ISO 23936-4:2024
(Main)Oil and gas industries including lower carbon energy — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production — Part 4: Fiber-reinforced composite materials
Oil and gas industries including lower carbon energy — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production — Part 4: Fiber-reinforced composite materials
This document provides general principles, requirements and recommendations for the assessment of stability of fibre-reinforced composite materials for service in equipment used in oil and gas production environments. This document describes the procedures for comparative testing of composite materials consisting of polymers (thermoplastics and thermosets) and re-enforcing materials e.g. glass, carbon, aramid and metals as continuous fibres or woven fabric used in equipment for oil and gas production. Testing and characterization of neat resins and fibre products are beyond the scope of this document. The equipment considered includes, but is not limited to, non-metallic pipelines, piping, liners and downhole tool components. Blistering by rapid gas decompression, coatings and compounded particulate- and short fibre-reinforced composites are excluded from the scope of this document.
Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible teneur en carbone — Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de pétrole et de gaz — Partie 4: Matériaux composites renforcés de fibres
Le présent document fournit les principes généraux, les exigences et les recommandations pour l'évaluation de stabilité des matériaux composites renforcés de fibres destinés aux équipements utilisés dans des environnements de production de l'industrie pétrolière et gazière. Le présent document décrit les procédures d'essai comparatif des matériaux composites constitués de polymères (matériaux thermoplastiques et thermodurcissables) et de matériaux de renforcement tels que le verre, le carbone, l'aramide et les métaux sous forme de fibres continues ou de tissus utilisés dans les équipements destinés à la production de pétrole et de gaz. Les essais et la caractérisation des résines pures et des produits à base de fibres ne relèvent pas du domaine d'application du présent document. Les équipements considérés incluent, mais sans s'y limiter, les conduites, les canalisations, les chemisages et les composants d'outils de fond non métalliques. Le cloquage résultant de la décompression rapide du gaz, les revêtements et les matériaux composites renforcés par des particules composées et des fibres courtes n'entrent pas dans le domaine d'application du présent document.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 23936-4
First edition
Oil and gas industries including
2024-09
lower carbon energy — Non-
metallic materials in contact
with media related to oil and gas
production —
Part 4:
Fiber-reinforced composite
materials
Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible
teneur en carbone — Matériaux non métalliques en contact avec
les fluides relatifs à la production de pétrole et de gaz —
Partie 4: Matériaux composites renforcés de fibres
Reference number
© ISO 2024
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions and abbreviated terms . 3
3.1 Terms and definitions .3
3.2 Abbreviated terms .4
4 Technical requirements . 5
4.1 General requirements .5
4.2 Cautionary remarks .7
4.3 Traceability .7
4.4 Test specimen identification .7
4.5 Validation of conformity .9
4.6 Quality control for fabrication of laminated test plates .10
4.6.1 General .10
4.6.2 Quality control for fabrication of plates .10
4.7 Test specimen preparation, quality control and identification . 12
4.7.1 Preparation of test specimens . 12
4.7.2 Quality control of specimen preparation . 12
5 Level 1 – Material property characterization .12
5.1 General . 12
5.2 Reporting .14
6 Level 2 - Material stability (short-term) . 14
6.1 General .14
6.2 Test criteria .14
6.2.1 General .14
6.2.2 Exposure temperature . 15
6.2.3 Exposure durations . 15
6.2.4 Test fluids . . . 15
6.2.5 Property test methods . 15
6.2.6 Threshold criteria . 15
6.3 Preconditioning considerations .16
6.4 Reporting .16
7 Level 3 – Material stability (accelerated) .16
7.1 General .16
7.2 Exposure temperatures . .17
7.3 Exposure durations .17
7.4 Exposure fluids .18
7.5 Initial swelling .18
7.6 Property test methods.18
7.7 Threshold criteria .18
7.8 Preconditioning considerations .18
7.9 Evaluation of data for Level 3 .19
7.10 Reporting .19
8 Level 4 – Material stability (long-term) .20
8.1 General requirements for Level 4 evaluation. 20
8.2 Exposure temperatures . 20
8.3 Exposure durations . 20
8.4 Exposure fluids . 20
8.5 Initial swelling . 20
8.6 Property test methods. 20
8.7 Guidance for selection of Level 4 test methods .21
iii
8.8 Preconditioning considerations .21
8.9 Evaluation of data for Level 4 .21
8.10 Threshold baseline .21
8.11 Threshold criteria for composites . 22
Annex A (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for ageing of composite
materials .23
Annex B (normative) Fabrication of laminated plates .40
Annex C (normative) Specimen extraction from laminated plates .45
Annex D (normative) Quality control and documentation of laminate and thermoplastic UD-
tape .49
Annex E (informative) Considerations for short-term thermomechanical evaluation and
qualification .53
Annex F (informative) Selecting elevated temperatures for accelerated tests .54
Bibliography .56
iv
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 document 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).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of 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 www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Oil and gas industries including lower carbon
energy, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/
TC 12, Oil and gas industries including lower carbon energy, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 23936 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
Introduction
Non-metallic materials are used in the petroleum, petrochemical and natural gas industries for a wide range
of components. The purpose of this document is to establish requirements and guidelines for systematic and
effective planning, for non-metallic material selection to achieve cost effective technical solutions, taking
into account possible constraints due to safety and/or environmental issues.
This document is of benefit to a broad industry group ranging from operators and suppliers to engineers
and authorities. It covers relevant generic types of non-metallic material (e.g. thermoplastics, elastomers,
thermosetting plastics) and includes the widest range of existing technical experience.
This information aids in material selection. It can be applied to help avoid costly degradation failures
of the equipment itself, which can pose a risk to the health and safety of the public and personnel or the
environment. This document complements the document for metallic materials in sour service (the
ISO 15156 series). It differs in the form of guidance provided to the user related to the potential degradation
of desired properties when used in equipment for oil and gas production environments. The ISO 15156
series provides application limits and qualification requirements for metallic materials in H S-containing
environments which are related solely to relevant environmentally assisted cracking mechanisms.
