ISO 178:2010
(Main)Plastics — Determination of flexural properties
Plastics — Determination of flexural properties
ISO 178:2010 specifies a method for determining the flexural properties of rigid and semi-rigid plastics under defined conditions. A standard test specimen is defined, but parameters are included for alternative specimen sizes for use where appropriate. A range of test speeds is included. The method is used to investigate the flexural behaviour of the test specimens and to determine the flexural strength, flexural modulus and other aspects of the flexural stress/strain relationship under the conditions defined. It applies to a freely supported beam, loaded at midspan (three-point loading test). The method is suitable for use with the following range of materials: thermoplastic moulding, extrusion and casting materials, including filled and reinforced compounds in addition to unfilled types; rigid thermoplastics sheets; thermosetting moulding materials, including filled and reinforced compounds; thermosetting sheets. ISO 178:2010 applies to fibre-reinforced compounds with fibre lengths less than or equal to 7,5 mm prior to processing. For long-fibre-reinforced materials (laminates) with fibre lengths greater than 7,5 mm, see ISO 14125. The method is not normally suitable for use with rigid cellular materials or sandwich structures containing cellular material. In such cases, ISO 1209‑1 and/or ISO 1209‑2 can be used. Contrary to the previous editions of this International Standard, this edition specifies two methods, method A and method B. Method A is identical to the method in previous editions of this International Standard, i.e. it uses a strain rate of 1 %/min throughout the test. Method B uses two different strain rates: 1 %/min for the determination of the flexural modulus and 5 %/min or 50 %/min, depending on the ductility of the material, for the determination of the remainder of the flexural stress-strain curve.
Plastiques — Détermination des propriétés en flexion
L'ISO 178:2010 spécifie une méthode pour la détermination des propriétés en flexion des plastiques rigides et semi-rigides dans des conditions définies. Une éprouvette normalisée est définie, mais des paramètres sont inclus pour d'autres dimensions d'éprouvettes lorsque l'usage est approprié. Une gamme de vitesses d'essai est incluse. La méthode est utilisée pour l'étude du comportement en flexion des éprouvettes et pour la détermination de la résistance en flexion, du module en flexion et d'autres aspects des relations entre la contrainte et la déformation en flexion dans les conditions définies. Elle s'applique à une poutre supportée sans contrainte, chargée au milieu de sa portée (essai de chargement en trois points). La méthode est adaptée à la gamme de matériaux suivants: matériaux thermoplastiques pour moulage, extrusion et coulée, y compris les compositions chargées et renforcées en plus des types non chargés; feuilles thermoplastiques rigides; matériaux thermodurcissables pour moulage, y compris les compositions chargées et renforcées; feuilles thermodurcissables. L'ISO 178:2010 s'applique aux compositions renforcées avec des fibres dont les longueurs avant mise en œuvre sont inférieures ou égales à 7,5 mm. Pour les matériaux renforcés de fibres longues (stratifiés) avec des longueurs de fibres supérieures à 7,5 mm, voir l'ISO 14125. La méthode n'est normalement pas adaptée à l'utilisation de matériaux alvéolaires rigides et de structures sandwichs contenant des matériaux alvéolaires. Dans ces cas, l'ISO 1209-1 et/ou l'ISO 1209-2 peuvent être utilisées. Contrairement aux éditions précédentes de la présente Norme internationale, la présente édition spécifie deux méthodes, la méthode A et la méthode B. La méthode A est identique à la méthode des éditions précédentes de la présente Norme internationale, c'est-à-dire qu'elle utilise un taux de déformation de 1 %/min durant tout l'essai. La méthode B utilise deux taux de déformation différents, 1 %/min pour la détermination du module en flexion et 5 %/min ou 50 %/min, en fonction de la ductilité du matériau, pour la détermination du reste de la courbe contrainte en flexion-déformation.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 178
Fifth edition
2010-12-15
Plastics — Determination of flexural
properties
Plastiques — Détermination des propriétés en flexion
Reference number
ISO 178:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 178:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 178:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Terms and definitions .2
4 Principle .5
5 Test machine.5
5.1 General .5
5.2 Test speed.5
5.3 Supports and loading edge .6
5.4 Force- and deflection-measuring systems .6
5.5 Equipment for measuring the width and thickness of the test specimens.7
6 Test specimens.8
6.1 Shape and dimensions .8
6.2 Anisotropic materials.9
6.3 Preparation of test specimens .9
6.4 Specimen inspection.10
6.5 Number of test specimens.10
7 Atmosphere for conditioning and testing.10
8 Procedure.10
9 Calculation and expression of results .13
9.1 Flexural stress .13
9.2 Flexural strain .13
9.3 Flexural modulus.14
9.4 Statistical parameters .14
9.5 Significant figures .14
10 Precision .15
11 Test report.15
Annex A (informative) Precision statement.16
Annex B (informative) Influence of changes in test speed on the measured values of flexural
properties .18
Bibliography.19
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ISO 178:2010(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 178 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 2, Mechanical
properties.
This fifth edition cancels and replaces the fourth edition (ISO 178:2001), which has been technically revised to
[2]
harmonize it with ISO 527-2 with respect to the test speeds used for the determination of the flexural
modulus and for the determination of other flexural properties. This has been done by specifying two methods,
method A and method B. Method A is identical to the method specified in previous editions of ISO 178, i.e. it
uses the same strain rate throughout the test, whereas method B uses two different strain rates (see 1.8 for
details).
It also incorporates the Amendment ISO 178:2001/Amd.1:2004.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 178:2010(E)
Plastics — Determination of flexural properties
1 Scope
1.1 This International Standard specifies a method for determining the flexural properties of rigid (see 3.12)
and semi-rigid plastics under defined conditions. A standard test specimen is defined, but parameters are
included for alternative specimen sizes for use where appropriate. A range of test speeds is included.
