Type de document

Rapports de recherche scientifique

Année de publication

2005

Langue

Français

Résumé

L’objectif principal de ce projet était d’étudier les aspects fondamentaux reliés au comportement des matériaux de protection vis-à-vis des agresseurs mécaniques multiples comportant la coupure et la perforation. Une meilleure compréhension de ces phénomènes permettra aux fabricants de gants et de vêtements de protection de développer des nouveaux matériaux plus performants. Comme point de départ, des études très fouillées concernant les phénomènes de coupure et de perforation, traitées comme des sujets de recherche indépendants, ont été réalisées. Cette étape était primordiale vu le peu d’information existante concernant les recherches sur les mécanismes de coupure et de perforation. L’absence de méthodes reconnues était la cause du peu de progrès observé dans le domaine du développement des matériaux de protection pour protéger les travailleurs par rapport aux agresseurs mécaniques, responsables de plus de 20 % de l’ensemble des lésions en milieu de travail. En l’absence de matériaux performants, les travailleurs doivent porter plus d’un gant à la fois, l’un par-dessus l’autre, pour se protéger contre des agresseurs multiples tels que coupures et perforations simultanées, qui sont les situations les plus retrouvées dans les milieux de travail.

Vu l’envergure du problème et le peu d’information existante, cette recherche a porté sur le développement des connaissances par rapport aux phénomènes de coupure et de perforation, lesquels sont traités dans ce rapport dans des sections distinctes.

En ce qui concerne la résistance à la coupure, jusqu’à la fin des années 90, il n’y avait pas d’information sur les propriétés des matériaux de protection par rapport à ce type de sollicitation. L’absence de méthode d’essai pour caractériser la performance des matériaux était la cause de ce manque d’information. Dans la pratique, la méthode la plus utilisée dans les milieux de travail reposait sur l’essai-erreur, pour chercher la meilleure protection aux agresseurs mécaniques et dans des applications demandant beaucoup de dextérité. La méthode développée à l’IRSST qui est maintenant reconnue internationalement dans les normes ASTM et ISO, est venue combler cette lacune et permet maintenant le développement de connaissances par rapport à ce phénomène.

Dans ce rapport, nous faisons état des connaissances développées dans cette recherche par rapport au phénomène de coupure. Nous avons limité les travaux aux matériaux les plus utilisés dans la fabrication des gants et des vêtements de protection, soit les caoutchoucs néoprène, nitrile et le caoutchouc naturel. L’étude a permis de mettre en évidence l’importance des coefficients de friction, issus des interactions entre la lame et le matériau, sur la résistance des matériaux à la coupure. Cette force peut être plusieurs fois plus élevée que la force normale appliquée pour provoquer la coupure du matériau. Plus la force de friction est élevée, plus la résistance des matériaux à la coupure sera élevée.

Une interprétation du phénomène de coupure du point de vue fondamental a été proposée et des calculs théoriques issus de cette interprétation ont permis d’établir les contributions des différentes forces intervenant dans le phénomène de coupure. Ces calculs ont été validés par des essais expérimentaux. Vu l’importance des coefficients de friction sur la résistance à la coupure, une étude sur l’effet de la déformation des matériaux intervenant lors de l’utilisation des gants ou les vêtements de protection (e.g. les gants lorsqu’on plie les doigts) a été réalisée. Il a été démontré que la déformation des matériaux peut avoir un impact majeur sur la diminution de la résistance des matériaux à la coupure, qui est causée par la diminution de l’effet de friction. Il a été trouvé aussi que le même effet peut être observé lorsque les matériaux sont contaminés avec des lubrifiants.

En ce qui concerne la perforation, il existe plusieurs essais qu’utilisent des sondes de perforation de géométries différentes. Cependant, bien que ces essais servent à caractériser la résistance des matériaux à la perforation suivant le type de sonde utilisée, ils ne donnent aucune information sur les propriétés intrinsèques des matériaux. Dans cette étude, une analyse très détaillée sur l’effet des différents types de sondes coniques, cylindriques ainsi que des aiguilles médicales utilisées comme sonde, sur les mesures de perforation a été réalisée.

Une analyse détaillée du phénomène de perforation a été réalisée et une interprétation sur la contribution des forces en jeu et leur influence dans les résultats des tests de perforation pour les différents types de sondes, a été proposée. Il a été trouvé que les mesures réalisées avec des sondes coniques sont très affectées par les forces exercées par les matériaux sur les parois de l’extrémité conique de la sonde. Il a été aussi démontré que l’angle de la partie conique de la sonde a une très grande influence sur les mesures de perforation. Par contre, les sondes cylindriques avec des extrémités arrondies ou planes, ne sont pas affectées par ce type de problème, elles sont beaucoup plus faciles à fabriquer et les résultats sont beaucoup plus fiables.

En ce qui a trait aux aiguilles de type médical, utilisées comme sondes de perforation, il a été trouvé que le phénomène est complexe, dans lequel la coupure et la perforation sont combinées. L’effet du vieillissement des matériaux par la température qui provoque un durcissement de celui-ci avec perte de ses propriétés élastiques, a un effet inégal sur la résistance à la perforation selon le type de sonde utilisée. Les valeurs de résistance à la perforation augmentent avec le temps de vieillissement des caoutchoucs lorsque les tests sont réalisés avec des sondes cylindriques (arrondies ou planes), alors que la résistance diminue lorsqu’ils sont caractérisés avec des aiguilles médicales comme sonde de perforation.

Cette étude constituait l’étape initiale de recherches visant à explorer les phénomènes de coupure et de perforation. Auparavant, peu d’études avaient été réalisées à cause du manque de méthodes d’essai fiables pour caractériser les propriétés des matériaux de protection. Le développement des connaissances issues de cette recherche permettra dans un deuxième temps, de s’attaquer au sujet plus complexe qui est la question des risques simultanés coupure et perforation, qui a été le but visé par nos travaux.

Mots-clés

Gant de protection, Protective glove, Essai des matériaux, Material testing, Risque mécanique, Mechanical hazard, Essai à la perforation, Perforation testing, Résistance à la perforation, Penetration resistance, Résistance des matériaux, Strength of materials, Caoutchouc nitrile, Nitrile rubber, Caoutchouc naturel

Numéro de projet IRSST

0099-1010

Numéro de publication IRSST

R-424

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