Mechanical properties and the environmental stability of composite materials depend on the properties and
environmental stability of matrix resins, fibres and fibre/resin bonding interfaces. This document focuses
on the overall composite properties and their environmental stability. To permit this assessment this
document utilizes flat plates and/or tubular shapes made specifically for these tests.
The document recognizes that a wider range of compounds and parameters influence the degradation of
non-metallic materials and thus provides guidance to permit selection of materials for oil and gas exploration
and production applications based upon stability in appropriate test conditions.
vi
International Standard ISO 23936-4:2024(en)
Oil and gas industries including lower carbon energy — Non-
metallic materials in contact with media related to oil and gas
production —
Part 4:
Fiber-reinforced composite materials
CAUTION — Non-metallic materials selected using the ISO 23936 series are resistant to the given
environments in the petroleum and natural gas industries, but not necessarily immune under all
service conditions. This document allocates responsibility for suitability for the intended service in
all cases to the equipment user.
1 Scope
This document provides general principles, requirements and recommendations for the assessment of
stability of fibre-reinforced composite materials for service in equipment used in oil and gas production
environments.
This document describes the procedures for comparative testing of composite materials consisting of
polymers (thermoplastics and thermosets) and re-enforcing materials e.g. glass, carbon, aramid and metals
as continuous fibres or woven fabric used in equipment for oil and gas production.
Testing and characterization of neat resins and fibre products are beyond the scope of this document.
The equipment considered includes, but is not limited to, non-metallic pipelines, piping, liners and downhole
tool components.
Blistering by rapid gas decompression, coatings and compounded particulate- and short fibre-reinforced
composites are excluded from the scope of this document.
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 175, Plastics — Methods of test for the determination of the effects of immersion in liquid chemicals
ISO 527-4, Plastics — Determination of tensile properties — Part 4: Test conditions for isotropic and orthotropic
fibre-reinforced plastic composites
ISO 527-5, Plastics — Determination of tensile properties — Part 5: Test conditions for unidirectional fibre-
reinforced plastic composites
ISO 1172, Textile-glass-reinforced plastics — Prepregs, moulding compounds and laminates — Determination of
the textile-glass and mineral-filler content using calcination methods
ISO 1183-1, Plastics — Methods for determining the density of non-cellular plastics — Part 1: Immersion method,
liquid pycnometer method and titration method
ISO 1268-1, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 1: General conditions
ISO 1268-3, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 3: Wet compression moulding
ISO 1268-4, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 4: Moulding of prepregs
ISO 1268-5, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 5: Filament winding
ISO 1268-7, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 7: Resin transfer moulding
ISO 1268-9, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 9: Moulding of GMT/STC
ISO 2781, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of density
ISO 6721-11, Plastics — Determination of dynamic mechanical properties — Part 11: Glass transition
temperature
ISO 7822, Textile glass reinforced plastics — Determination of void content — Loss on ignition, mechanical
disintegration and statistical counting methods
ISO 11357-2, Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 2: Determination of glass transition
temperature and step height
ISO 14126, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of compressive properties in the in-plane
direction
ISO 14127, Carbon-fibre-reinforced composites — Determination of the resin, fibre and void contents
ISO 14129, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of the in-plane shear stress/shear strain
response, including the in-plane shear modulus and strength, by the plus or minus 45 degree tension test method
ISO 14130, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of apparent interlaminar shear strength by
short-beam method
ISO 15024, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of mode I interlaminar fracture toughness, G ,
IC
for unidirectionally reinforced materials
ISO 15114, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of the mode II fracture resistance for
unidirectionally reinforced materials using the calibrated end-loaded split (C-ELS) test and an effective crack
length approach
EN 2564, Aerospace series – Carbon fibre laminates – Determination of the fibre, resin and void contents
ASTM D792, Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by
Displacement
ASTM E1131, Standard Test Method for Compositional Analysis by Thermogravimetry
ASTM D2290, Standard Test Method for Apparent Hoop Tensile Strength of Plastic or Reinforced Plastic Pipe
ASTM D2344, Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their
Laminates
ASTM D2412, Standard Test Method for Determination of External Loading Characteristics of Plastic Pipe by
Parallel-Plate Loading
ASTM D3039, Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials
ASTM D3171, Standard Test Methods for Constituent Content of Composite Materials
ASTM D3410, Standard Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials with
Unsupported Gage Section by Shear Loading
ASTM D3418, Standard Test Method for Transition Temperatures and Enthalpies of Fusion and Crystallization of
Polymers by Differential Scanning Calorimetry
ASTM D3518, Standard Test Method for In-Plane Shear Response of Polymer Matrix Composite Materials by
Tensile Test of a ±45° Laminate
ASTM D5229, Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of
Polymer Matrix Composite Materials
ASTM D5379, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method
ASTM D5448, Standard Test Method for Inplane Shear Properties of Hoop Wound Polymer Matrix Composite
Cylinders
ASTM D5449, Standard Test Method for Transverse Compressive Properties of Hoop Wound Polymer Matrix
Composite Cylinders
ASTM D5450, Standard Test Method for Transverse Tensile Properties of Hoop Wound Polymer Matrix Composite
Cylinders
ASTM D5528, Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-
Reinforced Polymer Matrix Composites
ASTM D6641, Standard Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials Using a
Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture
ASTM D7028, Standard Test Method for Glass Transition Temperature (DMA Tg) of Polymer Matrix Composites
by Dynamic Mechanical Analysis (DMA)
ASTM D7078, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by V-Notched Rail Shear Method
ASTM D7905, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by V-Notched Rail Shear Method
Standard Test Method for Determination of the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-
Reinforced Polymer Matrix Composites
NPL (2020) Measurement Good Practice Guide No. 38, Fibre Reinforced Plastic Composites – Machining of
1)
Composites and Specimen Preparation; National Physical Laboratory (UK)
3 Terms and definitions and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1.1
composite material
fibre-reinforced material system consisting of thermoplastic or thermoset polymers and reinforcing
materials in the form of long and continuous glass, carbon and/or aramid fibres or woven fabric
3.1.2
fabricator
producer of test plates and specimens
1) Available at www .npl .co .uk.