1.2 The method is used to investigate the flexural behaviour of the test specimens and to determine the
flexural strength, flexural modulus and other aspects of the flexural stress/strain relationship under the
conditions defined. It applies to a freely supported beam, loaded at midspan (three-point loading test).
1.3 The method is suitable for use with the following range of materials:
⎯ thermoplastic moulding, extrusion and casting materials, including filled and reinforced compounds in
addition to unfilled types; rigid thermoplastics sheets;
⎯ thermosetting moulding materials, including filled and reinforced compounds; thermosetting sheets.
[5] [6]
In agreement with ISO 10350-1 and ISO 10350-2 , this International Standard applies to fibre-reinforced
compounds with fibre lengths u 7,5 mm prior to processing. For long-fibre-reinforced materials (laminates)
[7]
with fibre lengths > 7,5 mm, see ISO 14125 .
The method is not normally suitable for use with rigid cellular materials or sandwich structures containing
[3] [4]
cellular material. In such cases, ISO 1209-1 and/or ISO 1209-2 can be used.
NOTE For certain types of textile-fibre-reinforced plastic, a four-point bending test is preferred. This is described in
ISO 14125.
1.4 The method is performed using specimens which may be either moulded to the specified dimensions,
machined from the central section of a standard multipurpose test specimen (see ISO 20753) or machined
from finished or semi-finished products, such as mouldings, laminates, or extruded or cast sheet.
1.5 The method specifies the preferred dimensions for the test specimen. Tests which are carried out on
specimens of different dimensions, or on specimens which are prepared under different conditions, can
produce results which are not comparable. Other factors, such as the test speed and the conditioning of the
specimens, can also influence the results.
NOTE Especially for semi-crystalline polymers, the thickness of the oriented skin layer, which is dependent on the
moulding conditions, also affects the flexural properties.
1.6 The method is not suitable for the determination of design parameters but can be used in materials
testing and as a quality control test.
1.7 For materials exhibiting non-linear stress/strain behaviour, the flexural properties are only nominal. The
equations given have been derived assuming linear elastic behaviour and are valid for deflections of the
specimen that are small compared to its thickness. With the preferred specimen (which measures
80 mm × 10 mm × 4 mm) at the conventional flexural strain of 3,5 % and a span-to-thickness ratio, L/h, of 16,
the deflection is 1,5h. Flexural tests are more appropriate for stiff and brittle materials showing small
deflections at break than for very soft and ductile ones.
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ISO 178:2010(E)
1.8 Contrary to the previous editions of this International Standard, this edition specifies two methods,
method A and method B. Method A is identical to the method in previous editions of this International
Standard, i.e. it uses a strain rate of 1 %/min throughout the test. Method B uses two different strain rates:
1 %/min for the determination of the flexural modulus and 5 %/min or 50 %/min, depending on the ductility of
the material, for the determination of the remainder of the flexural stress-strain curve.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing
ISO 293, Plastics — Compression moulding of test specimens of thermoplastic materials
ISO 294-1:1996, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 1: General
principles, and moulding of multipurpose and bar test specimens
ISO 295, Plastics — Compression moulding of test specimens of thermosetting materials
ISO 2602, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval
ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining
ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1:
Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system
ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometers used in uniaxial testing
ISO 10724-1, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermosetting powder moulding compounds
(PMCs) — Part 1: General principles, and moulding of multipurpose test specimens
ISO 16012, Plastics — Determination of linear dimensions of test specimens
ISO 20753, Plastics — Test specimens
ISO 23529, Rubber — General procedures for preparing and conditioning test pieces for physical test
methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
test speed
v
rate of relative movement between the specimen supports and the loading edge
NOTE It is expressed in millimetres per minute (mm/min).
3.2
flexural stress
σ
f
nominal stress at the outer surface of the test specimen at midspan
NOTE It is calculated from the relationship given in 9.1, Equation (5), and is expressed in megapascals (MPa).
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ISO 178:2010(E)
3.3
flexural stress at break
σ
fB
flexural stress at break of the test specimen (see Figure 1, curves a and b)
NOTE It is expressed in megapascals (MPa).
3.4
flexural strength
σ
fM
maximum flexural stress sustained by the test specimen during a bending test (see Figure 1, curves a and b)
NOTE It is expressed in megapascals (MPa).
3.5
flexural stress at conventional deflection
σ
fc
flexural stress at the conventional deflection, s , defined in 3.7 (see also Figure 1, curve c)
C
NOTE It is expressed in megapascals (MPa).
3.6
deflection
s
distance over which the top or bottom surface of the test specimen at midspan deviates from its original
position during flexure
NOTE It is expressed in millimetres (mm).
3.7
conventional deflection
s
C
deflection equal to 1,5 times the thickness, h, of the test specimen
NOTE 1 It is expressed in millimetres (mm).
NOTE 2 Using a span, L, of 16h, the conventional deflection corresponds to a flexural strain (see 3.8) of 3,5 %.
3.8
flexural strain
ε
f
nominal fractional change in length of an element of the outer surface of the test specimen at midspan
NOTE 1 It is expressed as a dimensionless ratio or a percentage (%).
NOTE 2 It is calculated in accordance with the relationships given in 9.2, Equations (6) and (7).
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ISO 178:2010(E)
Curve a Specimen that breaks before yielding.
Curve b Specimen that gives a maximum and then breaks before the conventional deflection, s .
C
Curve c Specimen that neither gives a maximum nor breaks before the conventional deflection, s .
C
Figure 1 — Typical curves of flexural stress, σ , versus flexural strain, ε , and deflection, s
f f
3.9
flexural strain at break
ε
fB
flexural strain at which the test specimen breaks (see Figure 1, curves a and b)
NOTE It is expressed as a dimensionless ratio or a percentage (%).
