. Les éprouvettes moulées doivent avoir les dimensions de
l’éprouvette ISO 20753, type A1, spécifiée dans l’ISO 20753.
4.1.1.3 Les barreaux rectangulaires de 80 mm x 10 mm x 4 mm (ISO 20753, type B1) doivent être
moulés dans un moule à quatre empreintes comportant un canal secondaire d’injection en «double T».
Le moule doit être tel que représenté à la Figure 3 et doit satisfaire aux spécifications de 4.1.1.4. Les
barreaux produits doivent avoir les mêmes dimensions de section transversale que les éprouvettes à
usages multiples en leur partie centrale (voir ISO 20753), et une longueur de 80 mm ± 2 mm.
4.1.1.4 Les principaux détails de construction des moules ISO 20753, de types A1 et B1 doivent être
tels que représentés aux Figures 2 et 3 et doivent satisfaire aux spécifications suivantes:
a) Le diamètre de la carotte sur le côté de la buse doit être d’au moins 4 mm.
b) La largeur et la hauteur (ou le diamètre) du canal secondaire d’injection doivent être d’au moins 5 mm.
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c) Les cavités doivent comporter une entrée à une extrémité, conformément aux représentations des
Figures 2 et 3.
d) La hauteur de l’entrée doit correspondre au moins aux deux tiers de la hauteur de la cavité et la
largeur de l’entrée doit être égale à celle de l’empreinte, à l’emplacement où l’entrée pénètre dans
l’empreinte.
e) L’entrée doit être aussi courte que possible et ne doit en aucun cas dépasser 3 mm.
Dimensions en millimètres
Légende
Sp carotte
G entrée
3 2
NOTE Volume de moulage, V ≈ 30 000 mm , surface projetée, A ≈ 6 300 mm .
M p
Figure 2 — Plaque de cavités pour un moule ISO 20753, de type A1
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ISO 294-1:2017(F)
Dimensions en millimètres
Légende
Sp carotte
G entrée
3 2
NOTE Volume de moulage, V ≈ 30 000 mm , surface projetée, A ≈ 6 500 mm .
M p
Figure 3 — Plaque de cavités pour un moule ISO 20753 de type B1
f) L’angle de dépouille des canaux secondaires d’injection doit être d’au moins 10°, sans toutefois
dépasser 30°. L’angle de dépouille de la cavité ne doit pas être supérieur à 1°, sauf dans la zone de
l’épaulement où cet angle ne doit pas dépasser 2°.
g) Les dimensions des cavités doivent permettre de produire des éprouvettes dont les dimensions
sont conformes aux spécifications de la norme d’essai correspondante. Pour tenir compte des
différents niveaux de retrait au moulage, les dimensions des cavités doivent être choisies de façon
qu’elles soient comprises entre la valeur nominale et la limite supérieure des dimensions spécifiées
pour l’éprouvette en question. Dans le cas des moules ISO 20753, des types A1 et B1, les dimensions
principales des cavités, en millimètres, doivent être les suivantes (voir ISO 20573):
— épaisseur: 4,0 mm à 4,2 mm;
— largeur de la section centrale: 10,0 mm à 10,2 mm;
— longueur (moule ISO 20753, de type B1): 80 mm à 82 mm.
h) En cas d’utilisation, les broches d’éjecteurs doivent être localisées en dehors de la surface d’essai
de l’éprouvette, c’est-à-dire aux épaulements des éprouvettes haltères produites par les moules
ISO 20753 des types A1 et C (pour le moule de type C, voir ISO 294-2), en dehors de la section
centrale, longue de 20 mm, des barreaux produits par les moules ISO 20753 de type B1 et en dehors
de la section centrale de 50 mm de diamètre des plaques produites par les moules ISO 20753 de
type D (voir ISO 294-3).
i) Le système de chauffage/refroidissement pour les plaques de cavités doit être conçu de sorte que,
dans les conditions de fonctionnement, la différence de température en tout point de la surface
d’une cavité et entre chaque moitié du moule soit inférieure à 5 °C.
j) II est recommandé d’utiliser des plaques de cavités interchangeables et des inserts d’entrée afin
de pouvoir passer rapidement de la production d’un type d’éprouvette donné à celle d’un autre
type. De tels changements sont rendus aisés par l’emploi de capacités de charge d’injection V aussi
S
similaires que possible. Un exemple est donné dans l’Annexe A.
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k) II est recommandé d’installer un capteur de pression dans le canal d’injection central, permettant
ainsi d’avoir un contrôle correct de la phase d’injection (le capteur est impératif pour les applications
traitées dans l’ISO 294-4). Une position de capteur appropriée pour les divers types de moules ISO
est donnée dans l’ISO 294-3:2002, Figure 2 and 4.1 k).
l) Pour s’assurer que les plaques de cavités sont interchangeables entre divers moules ISO, il est
important de noter les détails de construction suivants en plus de ceux donnés aux Figures 2 et 3 et
de ceux donnés dans l’ISO 294-2 et l’ISO 294-3:
1) Pour les éprouvettes à usages multiples moulées avec un moule ISO 20753 de type A1, il est
recommandé d’utiliser une cavité ayant une longueur de 170 mm. On obtient alors la longueur
maximale de 180 mm pour l’espace entre les plaques de cavités.
2) La largeur des plaques de cavités peut être influencée par la distance minimale requise entre
les points de jonction pour les canaux de chauffage/refroidissement. En outre, un espace peut
être nécessaire dans les moules ISO 20753 de type B1 pour l’adaptation d’un insert particulier
pour le moulage de barreaux entaillés à utiliser dans l’ISO 179-1.
3) Les marques le long desquelles les éprouvettes peuvent être découpées pour les séparer des
canaux d’alimentation peuvent être définies, par exemple distantes de 170 mm, dans le cas de
moules ISO 20753 des types A1, B1 et C (pour le type C, voir ISO 294-2). Une deuxième paire
de marques, distantes de 80 mm, peut être définie pour découper des barreaux provenant
d’éprouvettes à usages multiples (moule de type A) ainsi que pour découper des petites plaques
moulées (voir ISO 294-3).
m) Pour rendre aisée la vérification que toutes les éprouvettes d’un moule à empreintes multiples
sont identiques, il est recommandé de repérer les cavités individuellement, mais à l’extérieur de la
surface d’essai de l’éprouvette [voir h) ci-dessus]. Cela peut simplement être réalisé par la gravure
de symboles appropriés sur les têtes des broches d’éjecteurs, évitant ainsi tout dommage sur la
surface de la plaque de cavités.
n) Des imperfections de surface peuvent avoir une répercussion sur les résultats, en particulier
ceux des essais mécaniques. Le cas échéant, les surfaces des cavités du moule doivent donc être
fortement polies, le sens du polissage correspondant au sens dans lequel l’éprouvette sera mise
sous charge lors de l’essai.
4.1.1.5 Pour de plus amples informations sur ces composants de moule décrits dans d’autres Normes
internationales, voir l’Annexe B.
4.1.2 Moules à empreinte unique
La cavité d’un moule à empreinte unique (voir Figure 4) peut être en forme d’haltère, de disque ou de
toute autre forme. Les éprouvettes d’un moule à empreinte unique donnent généralement des valeurs,
pour certaines propriétés, différentes de celles obtenues avec des éprouvettes de moules ISO.
NOTE Il est possible que cette différence se produise du fait que le rapport du volume de la cavité au volume
de moulage V peut être différent de celui pour les moules ISO.
...
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