3.1.3
glass transition temperature
T
g
characteristic value of the temperature range over which the glass transition takes place and at which the
composite material's (3.1.1) mechanical properties change from elastic (glassy) state to viscous (rubbery) state
Note 1 to entry: The assigned glass transition temperature (T ) may vary, depending on the specific property and
g
on the method and conditions selected to measure it [for instance, by differential scanning calorimetry (DSC) or by
dynamic mechanical analysis (DMA)].
3.1.4
lamina
ply
thin, single sheet of long and continuous reinforcing fibres sharing the same orientation in a polymeric resin
matrix built up into a flat or curved arrangement
3.1.5
laminate
combination of laminas (3.1.4)
3.1.6
manufacturer
producer of the materials used for creation of semi-finished and/or finished products
3.1.7
sizing
optional treatments usually applied to yarn by manufactures (3.1.6) for reasons that can include increasing
fibre-matrix compatibility, as well as facilitating handling during manufacture
3.1.8
wet T
g
glass transition temperature (3.1.3) of the fluid saturated material
3.2 Abbreviated terms
ATM accelerated testing method
CA autoclave cured
CH hot-press cured
CNC computerized numerical control
CO oven cured
COA certificate of analysis
COC certificate of conformity
COV coefficient of variation
CU UV cured
DMA dynamic mechanical analysis
DSC differential scanning calorimetry
GFRP glass fibre reinforced polymer
GMT glass fibre mat reinforced thermoplastic
HDT heat deflection temperature
HPHT high-pressure high-temperature
IPS in plane shear
LF filament winding lamination
LP prepreg lamination
LR vacuum-assisted resin-transfer moulding
LW wet layup lamination
MOL material operational limit
NDT non-destructive testing
PA Polyamide
ppm (vol) volume parts per million volume parts
QC quality control
QD quality documentation
SEM scanning electron microscopy
STC sheet thermoplastic composite
TA autoclave consolidation
TI isothermal consolidation
TP hot pressing
TGA thermogravimetric analysis
UD unidirectional
UV ultraviolet light
4 Technical requirements
4.1 General requirements
Composite selection depends upon material property characteristics and fluid ageing behaviour. This
document establishes four levels of testing for the purpose of comparing the properties of various composite
materials. The testing methods at the material level shall focus upon the laminate and specimen geometry
and do not represent a functional application test which is beyond the scope of this document. The specimen
layup described is to provide a consistent, common basis for generating comparable data for different
composite materials. Specific testing shall be required for the actual layup for samples representative of the
final product form. Material property data are generated at the four levels to allow consistent comparison
of the subject materials. Generic data shall be derived per Level 1 and Level 2 including threshold criteria,
solely for the purpose of producing information for preselection. Where the user requires accelerated ageing
material stability data in a multi-phase H S containing fluid, Level 3 shall apply. Where the user requires the
material stability data beyond 56 days and an attempted long-term life estimation, Level 4 shall apply.
NOTE Ageing of composites faces combined challenges. Polymer or thermoset ageing alone deals in most
cases with quasi-isotropic material properties. Composites of any configuration furthermore deal with polymeric
challenges as well as with highly anisotropic properties resulting from fibre and interface properties, which can age
very differently than the matrix material. All effects can overlay and become apparent in different failure modes or
shifts thereof over the ageing period.
Ageing experiments can be designed in the following way to extract meaningful information, especially with regards
to establishing lifetime models with these complex effects in mind:
a) identify possible ageing mechanisms for matrix material;
b) identify possible ageing mechanisms for fibre material;
c) identify possible ageing mechanisms for interface;
d) differentiate between physical and chemical ageing;
e) differentiate between reversible and irreversible ageing;
f) identify probabilities for the above-mentioned mechanisms to occur simultaneously during test periods;
g) rank mechanisms for severity;
h) rank for material characterization or application related testing;
i) exclude any unwanted ageing mechanism by physical/chemical exclusion of other ageing influences (monitored
and protocolled), choosing variations in layup to promote specific failure, or some combination of both.
Level 1 conformity consists of the characterization and documentation of material properties in a material
data report. It includes a COC for batch quality control testing. See 5.1 and Table 2 for a list of the required
material properties to be documented. Physical and mechanical properties shall be characterized on
materials in their unaged condition. These standard properties assist with the selection of materials that
meet a design specification. Some property tests are also used for quality assurance and control. Level 1
testing establishes a baseline for higher level testing.
Level 2 conformity pertains to material stability (ageing) behaviour and shall be accompanied by a report.
Clause 6 provides requirements for Level 2 conformity. The effect of the first three fluids listed in 6.2.4 on
material properties shall be investigated with real time ageing studies. A material’s resistance to chemical/
physical/mechanical change is determined.
Level 3 conformity pertains to material stability (accelerated ageing) behaviour and shall be accompanied
by a report. Clause 7 provides requirements for Level 3 conformity. The effects on material properties of
three temperature aging evaluations shall be investigated. The intent of Level 3 evaluations is to accelerate
material property changes specifically in multi-phase H S-fluids.
Level 4 conformity pertains to a material stability (long-term) assessment of 180 days or longer. Level 4
attempts life estimation and shall be accompanied by a report. Clause 8 provides requirements for Level
4 conformity. The intent of Level 4 assessment is to predict the material’s progressive degradation; hence
conformity threshold recommendations are offered for life estimation purposes. The report shall include
a thorough account of data analysis, extrapolation, life estimation, and statistical confidence. Users shall
evaluate the threshold criteria, life estimation results and all methodology to determine the suitability of
materials for application.
All reports shall detail the testing and analysis that was performed as well as the edition of this document
utilized at time of testing.
Laboratory studies using standard test conditions may not derive data that can be used for design purposes.
The user may require fit-for-purpose testing or alternative testing to simulate production conditions to
allow materials selection for final application. Component functional testing is not detailed in this document.
If there is scientific evidence on resistance of the material to the chemicals at the intended pressure and
temperatures then such material may be exempt from Level 3 and Level 4.