3.10
flexural strain at flexural strength
ε
fM
flexural strain at maximum flexural stress (see Figure 1, curves a and b)
NOTE It is expressed as a dimensionless ratio or a percentage (%).
3.11
modulus of elasticity in flexure
flexural modulus
E
f
ratio of the stress difference, σ − σ , to the corresponding strain difference, ε (= 0,002 5) − ε (= 0,000 5)
f2 f1 f2 f1
[see 9.3, Equation (9)]
NOTE 1 It is expressed in megapascals (MPa).
NOTE 2 The flexural modulus is only an approximate value of Young's modulus of elasticity.
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ISO 178:2010(E)
3.12
rigid plastic
plastic that has a modulus of elasticity in flexure or, if that is not applicable, then in tension, greater than
700 MPa
[1]
[ISO 472 ]
3.13
span between specimen supports
L
distance between the points of contact between the test specimen and the test specimen supports (see
Figure 2)
NOTE It is expressed in millimetres (mm).
3.14
flexural strain rate
r
rate at which the flexural strain (see 3.8) increases during a test
−1 −1
NOTE It is expressed in reciprocal seconds (s ) or percent per second (%⋅s ).
4 Principle
A test specimen of rectangular cross-section, resting on two supports, is deflected by means of a loading edge
acting on the specimen midway between the supports. The test specimen is deflected in this way at a
constant rate at midspan until rupture occurs at the outer surface of the specimen or until a maximum strain of
5 % (see 3.8) is reached, whichever occurs first. During this procedure, the force applied to the specimen and
the resulting deflection of the specimen at midspan are measured.
5 Test machine
5.1 General
The machine shall comply with ISO 7500-1 and ISO 9513 and the requirements given in 5.2 to 5.4.
5.2 Test speed
The test machine shall be capable of maintaining the test speed (see 3.1), as specified in Table 1.
Table 1 — Recommended values of the test speed, v
Test speed, v Tolerance
mm/min %
a
1 ±20
2 ±20
5 ±20
10 ±20
20 ±10
50 ±10
100 ±10
200 ±10
500 ±10
a
The lowest speed is used for specimens with thicknesses between 1 mm
and 3,5 mm (see also 8.5).
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ISO 178:2010(E)
5.3 Supports and loading edge
Two supports and a central loading edge shall be arranged as shown in Figure 2. The supports and the
loading edge shall be parallel to within ±0,2 mm over the width of the test specimen.
The radius, R , of the loading edge and the radius, R , of the supports shall be as follows:
1 2
R = 5,0 mm ± 0,2 mm;
1
R = 2,0 mm ± 0,2 mm for test specimen thicknesses u 3 mm;
2
R = 5,0 mm ± 0,2 mm for test specimen thicknesses > 3 mm.
2
The span, L, shall be adjustable.
Key
1 test specimen h thickness of specimen
F applied force l length of specimen
R radius of loading edge L length of span between supports
1
R radius of supports
2
Figure 2 — Position of test specimen at start of test
5.4 Force- and deflection-measuring systems
5.4.1 Force-measuring system
The force-measuring system shall comply with the requirements of class 1 as defined in ISO 7500-1.
5.4.2 Deflection-measuring system
The deflection-measuring system shall comply with the requirements of class 1 as defined in ISO 9513. This
shall be valid over the whole range of deflections to be measured. Non-contact systems may be used
provided they meet the accuracy requirements stated above. The measurement system shall not be
influenced by machine compliance.
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ISO 178:2010(E)
When determining the flexural modulus, the deflection-measuring system shall be capable of measuring the
change in deflection to an accuracy of 1 % of the relevant value or better, corresponding to ±3,4 µm for a
support span, L, of 64 mm and a specimen thickness, h, of 4,0 mm (see Figure 3). Other support spans and
specimen thicknesses will lead to different requirements for the accuracy of the deflection-measuring system.
Any deflection indicator capable of measuring deflection to the accuracy specified above is suitable.
NOTE The crosshead displacement includes not only the specimen deflection but also the indentation of the loading
edge and the supports into the specimen and deformation of the machine. The last of these is machine-dependent as well
as load-dependent. Results determined on different types of machine are therefore not comparable.
In general, measurement of crosshead displacement is not suitable for modulus determination unless a
compliance correction is applied.
Key
σ flexural stress
ε flexural strain
s corresponding deflection for a specimen thickness of 4 mm and a span between supports of 64 mm
Figure 3 — Accuracy requirements for determination of flexural modulus
5.5 Equipment for measuring the width and thickness of the test specimens
5.5.1 Rigid materials
5.5.1.1 Specimen thickness
Measure the thickness using a micrometer, at points lying within ±2 mm of the centre of the specimen, in
accordance with ISO 16012, but using a micrometer that has an accuracy of ±0,01 mm as opposed to the
accuracy of ±0,02 mm specified in ISO 16012. The presser foot shall have a flat, circular contact face with a
diameter of W 4 mm and the anvil shall have a spherical contact face of radius 50 mm to avoid errors caused
by misalignment with the test piece.
5.5.1.2 Specimen width
Measure the width in accordance with ISO 16012, using a micrometer that has an accuracy of ±0,02 mm as
specified in ISO 16012. The presser foot shall have either a flat contact face which is circular with a diameter
of 1 mm or a rectangular contact face with the side which will be parallel to the specimen thickness direction
1 mm long.
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ISO 178:2010(E)
5.5.2 Flexible materials
Measure the dimensions of the test specimens in accordance with ISO 23529.