4.2 Cautionary remarks
Designers should not assume that properties provided in a material data report as defined in Clause 5
accurately represent those properties found in finished product geometries. The method of conversion is
known to have an impact on these properties and that impact should be accounted for during design.
Life estimation usefulness and certainty can increase when longer term data are used to establish the
degradation trend. Level 3 testing at durations up to 56 days are most useful for shorter term (up to 1 year)
life estimations and can have reduced certainty for long-term (greater than 1 year) life estimations. Level
4 testing requires up to 180 day or longer data in an effort to create higher certainty in long-term life
estimation.
In some cases, progressive degradation of composites over long periods of time at temperatures well above
the target service temperature is not observed. The data and the attempted life estimation are still valuable
because they demonstrate material stability in that test environment.
4.3 Traceability
For a final component to maintain its ISO 23936-4 material conformity, it shall be made from a composite
material that conforms with this document. The entire compound manufacturing process shall be fully
traceable. conformity records shall state the edition of this document used in the assessment. Reference
to conformity with the ISO 23936 series shall include the part and edition (year) of the standard used e.g.
Each component and accompanying COC shall be traceable back to the compound manufacturer. Each
company that participates in the manufacture of a compound that conforms with this document shall
maintain traceability records for a minimum of 10 years that include its own manufacturing procedures,
locations, and dates.
Further requirements on conformity and traceability over the supply chain can be found in relevant product
standards and agreed between interested parties.
4.4 Test specimen identification
The specimen fabrication details shall be reported using the following identification code system. If the type
of fibre or resin is a new class not covered below, the full designation shall be added in the datasheet.
a) Material system:
A.1 Type of reinforcement fibre (e.g. carbon: CF, E-glass: EG, ECR-glass: ECR, S-glass: SG, aramid: AR,
information regarding sizing and any additives, fibre modulus and precursor, bundle type, linear weight,
tow size and type of weave, whenever applicable) and its grade should be included if made available.
Designations for carbon, glass and aramid fibres can be provided according to ISO 13002, ASTM D578/
D578M-23 and the EN 13003 series, respectively.
NOTE Discontinuous (short) fibre reinforced composites like veils composites are covered in ISO 23936-1.
A.2 Type of resin (e.g. epoxy: EP, Phenolic: PH, Vinyl ester: VE, unsaturated polyester: UP, Polyethylene:
PE, bismaleimide: BMI, PEEK: PK, Polyphenylen sulfide: PPS, polyamide: PA, polyvinylidene fluoride:
PVDF, polypropylene: PP) and its grade.
A.3 Type of fabric arrangement [e.g. woven roving: WR, stitch-bonded: SB, unidirectional (prepreg): UD,
filament roving: FR, Braiding: BR].
b) Laminate lamina orientation and stacking sequence in test specimen preparation:
B.1 Cross-lamina laminate 0/90 orientation, [0/90] where n represents the number of repeats and s
ns,
stands for symmetrical stacking;
B.2 UD laminate [0] ;
n
B.99 other cross winded orientations like + α /- α.
c) Lamination method:
C.1 Prepreg lamination (LP);
C.2 Vacuum-assisted resin transfer moulding (LR);
C.3 Wet layup lamination (LW);
C.4 Filament winding lamination (LF);
C.5 Tape placement welding (LT);
C.99 New lamination technology (method name).
d) Consolidation method for thermoplastic composites:
D.1 Hot pressing (TP);
D.2 Isothermal consolidation (TI);
D.3 Autoclave consolidation (TA);
D.99 New consolidation technology (method name).
e) Curing method for thermoset composites:
E.1 Oven cured (CO);
E.2 Hot-press cured (CH);
E.3 Autoclave cured (CA);
E.4 UV cured (CU);
E.99 New curing technology (method name).
f) Specimen extraction orientation from [0/90] and [0] laminate or arbitrary pipe layup:
ns n
F.1 Longitudinal (OL);
F.2 Transversal (OT);
F.3 In ±45° direction (OD);
F.4 Perpendicular (hoop) to pipe axis (OP);
F.5 Along pipe axis (OA).
g) Extraction method:
G.1 Sawing (ES);
G.2 Milling/Turning (EM);
G.3 Water jet (EW);
G.4 Laser (EL);
G.99 New extraction technology (method name).
h) Tabbing method (if required):
H.1 Tabbing before extraction (BB);
H.2 Tabbing of individual specimen (BI);
H.3 Un-tabbed specimen (BU);
H.4 Tabbing before ageing (BF);
H.5 Tabbing after ageing (BA);
H.99 New tabbing technology (method name).
The test specimen identification shall give the following information: test standard, specimen type, test
speed and identification code.
EXAMPLE Sample test call out for an ISO 527-5 or ASTM D3039 tensile specimen of [0/90] laminate in zero
ns
direction:
a) ISO 527-5: 2009, Type A, 2,0 mm/min (EG/EP/[0/90] /LP/TP/CO/OL/ES/BB);
5s
b) ASTM D3039, Type A, 2,0 mm/min (EG/EP/[0/90] /LP/TP/CO/OL/ES/BB).
5s
4.5 Validation of conformity
A composite loses its conformity if changes are made to the raw material supply, the composite matrix
material formulation, reinforcement material, or the composite manufacturing process. New testing shall be
done for each desired level of conformity.
If Level 4 conformity is complete prior to change, new Level 4 testing shall not be done if Level 1, Level 2 and
Level 3 test results are equal or improved compared to previous Level 1, Level 2 and Level 3 test results.
If composite material manufacturing process is carried out at different plants/locations, a separate Level 1
conformity shall be done for each plant.
Level 1 to Level 4 testing shall not be done on the component if no compositional changes (other than due to
cross-linking reactions) have been made to the matrix material during the conversion process, regardless of
the conversion process being used. The influence of the conversion process on the physical properties and
fluid ageing behaviour of the component is outside the scope of this document.
Level 1 conformity pertains to material property characterization of laminate and shall be documented by a
material datasheet that details material properties, see Clause 5, and documented by COCs for batch quality
control testing in accordance with Annex D.
Physical and mechanical properties shall be characterized in as-received condition. These standard
properties assist with the selection of materials that meet a design specification. Some property tests are
also used for quality assurance and control.
Level 2 conformity pertains to material fluid stability (ageing) behaviour and shall be accompanied by a
report that details the testing that was performed, and the edition of this standard utilized at time of testing.
This document provides requirements for Level 2 conformity, see Clause 6.
The effect on material properties of Fluid 2.1 to Fluid 2.4 listed in 6.2.4 shall be investigated with real time
ageing studies. A material’s resistance to chemical/physical change is determined.
Level 3 evaluations include additional fluid stability (ageing) assessments such as fit-for-purpose tests or
other assessments related to service conditions, see Clause 7.
The intent of Level 3 assessment is to predict the material progressive degradation, in one of three specified
fluids, Fluid 3.1 to Fluid 3.3, which includes a bespoke fluid. Properties to be measured are taken from Level
2, 6.2.5. There are no conformity requirements for Level 3 testing. Users shall determine acceptance criteria
and suitability of materials for application.
All Level 3 activities should be accompanied by a report that details the approach undertaken in line with
the application; including the test methods and results obtained.
4.6 Quality control for fabrication of laminated test plates
4.6.1 General
QC in this document focuses upon controlling the quality and processing consistency of the fabricated
laminates and the test specimens extracted from them. This shall be achieved by:
a) ensuring the laminate fabricator is given a specification for test plate manufacture listing the constituent
materials and desired minimum laminate properties, in accordance with Annex B;
b) using methods of test specimen preparation as described in Clause 5.
As the quality control assessment can be undertaken by various members of the supply chain, it is essential
to collate the res
...
Norme
internationale
ISO 23936-4
Première édition
Industries du pétrole et du gaz
2024-09
y compris les énergies à faible
teneur en carbone — Matériaux
non métalliques en contact avec les
fluides relatifs à la production de
pétrole et de gaz —
Partie 4:
Matériaux composites renforcés
de fibres
Oil and gas industries including lower carbon energy — Non-
metallic materials in contact with media related to oil and gas
production —
Part 4: Fiber-reinforced composite materials
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et abréviations . 3
3.1 Termes et définitions .3
3.2 Abréviations.4
4 Exigences techniques . 5
4.1 Exigences générales .5
4.2 Mises en garde .7
4.3 Traçabilité .7
4.4 Identification des éprouvettes.8
4.5 Validation de la conformité .9
4.6 Contrôle qualité pour la fabrication des plaques d'essai stratifiées .10
4.6.1 Généralités .10
4.6.2 Contrôle qualité pour la fabrication des plaques .11
4.7 Préparation, contrôle qualité et identification des éprouvettes . 13
4.7.1 Préparation des éprouvettes . 13
4.7.2 Contrôle qualité de la préparation des éprouvettes . 13
5 Niveau 1 – Caractérisation des propriétés des matériaux .13
5.1 Généralités . 13
5.2 Rapports . 15
6 Niveau 2 – Stabilité des matériaux (à court terme) .15
6.1 Généralités . 15
6.2 Critères d'essai . 15
6.2.1 Généralités . 15
6.2.2 Température d'exposition .16
6.2.3 Durées d'exposition .16
6.2.4 Fluides d'essai .16
6.2.5 Méthodes d'essai des propriétés .16
6.2.6 Critères de seuil.17
6.3 Considérations en matière de pré-conditionnement .17
6.4 Rapports .17
7 Niveau 3 – Stabilité des matériaux (vieillissement accéléré) .18
7.1 Généralités .18
7.2 Températures d'exposition .18
7.3 Durées d'exposition .19
7.4 Fluides d'exposition .19
7.5 Gonflement initial . 20
7.6 Méthodes d'essai des propriétés . . 20
7.7 Critères de seuil . 20
7.8 Considérations en matière de pré-conditionnement . 20
7.9 Évaluation des données du Niveau 3 . 20
7.10 Rapports .21
8 Niveau 4 – Stabilité des matériaux (à long terme) .21
8.1 Exigences générales pour l'évaluation de Niveau 4 .21
8.2 Températures d'exposition .21
8.3 Durées d'exposition . . 22
8.4 Fluides d'exposition . 22
8.5 Gonflement initial . 22
8.6 Méthodes d'essai des propriétés . 22
8.7 Recommandations pour la sélection des méthodes d'essai du Niveau 4 . 22
iii
8.8 Considérations en matière de pré-conditionnement . 22
8.9 Évaluation des données du Niveau 4 . 22
8.10 Seuil de référence . 23
8.11 Critères de seuil pour les composites . 23
Annexe A (normative) Fluides, conditions, équipements et procédures d'essai pour le
vieillissement des matériaux composites .24
Annexe B (normative) Fabrication des plaques stratifiées . 41
Annexe C (normative) Extraction d'éprouvettes à partir de plaques stratifiées .46
Annexe D (normative) Contrôle qualité et documentation du stratifié et de la bande UD
thermoplastique .50
Annexe E (informative) Considerations for short-term thermomechanical evaluation and
qualification .54
Annexe F (informative) Selecting elevated temperatures for accelerated tests .55
Bibliographie .57
iv
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'ISO attire l'attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l'utilisation
d'un ou de plusieurs brevets. L'ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l'applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l'ISO n'avait pas
reçu notification qu'un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d'avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de brevet.
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 www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Industries du pétrole et du gaz, y compris
les énergies à faible teneur en carbone, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 12, Industries du
pétrole et du gaz, y compris les énergies à faible teneur en carbone du Comité européen de normalisation
(CEN), conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 23936 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
Les matériaux non métalliques sont utilisés dans les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz
naturel pour un large éventail de composants. Le présent document a pour objet d'établir des exigences
et des lignes directrices pour une planification systématique et efficace, ainsi que pour la sélection des
matériaux non métalliques afin d'obtenir des solutions techniques économiques, prenant en compte les
contraintes éventuelles dues à des questions de sécurité et/ou environnementales.