6 Test specimens
6.1 Shape and dimensions
6.1.1 General
The dimensions of the test specimens shall comply with the relevant material standard and, as applicable,
with 6.1.2 or 6.1.3. Otherwise, the type of specimen shall be agreed between the interested parties.
6.1.2 Preferred specimen type
The dimensions, in millimetres, of the preferred test specimen are:
length, l: 80 ± 2
width, b: 10,0 ± 0,2
thickness, h: 4,0 ± 0,2
In any one test specimen, the thickness within the central third of the length shall not deviate by more than
2 % from its mean value. The width shall not deviate from its mean value within this part of the specimen by
more than 3 %. The specimen cross section should preferably be rectangular, with no rounded edges, except
as noted in 6.4.
The preferred specimen may be machined from the central part of a multipurpose test specimen complying
with ISO 20753.
6.1.3 Other test specimens
When it is not possible or desirable to use the preferred test specimen, use a specimen with the dimensions
given in Table 2.
NOTE Certain specifications require that test specimens from sheets of thickness greater than a specified upper limit
be reduced to a standard thickness by machining one face only. In such cases, it is conventional practice to place the test
specimen such that the original surface of the specimen is in contact with the two supports and the force is applied by the
central loading edge to the machined surface of the specimen.
Table 2 — Values of specimen width, b, in relation to thickness, h
Dimensions in millimetres
a
Nominal Width, b
thickness, h (±0,5)
1 < h u 3 25,0
3 < h u 5 10,0
5 < h u 10 15,0
10 < h u 20 20,0
20 < h u 35 35,0
35 < h u 50 50,0
a
For materials with very coarse fillers, the minimum width shall be 30 mm.
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ISO 178:2010(E)
6.2 Anisotropic materials
6.2.1 In the case of materials having flexural properties that depend on direction, the test specimens shall
be chosen so that the flexural stress will be applied in the same manner and direction as would be
experienced in the end-use application, if known. The relationship between the test specimen and the end-
product envisaged will determine the feasibility of using standard test specimens.
NOTE The position or orientation and the dimensions of the test specimens sometimes have a very significant
influence on the test results.
6.2.2 When the material shows a significant difference (> 20 %) in flexural properties in two principal
directions, it shall be tested in these two directions. The orientation of the test specimen relative to the
principal directions shall be recorded (see Figure 4).
Key
L product length direction
W product width direction
Position of specimen Direction of product Direction of force
LN Length
Normal
WN Width
LP Length
Parallel
WP Width
Figure 4 — Position of test specimen in relation to product direction and direction of force
6.3 Preparation of test specimens
6.3.1 From moulding, extrusion and casting compounds
Specimens shall be prepared in accordance with the relevant material specification. When none exists, and
unless otherwise specified, specimens shall be either directly compression-moulded in accordance with
ISO 293 or ISO 295 or injection-moulded in accordance with ISO 294-1 or ISO 10724-1, as appropriate.
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ISO 178:2010(E)
6.3.2 From sheets
Specimens shall be machined from sheets or from finished or semi-finished products in accordance with
ISO 2818.
6.4 Specimen inspection
The specimens shall be free of twist and preferably have mutually perpendicular surfaces (see, however, the
Note). All surfaces and edges shall be free from sink marks, scratches, pits and flash (see ISO 294-1:1996,
Amendment 2:2005, Annex D).
The specimens shall be checked for conformity with these requirements by visual observation against a
straight edge, carpenter's square or flat plate, and by measuring with micrometer calipers.
Specimens showing measurable or observable departure from one or more of these requirements shall be
rejected or machined to proper size and shape before testing.
NOTE Injection-moulded test specimens usually have draft angles of between 1° and 2° to facilitate demoulding.
Therefore the side faces in injection-moulded specimens will generally not be parallel. In addition, injection-moulded
specimens are never absolutely free of sink marks. Furthermore, due to differences in the cooling history, the thickness at
the centre of the specimen is generally smaller than at the edge.
6.5 Number of test specimens
6.5.1 At least five test specimens shall be tested in each direction of test (see Figure 4). The number of
specimens may be more than five if greater precision of the mean value is required. It is possible to evaluate
this by means of the confidence interval (95 % probability, see ISO 2602).
6.5.2 In the case of directly injection-moulded test specimens, at least five shall be tested.
It is recommended that specimens always be tested oriented in the same way, i.e. with the surface which was
in contact with the cavity plate or that which was in contact with the fixed plate (see ISO 294-1 or ISO 10724-1,
as appropriate) always in contact with the supports, in order to exclude the effects of any asymmetry
generated by the moulding process.
6.5.3 The results from test specimens that rupture outside the central third of their span length shall be
discarded and new test specimens tested in their place.
7 Atmosphere for conditioning and testing
The test specimens shall be conditioned as specified in the standard for the material being tested. In the
absence of this information, select the most appropriate conditions from ISO 291, unless otherwise agreed
upon by the interested parties, e.g. for testing at high or low temperatures. The preferred set of conditions in
ISO 291 is standard atmosphere 23/50, except when the flexural properties of the material are known to be
insensitive to moisture, in which case humidity control is unnecessary.
8 Procedure
8.1 Measure the width, b, of the test specimens to the nearest 0,1 mm and the thickness, h, to the nearest
0,01 mm at the centre of the test specimens (see Note 1 and Figure 5). Calculate the mean thickness, h , for
the set of specimens.
NOTE 1 Injection-moulded test specimens are never exactly flat or rectangular in cross section. Measuring the
thickness at the centre of the specimen gives the smallest value of the thickness.
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ISO 178:2010(E)
Discard any specimens with a thickness exceeding the tolerance of ±2 % of the mean value and replace them
by other specimens chosen at random.