De nombreux acteurs de l'industrie, allant des opérateurs et fournisseurs aux ingénieurs et aux autorités,
tirent profit du présent document. Celui-ci couvre les types génériques appropriés de matériaux non
métalliques (par exemple, thermoplastiques, élastomères, plastiques thermodurcissables) et inclut les
expériences techniques existantes les plus diverses.
Ces informations viennent à l'appui de la sélection des matériaux. Elles peuvent être appliquées pour aider
à prévenir les défaillances coûteuses résultant de la dégradation de l'équipement lui-même, qui peuvent
présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Le
présent document vient en complément du document relatif aux matériaux métalliques en service corrosif
(la série ISO 15156). Par la forme, il diffère des recommandations fournies à l'utilisateur concernant la
dégradation potentielle des propriétés recherchées dans le cadre d'une utilisation avec des équipements
destinés à des environnements de production de l'industrie pétrolière et gazière. La série ISO 15156
fournit les limites d'application et exigences de qualification pour les matériaux métalliques dans des
environnements contenant du H S qui sont uniquement liées aux mécanismes pertinents de fissuration due
à l'environnement.
Les propriétés mécaniques et la stabilité environnementale des matériaux composites dépendent des
propriétés et de la stabilité environnementale des résines, des fibres et des interfaces de liaison fibre/
résine de la matrice. Le présent document porte sur les propriétés globales des composites et leur stabilité
environnementale. Afin de permettre cette évaluation, le présent document utilise des plaques plates et/ou
des formes tubulaires fabriquées spécifiquement pour ces essais.
Le présent document reconnaît qu'un plus large éventail de compositions et de paramètres ont une incidence
sur la dégradation des matériaux non métalliques et, par conséquent, il fournit des recommandations
facilitant la sélection des matériaux pour les applications d'exploration et de production de pétrole et de gaz
en se fondant sur la stabilité dans des conditions d'essai appropriées.
vi
Norme internationale ISO 23936-4:2024(fr)
Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible
teneur en carbone — Matériaux non métalliques en contact
avec les fluides relatifs à la production de pétrole et de gaz —
Partie 4:
Matériaux composites renforcés de fibres
ATTENTION — Les matériaux non métalliques sélectionnés à l'aide de la série ISO 23936 sont
résistants aux environnements trouvés dans les industries du pétrole et du gaz naturel, mais pas
nécessairement dans toutes les conditions de service. Dans tous les cas, dans le cadre du présent
document, il incombe à l'utilisateur de l'équipement de s'assurer que les matériaux sélectionnés sont
appropriés pour le service prévu.
1 Domaine d'application
Le présent document fournit les principes généraux, les exigences et les recommandations pour l'évaluation
de stabilité des matériaux composites renforcés de fibres destinés aux équipements utilisés dans des
environnements de production de l'industrie pétrolière et gazière.
Le présent document décrit les procédures d'essai comparatif des matériaux composites constitués de
polymères (matériaux thermoplastiques et thermodurcissables) et de matériaux de renforcement tels que
le verre, le carbone, l'aramide et les métaux sous forme de fibres continues ou de tissus utilisés dans les
équipements destinés à la production de pétrole et de gaz.
Les essais et la caractérisation des résines pures et des produits à base de fibres ne relèvent pas du domaine
d'application du présent document.
Les équipements considérés incluent, mais sans s'y limiter, les conduites, les canalisations, les chemisages et
les composants d'outils de fond non métalliques.
Le cloquage résultant de la décompression rapide du gaz, les revêtements et les matériaux composites
renforcés par des particules composées et des fibres courtes n'entrent pas dans le domaine d'application du
présent document.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils 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 175, Plastiques — Méthodes d'essai pour la détermination des effets de l'immersion dans des produits
chimiques liquides
ISO 527-4, Plastiques — Détermination des propriétés en traction — Partie 4: Conditions d'essai pour les
composites plastiques renforcés de fibres isotropes et orthotropes
ISO 527-5, Plastiques — Détermination des propriétés en traction — Partie 5: Conditions d'essai pour les
composites plastiques renforcés de fibres unidirectionnelles
ISO 1172, Plastiques renforcés de verre textile — Préimprégnés, compositions de moulage et stratifiés —
Détermination des taux de verre textile et de charge minérale par des méthodes calcination
ISO 1183-1, Plastiques — Méthodes de détermination de la masse volumique des plastiques non alvéolaires —
Partie 1: Méthode par immersion, méthode du pycnomètre en milieu liquide et méthode par titrage
ISO 1268-1, Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d'essai — Partie 1: Conditions
générales
ISO 1268-3, Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication des plaques d'essai — Partie 3: Moulage
par compression voie humide
ISO 1268-4, Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d'essai — Partie 4: Moulage de
préimprégnés
ISO 1268-5, Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d'essai — Partie 5: Moulage
par enroulement filamentaire
ISO 1268-7, Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d'essai — Partie 7: Moulage par
transfert de résine
ISO 1268-9, Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d'essai — Partie 9: Moulage
des GMT/STC
ISO 2781, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la masse volumique
ISO 6721-11, Plastiques — Détermination des propriétés mécaniques dynamiques — Partie 11: Température de
transition vitreuse
ISO 7822, Plastiques renforcés de verre textile — Détermination de la teneur en vide — Méthodes par perte au
feu, par désintégration mécanique et par comptage statistique
ISO 11357-2, Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) — Partie 2: Détermination de la
température et de la hauteur de palier de transition vitreuse
ISO 14126, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination des caractéristiques en compression
dans le plan
ISO 14127, Composites renforcés de fibres de carbone — Détermination des teneurs en résine, en fibre et en vide
ISO 14129, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination de la réponse contrainte-déformation en
cisaillement plan, module et résistance compris, par essai de traction à plus ou moins 45 degrés
ISO 14130, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination de la résistance au cisaillement
interlaminaire apparent par essai de flexion sur appuis rapprochés
ISO 15024, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination de la ténacité à la rupture interlaminaire