A thickness difference, Δh, of up to 0,1 mm due to sink marks (see Figure 5) is acceptable. ISO 294-1:1996,
Amendment 2:2005, D.1.2, gives guidance on how to adjust the hold pressure to minimize sink marks in
injection-moulded specimens.
NOTE 2 For the purposes of t
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 178
Cinquième édition
2010-12-15
Plastiques — Détermination des
propriétés en flexion
Plastics — Determination of flexural properties
Numéro de référence
ISO 178:2010(F)
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Termes et définitions .3
4 Principe .5
5 Machine d'essai .5
5.1 Généralités .5
5.2 Vitesse d'essai.5
5.3 Supports et poinçon de charge .6
5.4 Indicateurs de charge et de flèche .6
5.5 Dispositifs de mesurage de la largeur et de l'épaisseur des éprouvettes .8
6 Éprouvettes.8
6.1 Forme et dimensions .8
6.2 Matériaux anisotropes .9
6.3 Préparation des éprouvettes.10
6.4 Contrôle des éprouvettes .11
6.5 Nombre d'éprouvettes .11
7 Atmosphère de conditionnement et d'essai.11
8 Mode opératoire.11
9 Calcul et expression des résultats .14
9.1 Contrainte en flexion.14
9.2 Déformation en flexion.15
9.3 Module en flexion .15
9.4 Paramètres statistiques.16
9.5 Chiffres significatifs.16
10 Fidélité .16
11 Rapport d'essai.16
Annexe A (informative) Déclaration de fidélité .17
Annexe B (informative) Influence d'un changement de la vitesse d'essai sur les valeurs
mesurées des propriétés en flexion.19
Bibliographie.20
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ISO 178:2010(F)
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 178 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 2, Propriétés
mécaniques.
Cette cinquième édition annule et remplace la quatrième édition (ISO 178:2001), qui a fait l'objet d'une
[2]
révision technique afin de l'harmoniser avec l'ISO 527-2 quant à l'utilisation de différentes vitesses d'essai
pour la détermination du module en flexion et des autres caractéristiques de flexion. Cela a été réalisé en
spécifiant deux méthodes, la méthode A et la méthode B. La méthode A est identique à la méthode spécifiée
dans les éditions précédentes de l'ISO 178, c'est-à-dire qu'elle utilise le même taux de déformation durant tout
l'essai, alors que la méthode B utilise deux taux de déformation différents (pour plus de détails, voir 1.8).
Elle incorpore également l'Amendement ISO 178:2001/Amd.1:2004.
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NORME INTERNATIONALE ISO 178:2010(F)
Plastiques — Détermination des propriétés en flexion
1 Domaine d'application
1.1 La présente Norme internationale spécifie une méthode pour la détermination des propriétés en flexion
des plastiques rigides (voir 3.12) et semi-rigides dans des conditions définies. Une éprouvette normalisée est
définie, mais des paramètres sont inclus pour d'autres dimensions d'éprouvettes lorsque l'usage est approprié.
Une gamme de vitesses d'essai est incluse.
1.2 La méthode est utilisée pour l'étude du comportement en flexion des éprouvettes et pour la
détermination de la résistance en flexion, du module en flexion et d'autres aspects des relations entre la
contrainte et la déformation en flexion dans les conditions définies. Elle s'applique à une poutre supportée
sans contrainte, chargée au milieu de sa portée (essai de chargement en trois points).
1.3 La méthode est adaptée à la gamme de matériaux suivants:
⎯ matériaux thermoplastiques pour moulage, extrusion et coulée, y compris les compositions chargées et
renforcées en plus des types non chargés; feuilles thermoplastiques rigides;
⎯ matériaux thermodurcissables pour moulage, y compris les compositions chargées et renforcées; feuilles
thermodurcissables.
[5] [6]
et l'ISO 10350-2 , la présente Norme internationale s'applique aux
En accord avec l'ISO 10350-1
compositions renforcées avec des fibres dont les longueurs avant mise en œuvre sont inférieures ou égales à
7,5 mm. Pour les matériaux renforcés de fibres longues (stratifiés) avec des longueurs de fibres supérieures à
[7]
7,5 mm, voir l'ISO 14125 .
La méthode n'est normalement pas adaptée à l'utilisation de matériaux alvéolaires rigides et de structures
[3] [4]
sandwichs contenant des matériaux alvéolaires. Dans ces cas, l'ISO 1209-1 et/ou l'ISO 1209-2 peuvent
être utilisées.
NOTE Pour certains types de plastiques renforcés avec des fibres textiles, un essai de flexion en quatre points est
recommandé. Ce dernier est décrit dans l'ISO 14125.
1.4 La méthode est réalisée à l'aide d'éprouvettes qui peuvent être soit moulées aux dimensions spécifiées,
soit usinées à partir de la partie centrale d'une éprouvette normalisée à usages multiples (voir l'ISO 20753) ou
usinées à partir de produits finis et semi-finis, tels que des pièces moulées, des stratifiés ou des feuilles
extrudées ou coulées.
1.5 La méthode spécifie les dimensions recommandées pour les éprouvettes. Des essais réalisés avec des
éprouvettes de dimensions différentes ou avec des éprouvettes préparées dans d'autres conditions peuvent
donner des résultats qui ne sont pas comparables. D'autres facteurs, tels que la vitesse d'essai et le
conditionnement des éprouvettes, peuvent également influer sur les résultats.
NOTE En fonction des conditions de moulage, pour les polymères semi-cristallins en particulier, l'épaisseur de la
couche (peau) orientée affecte les propriétés en flexion.
1.6 La méthode n'est pas adaptée pour la détermination des paramètres de calcul mais elle peut être
utilisée pour les essais des matériaux et comme un essai dans un contrôle qualité.