en mode I, G , de matériaux composites à matrice polymère renforcés de fibres unidirectionnelles
IC
ISO 15114, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination de la résistance à la rupture en mode II
de matériaux renforcés de fibres unidirectionelles en utilisant l'essai de délaminage (C-ELS) et une approche de la
longueur de fissure réelle
EN 2564, Série aérospatiale — Stratifiés de fibres de carbone — Détermination de la teneur en fibres, en résine
et du taux de porosité
ASTM D792, Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by
Displacement
ASTM E1131, Standard Test Method for Compositional Analysis by Thermogravimetry
ASTM D2290, Standard Test Method for Apparent Hoop Tensile Strength of Plastic or Reinforced Plastic Pipe
ASTM D2344, Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their
Laminates
ASTM D2412, Standard Test Method for Determination of External Loading Characteristics of Plastic Pipe by
Parallel-Plate Loading
ASTM D3039, Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials
ASTM D3171, Standard Test Methods for Constituent Content of Composite Materials
ASTM D3410, Standard Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials with
Unsupported Gage Section by Shear Loading
ASTM D3418, Standard Test Method for Transition Temperatures and Enthalpies of Fusion and Crystallization of
Polymers by Differential Scanning Calorimetry
ASTM D3518, Standard Test Method for In-Plane Shear Response of Polymer Matrix Composite Materials by
Tensile Test of a ±45° Laminate
ASTM D5229, Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of
Polymer Matrix Composite Materials
ASTM D5379, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method
ASTM D5448, Standard Test Method for Inplane Shear Properties of Hoop Wound Polymer Matrix Composite
Cylinders
ASTM D5449, Standard Test Method for Transverse Compressive Properties of Hoop Wound Polymer Matrix
Composite Cylinders
ASTM D5450, Standard Test Method for Transverse Tensile Properties of Hoop Wound Polymer Matrix Composite
Cylinders
ASTM D5528, Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-
Reinforced Polymer Matrix Composites
ASTM D6641, Standard Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials Using a
Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture
ASTM D7028, Standard Test Method for Glass Transition Temperature (DMA Tg) of Polymer Matrix Composites
by Dynamic Mechanical Analysis (DMA)
ASTM D7078, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by V-Notched Rail Shear Method
ASTM D7905, Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by V-Notched Rail Shear Method
Standard Test Method for Determination of the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-
Reinforced Polymer Matrix Composites
NPL (2020), Measurement Good Practice Guide N°38, Fibre Reinforced Plastic Composites — Machining of
1)
Composites and Specimen Preparation ; National Physical Laboratory (GB)
3 Termes, définitions et abréviations
3.1 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:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
1) Disponible à l'adresse www .npl .co .uk.
3.1.1
matériau composite
système de matériaux constitué de deux ou plusieurs phases distinctes en termes de composition ou de
forme à une échelle macroscopique, normalement une phase matricielle et des phases de renforcement, avec
des interfaces reconnaissables entre elles
3.1.2
fabricant
producteur de plaques d'essai et d'éprouvettes
3.1.3
température de transition vitreuse
T
g
point situé approximativement au milieu du domaine de température dans lequel se produit la transition
vitreuse et où les propriétés mécaniques du matériau composite (3.1.1) passent de l'état élastique (vitreux) à
l'état visqueux (caoutchouteux)
Note 1 à l'article: La température de transition vitreuse, désignée par (T ), peut varier en fonction de la propriété
g
spécifique, de la méthode et des conditions choisies pour effectuer le mesurage [par exemple, par analyse
calorimétrique différentielle (DSC) ou par analyse mécanique dynamique (DMA)].
3.1.4
feuillet
pli
mince feuille individuelle de fibres de renfort longues et continues ayant la même orientation dans une
résine matrice polymère, disposée à plat ou incurvée
3.1.5
stratifié
combinaison de feuillets (3.1.4)
3.1.6
fournisseur
producteur des matériaux utilisés pour la création de produits semi-finis et/ou finis
3.1.7
ensimage
traitements facultatifs généralement appliqués au fil par les fournisseurs (3.1.6), pour des raisons qui peuvent
inclure l'augmentation de la compatibilité fibre-matrice ainsi que la simplification de la manipulation durant
la fabrication
3.1.8
T humide
g
température de transition vitreuse (3.1.3) du matériau saturé en fluide
3.2 Abréviations
ATM méthode d'essai accélérée
CA durci en autoclave
CH durci par pression à chaud
CNC commande numérique par ordinateur
CO durci en étuve
COA certificat d'analyse
COC certificat de conformité
COV coefficient de variation
CU durci par UV
DMA analyse mécanique dynamique
DSC analyse calorimétrique différentielle
GFRP polymère renforcé de fibre de verre
GMT thermoplastique renforcé par un mat de fibre de verre
HDT température de fléchissement à chaud
HPHT haute pression haute température
IPS cisaillement dans le plan
LF stratification par enroulement filamentaire
LP stratification par préimprégnés
LR moulage par transfert de résine sous vide
LW stratification par humidité
MOL limite opérationnelle du matériau
NDT essais non destructifs
PA polyamide
ppm (vol) parties en volume par parties par million en volume
CQ contrôle qualité
DQ documentation qualité
SEM microscope électronique à balayage
STC composite thermoplastique en feuille
TA consolidation en autoclave
TI consolidation isotherme
TP pressage à chaud
TGA analyse thermogravimétrique
UD unidirectionnel
UV rayonnement ultraviolet
4 Exigences techniques
4.1 Exigences générales
La sélection d'un matériau composite dépend des propriétés du matériau et de son comportement au
vieillissement dans un fluide. Le présent document établit quatre niveaux d'essai dans le but de comparer
les propriétés de divers matériaux composites. Les méthodes d'essai au niveau du matériau doivent
se concentrer sur la géométrie du stratifié et de l'éprouvette et ne constituent en aucun cas un essai
d'application fonctionnelle, lequel ne relève pas du domaine d'application du présent document. La confection
des éprouvettes décrite vise à fournir une base commune et cohérente permettant de générer des données
comparables pour différents matériaux composites. Des essais spécifiques doivent être effectués pour la
mise en place réelle d'échantillons représentatifs de la forme du produit final. Des données relatives aux
propriétés des matériaux sont générées aux quatre niveaux pour permettre une comparaison cohérente des
matériaux en question. Des données génériques doivent être obtenues au Niveau 1 et au Niveau 2, y compris
concernant les critères de seuil, uniquement dans le but de fournir des informations pour la présélection.