1.7 Pour les matériaux à comportement contrainte/déformation non linéaire, les propriétés en flexion ne
sont que nominales. Les équations indiquées ont été définies dans l'hypothèse d'un comportement élastique
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linéaire et sont valables lorsque la flèche de l'éprouvette est petite comparée à l'épaisseur de celle-ci. La
déformation est de 1,5h pour l'éprouvette recommandée (qui mesure 80 mm × 10 mm × 4 mm), à la
déformation en flexion conventionnelle de 3,5 % et pour un rapport portée sur épaisseur, L/h, de 16. Les
essais de flexion sont donc plus adaptés aux matériaux rigides et fragiles qui présentent de faibles
déformations à la rupture que pour des matériaux très souples et ductiles.
1.8 Contrairement aux éditions précédentes de la présente Norme internationale, la présente édition
spécifie deux méthodes, la méthode A et la méthode B. La méthode A est identique à la méthode des éditions
précédentes de la présente Norme internationale, c'est-à-dire qu'elle utilise un taux de déformation de
1 %/min durant tout l'essai. La méthode B utilise deux taux de déformation différents, 1 %/min pour la
détermination du module en flexion et 5 %/min ou 50 %/min, en fonction de la ductilité du matériau, pour la
détermination du reste de la courbe contrainte en flexion-déformation.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 291, Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d'essai
ISO 293, Plastiques — Moulage par compression des éprouvettes en matières thermoplastiques
ISO 294-1:1996, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques —
Partie 1: Principes généraux, et moulage des éprouvettes à usages multiples et des barreaux
ISO 295, Plastiques — Moulage par compression des éprouvettes de matériaux thermodurcissables
ISO 2602, Interprétation statistique de résultats d'essais — Estimation de la moyenne — Intervalle de
confiance
ISO 2818, Plastiques — Préparation des éprouvettes par usinage
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux — Partie 1:
Machines d'essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de force
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des extensomètres utilisés lors d'essais uniaxiaux
ISO 10724-1, Plastiques — Moulage par injection d'éprouvettes en compositions de poudre à mouler (PMC)
thermodurcissables — Partie 1: Principes généraux et moulage d'éprouvettes à usages multiples
ISO 16012, Plastiques — Détermination des dimensions linéaires des éprouvettes
ISO 20753, Plastiques — Éprouvettes
ISO 23529, Caoutchouc — Procédures générales pour la préparation et le conditionnement des éprouvettes
pour les méthodes d'essais physiques
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
vitesse d'essai
v
vitesse de déplacement relatif entre les supports et le poinçon de charge
NOTE Elle est exprimée en millimètres par minute (mm/min).
3.2
contrainte en flexion
σ
f
contrainte nominale de la surface externe de l'éprouvette au milieu de la portée
NOTE Elle est calculée à partir de la relation donnée en 9.1, Équation (5) et est exprimée en mégapascals (MPa).
3.3
contrainte en flexion à la rupture
σ
fB
contrainte en flexion à la rupture de l'éprouvette (voir Figure 1, courbes a et b)
NOTE Elle est exprimée en mégapascals (MPa).
3.4
résistance à la flexion
σ
fM
contrainte maximale en flexion supportée par l'éprouvette durant un essai de flexion (voir Figure 1, courbes a
et b)
NOTE Elle est exprimée en mégapascals (MPa).
3.5
contrainte en flexion à la flèche conventionnelle
σ
fc
contrainte à la flèche conventionnelle, s , définie en 3.7 (voir également Figure 1, courbe c)
C
NOTE Elle est exprimée en mégapascals (MPa).
3.6
flèche
s
distance parcourue durant la flexion, à partir de la position initiale, par la surface inférieure ou supérieure de
l'éprouvette au milieu de la portée
NOTE Elle est exprimée en millimètres (mm).
3.7
flèche conventionnelle
s
C
flèche égale à 1,5 fois l'épaisseur, h, de l'éprouvette
NOTE 1 Elle est exprimée en millimètres (mm).
NOTE 2 En utilisant une portée, L, de 16h, la flèche conventionnelle correspond à une déformation en flexion (voir 3.8)
de 3,5 %.
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3.8
déformation en flexion
ε
f
variation fractionnaire nominale de la longueur d'un élément pris dans la surface externe de l'éprouvette au
milieu de la portée
NOTE 1 Elle est exprimée comme un rapport sans dimension ou en pourcentage (%).
NOTE 2 Elle est calculée à partir de la relation donnée en 9.2, Équations (6) et (7).
Courbe a Éprouvette avec rupture avant le seuil d'écoulement.
Courbe b Éprouvette présentant un maximum puis une rupture avant la flèche conventionnelle, s .
C
Courbe c Éprouvette ne présentant ni maximum, ni rupture avant la flèche conventionnelle, s .
C
Figure 1 — Courbes types de la contrainte en flexion, σ , par rapport
f
à la déformation en flexion, ε , et la flèche, s
f
3.9
déformation en flexion à la rupture
ε
fB
déformation en flexion à la rupture de l'éprouvette (voir Figure 1, courbes a et b)
NOTE Elle est exprimée comme un rapport sans dimension ou en pourcentage (%).
3.10
déformation en flexion à la résistance en flexion
ε
fM
déformation en flexion à la contrainte maximale en flexion (voir Figure 1, courbes a et b)
NOTE Elle est exprimée comme un rapport sans dimension ou en pourcentage (%).
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3.11
module d'élasticité en flexion
module en flexion
E
f
rapport de la différence de contrainte σ − σ à la différence de déformation correspondante
f2 f1
ε (= 0,002 5) − ε (= 0,000 5) [voir 9.3, Équation (9)]
f2 f1
NOTE 1 Il est exprimé en mégapascals (MPa).
NOTE 2 Le module en flexion représente seulement une valeur approximative du module d'élasticité de Young.
3.12
plastique rigide
plastique possédant un module d'élasticité en flexion, ou, à défaut, en traction, supérieur à 700 MPa
[1]
[ISO 472 ]
3.13
portée entre supports
L
distance entre les points de contact de l'éprouvette avec les supports (voir Figure 2)
NOTE Elle est exprimée en millimètres (mm).
3.14
taux de déformation en flexion
r
vitesse à laquelle la déformation en flexion (voir 3.8) augmente durant un essai
−1 −1
NOTE Il est exprimé en inverse de secondes (s ) ou en pourcentage par seconde, (%·s ).
4 Principe
Une éprouvette de section transversale rectangulaire, reposant sur deux supports, est soumise à une flexion
au moyen d'un poinçon de charge agissant sur l'éprouvette à mi-chemin entre les supports. L'éprouvette est
soumise à flexion à vitesse constante à mi-portée jusqu'à rupture sur la face externe de l'éprouvette ou
jusqu'à ce que la déformation atteigne une valeur maximale de 5 % (voir 3.8), selon ce qui se produit en
premier. Durant cet essai, la charge appliquée à l'éprouvette et la flèche qui en résulte à mi-portée sont
mesurées.
5 Machine d'essai
5.1 Généralités
La machine doit être conforme à l'ISO 7500-1 et l'ISO 9513 et répondre aux exigences énoncées de 5.2 à 5.4.
5.2 Vitesse d'essai
La machine d'essai doit être capable de maintenir la vitesse d'essai (voir 3.1), comme spécifié dans le
Tableau 1.
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Tableau 1 — Valeurs recommandées pour la vitesse d'essai, v
Vitesse d'essai, v Tolérance
mm/min %
a
±20
1
2
±20
5 ±20
10 ±20
20 ±10
50
±10
100
±10
200 ±10
500 ±10
a
La plus petite vitesse est utilisée pour les éprouvettes présentant des
épaisseurs comprises entre 1 mm et 3,5 mm (voir également 8.5).
5.3 Supports et poinçon de charge
Deux supports et un poinçon de charge doivent être disposés comme illustré à la Figure 2. Les supports et le
poinçon de charge doivent être parallèles à ±0,2 mm près sur la largeur de l'éprouvette.
Le rayon, R , du poinçon de charge et le rayon, R , des supports doivent être comme suit:
1 2
R = 5,0 mm ± 0,2 mm;
1
R = 2,0 mm ± 0,2 mm pour des épaisseurs d'éprouvette u 3 mm;
2
R = 5,0 mm ± 0,2 mm pour des épaisseurs d'éprouvette > 3 mm.
2
La portée, L, doit être réglable.
5.4 Indicateurs de charge et de flèche
5.4.1 Indicateur de charge
Le système de mesurage de la charge doit répondre aux exigences de la classe 1, telle que définie dans
l'ISO 7500-1.
5.4.2 Indicateur de flèche
Le système de mesurage de la flèche doit répondre aux exigences de la classe 1, telle que définie dans
l'ISO 9513. Cela doit être valide sur la totalité de la plage de valeurs de flèche à mesurer. Des systèmes sans
contact peuvent être utilisés à condition de satisfaire aux exigences d'exactitude indiquées ci-dessus. Le
système de mesurage ne doit pas être influencé par la complaisance de la machine.
Pour la détermination du module en flexion, l'indicateur de flèche doit être capable de mesurer la variation de
la flèche avec une exactitude de 1 % de la valeur correspondante ou mieux, correspondant à ±3,4 µm, pour
une portée entre supports, L, de 64 mm et une épaisseur d'éprouvette, h, de 4,0 mm (voir Figure 3). D'autres
portées et épaisseurs d'éprouvette conduisent à des exigences différentes relatives à l'exactitude de
l'indicateur de flèche.
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Tout indicateur de flèche capable de mesurer la flèche avec l'exactitude spécifiée ci-dessus convient.
NOTE Le déplacement de la traverse mobile englobe non seulement la flèche de l'éprouvette mais également
l'indentation de la tête du poinçon et des supports dans l'éprouvette ainsi que la déformation de la machine. Cette dernière
dépend de la machine ainsi que de la charge. Les résultats obtenus sur différents types de machines ne sont donc pas
comparables.
En général, le déplacement de la traverse mobile n'est pas adapté pour la détermination du module sauf si
une correction de la complaisance est appliquée.
Légende
1 éprouvette
F force appliquée
R rayon du poinçon de charge
1
R rayon des supports
2
h épaisseur de l'éprouvette
l longueur de l'éprouvette
L portée entre supports
Figure 2 — Position de l'éprouvette au départ de l'essai
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Légende
σ contrainte en flexion
ε déformation en flexion
s flexion correspondante pour une éprouvette de 4 mm d'épaisseur et une portée entre supports de 64 mm
Figure 3 — Exigences relatives à l'exactitude pour la détermination du module en flexion
5.5 Dispositifs de mesurage de la largeur et de l'épaisseur des éprouvettes
5.5.1 Matériaux rigides
5.5.1.1 Épaisseur de l'éprouvette
Mesurer l'épaisseur au moyen d'un micromètre, en des points se situant à ±2 mm près du centre de
l'éprouvette, conformément à l'ISO 16012, en utilisant toutefois un micromètre dont l'exactitude est de
±0,01 mm, par opposition à la valeur d'exactitude de ±0,02 mm spécifiée dans l'ISO 16012. Le palpeur doit
posséder une surface de contact plate et circulaire, d'un diamètre W 4 mm et la touche fixe doit avoir une
surface de contact sphérique d'un rayon de 50 mm pour éviter les erreurs par désalignement avec
l'éprouvette.
5.5.1.2 Largeur de l'éprouvette
Mesurer la largeur conformément à l'ISO 16012, au moyen d'un micromètre dont l'exactitude est de ±0,02 mm,
comme spécifié dans l'ISO 16012. Le palpeur doit avoir une surface de contact plate et circulaire, d'un
diamètre de 1 mm, ou une surface de contact rectangulaire dont le côté qui sera parallèle à la largeur de
l'éprouvette mesure 1 mm de long.
5.5.2 Matériaux souples
Mesurer les dimensions des éprouvettes conformément à l'ISO 23529.
6 Éprouvettes
6.1 Forme et dimensions
6.1.1 Généralités
Les dimensions des éprouvettes doivent être conformes à la norme relative au matériau concerné et, s'il y a
lieu, à 6.1.2 ou 6.1.3. Autrement, le type d'éprouvette doit faire l'objet d'un accord entre les parties intéressées.
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6.1.2 Type d'éprouvette recommandé
Les dimensions, en millimètres, de l'éprouvette recommandée sont:
longueur, l: 80 ± 2
largeur, b: 10,0 ± 0,2
épaisseur, h: 4,0 ± 0,2
Quelle que soit l'éprouvette, l'épaisseur de la partie centrale sur un tiers de la longueur ne doit pas varier de
plus de 2 % de sa valeur moyenne. La largeur ne doit pas varier de plus de 3 % de sa valeur moyenne sur
cette partie de l'éprouvette. Il convient que la section transversale de l'éprouvette soit de préférence
rectangulaire, sans bords arrondis, à l'exception de ce qui est noté en 6.4.
L'éprouvette recommandée peut être usinée à partir de la partie centrale d'une éprouvette à usages multiples
conforme à l'ISO 20753.
6.1.3 Autres éprouvettes
Lorsqu'il n'est pas possible ou souhaitable d'utiliser l'éprouvette recommandée, utiliser une éprouvette dont
les dimensions sont données dans le Tableau 2.
NOTE Certaines spécifications exigent que les éprouvettes prélevées dans des feuilles d'épaisseur supérieure à une
limite supérieure spécifiée soient réduites à une épaisseur normalisée par usinage d'une face seulement. Dans ces cas, il
est de pratique courante de placer l'éprouvette de façon que la surface d'origine de l'éprouvette soit en contact avec les
deux supports et que la force soit appliquée par le poinçon de charge central sur la face usinée de l'éprouvette.
Tableau 2 — Valeurs de la largeur, b, en fonction de l'épaisseur, h
Dimensions en millimètres
a
Largeur, b
Épaisseur nominale, h
(±0,5)
1 < h u 3 25,0
3 < h u 5 10,0
5 < h u 10 15,0
10 < h u 20 20,0
20 < h u 35 35,0
35 < h u 50 50,0
a
Pour des matériaux avec des charges très grossières, la largeur minimale doit
être de 30 mm.
6.2 Matériaux anisotropes
6.2.1 Dans le cas de matériaux ayant des propriétés en flexion qui dépendent de l'orientation, les
éprouvettes doivent être choisies de façon que la contrainte en flexion soit appliquée de la même manière et
dans la même direction que pour l'application finale, si elle est connue. La relation entre l'éprouvette et le
produit final envisagé permettra de déterminer la faisabilité d'utilisation d'éprouvettes normalisées.
NOTE La position ou l'orientation et les dimensions des éprouvettes ont parfois une influence très significative sur les
résultats d'essai.
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6.2.2 Lorsque le matériau présente une différence significative (> 20 %) des propriétés en flexion dans
deux directions principales, il doit être soumis à essai dans ces deux directions. L'orientation des éprouvettes
par rapport aux directions principales doit être notée (voir Figure 4).
Légende
L direction suivant la longueur du produit
W direction suivant la largeur du produit
Position de l'éprouvette Direction du produit Direction de la force
LN Longueur
Perpendiculaire
WN Largeur
LP Longueur
Parallèle
WP Largeur
Figure 4 — Position de l'éprouvette en fonction de la direction du produit et de la direction de la force
6.3 Préparation des éprouvettes
6.3.1 Compositions pour moulage, extrusion et coulée
Les éprouvettes doivent être préparées conformément à la spécification du matériau concerné. Lorsqu'il
n'existe aucune spécification, et sauf spécification contraire, les éprouvettes doivent être soit directement
moulées par compression conformément à l'ISO 293 ou l'ISO 295 ou moulées par injection conformément à
l'ISO 294-1 ou l'ISO 10724-1, selon le cas.
6.3.2 Feuilles
Les éprouvettes doivent être usinées à partir de feuilles ou de produits finis ou semi-finis conformément à
l'ISO 2818.
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6.4 Contrôle des éprouvettes
Les éprouvettes doivent être exemptes de torsion et de préférence avoir leurs surfaces mutuellement
perpendiculaires (cependant, voir Note). Les surfaces et les bords doivent être exempts de retassures, de
rayures, de creux et de bavures (voir l'ISO 294-1:1996/Amd.2:2005, Annexe D).
La conformité des éprouvettes à ces exigences doit être vérifiée par un examen visuel de la rectitude des
bords, de la perpendicularité et de la planéité et par une mesure avec des comparateurs micrométriques.
Des éprouvettes présentant un écart mesurable ou observable par rapport à l'une ou plusieurs de ces
exigences doivent être éliminées ou usinées aux dimensions et à la forme correctes avant l'essai.
NOTE Les éprouvettes moulées par injection ont habituellement des angles de dépouille compris entre 1° et 2° pour
faciliter le démoulage. Par conséquent, les faces opposées des éprouvettes moulées ne sont généralement pas parallèles.
De plus, les éprouvettes moulées par injection ne sont jamais totalement exem
...
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