Lorsque l'utilisateur nécessite des données sur la stabilité des matériaux soumis à un vieillissement accéléré
dans un fluide multiphasique contenant de l'H S, le Niveau 3 doit s'appliquer. Lorsque l'utilisateur a besoin
de données sur la stabilité du matériau au-delà de 56 jours, ainsi que d'un effort d'estimation de la durée de
vie à long terme, le Niveau 4 doit s'appliquer.
NOTE Le vieillissement des composites se heurte à la combinaison de plusieurs défis. Dans la plupart des cas,
le vieillissement des polymères ou des thermodurcissables ne permet de traiter que les propriétés quasi isotropes
des matériaux. Les composites, quelle que soit leur configuration, sont en outre confrontés à des difficultés liées aux
polymères ainsi qu'à des propriétés hautement anisotropes engendrées par les propriétés des fibres et de l'interface,
qui peuvent vieillir très différemment du matériau de la matrice. Tous les effets peuvent se chevaucher et se traduire
par l'apparition de différents modes de défaillance ou par des changements de ces derniers tout au long de la période
de vieillissement.
Les expériences de vieillissement peuvent être conçues de la manière suivante afin d'obtenir des informations
significatives, notamment en ce qui concerne l'établissement de modèles de durée de vie tenant compte des effets
complexes suivants:
a) identifier les mécanismes de vieillissement possibles pour le matériau de la matrice;
b) identifier les mécanismes de vieillissement possibles pour le matériau des fibres;
c) identifier les mécanismes de vieillissement possibles pour l'interface;
d) distinguer le vieillissement physique du vieillissement chimique;
e) distinguer le vieillissement réversible du vieillissement irréversible;
f) déterminer les probabilités que les mécanismes susmentionnés se produisent simultanément pendant les
périodes d'essai;
g) classer les mécanismes en fonction de leur gravité;
h) établir un classement en fonction de la caractérisation des matériaux ou des essais liés à l'application;
i) exclure tout mécanisme de vieillissement indésirable en excluant par voie physique/chimique d'autres influences
de vieillissement (surveillées et notifiées), en choisissant des variations de composition en vue de favoriser une
défaillance spécifique, ou une combinaison des deux.
La conformité de Niveau 1 consiste à caractériser et documenter les propriétés des matériaux dans un
rapport de données sur les matériaux. Elle comprend un COC pour les essais de contrôle qualité des lots.
Voir 5.1 et le Tableau 2 pour une liste de propriétés des matériaux devant être documentées. Les propriétés
physiques et mécaniques doivent être caractérisées avec les matériaux dans leur état non vieilli. Ces
propriétés standard aident à la sélection des matériaux qui satisfont à la spécification de conception. En
outre, certains essais relatifs aux propriétés sont utilisés pour l'assurance qualité et le contrôle qualité. Les
essais de Niveau 1 établissent un référentiel pour les essais de niveau supérieur.
La conformité de Niveau 2 se rapporte au comportement de stabilité (vieillissement) des matériaux et doit
être accompagnée d'un rapport. L'Article 6 fournit les exigences pour la conformité de Niveau 2. L'effet des
trois premiers fluides donnés en 6.2.4 sur les propriétés des matériaux doit être examiné par des études
de vieillissement en temps réel. La résistance d'un matériau aux changements chimiques/physiques/
mécaniques est déterminée.
La conformité de Niveau 3 se rapporte au comportement de stabilité (vieillissement accéléré) des matériaux
et doit être accompagnée d'un rapport. L'Article 7 fournit les exigences pour la conformité de Niveau 3. Les
effets des évaluations du vieillissement avec trois températures sur les propriétés des matériaux doivent
être étudiés. Les évaluations de Niveau 3 ont pour objet d'accélérer les changements de propriétés des
matériaux, en particulier dans les fluides multiphasiques contenant de l'H S.
La conformité de Niveau 4 se rapporte à une évaluation de la stabilité des matériaux (à long terme)
sur 180 jours ou plus. Le Niveau 4 vise à estimer la durée de vie et doit être accompagné d'un rapport.
L'Article 8 fournit les exigences pour la conformité de Niveau 4. L'évaluation de Niveau 4 a pour objet de
prédire la dégradation progressive du matériau; par conséquent, les recommandations en matière de seuil
de conformité sont fournies à des fins d'estimation de la durée de vie. Le rapport doit inclure un compte
rendu détaillé de l'analyse des données, de l'extrapolation, de l'estimation de la durée de vie et de la confiance
statistique. Les utilisateurs doivent évaluer les critères de seuil, les résultats de l'estimation de la durée de
vie, ainsi que la méthodologie complète afin de déterminer l'adéquation des matériaux pour l'application.
Tous les rapports doivent détailler les essais et analyses réalisés, ainsi que l'édition du présent document
utilisée au moment des essais.
Il est admis que les études en laboratoire utilisant les conditions standard d'essai ne fournissent pas de
données pouvant être utilisées pour la conception. L'utilisateur peut exiger des essais d'aptitude à l'usage ou
d'autres essais pour simuler les conditions de production afin de permettre la sélection des matériaux pour
l'application finale. Les essais fonctionnels des composants ne sont pas détaillés dans le présent document.
Si des preuves scientifiques attestent de la résistance du matériau aux produits chimiques à la pression et
aux températures prévues, alors ce matériau peut être exempté du Niveau 3 ou du Niveau 4.
4.2 Mises en garde
Il convient que les concepteurs ne présument pas que les propriétés fournies dans un rapport de données
sur les matériaux, tel que défini à l'Article 5, représentent précisément les propriétés trouvées dans la
géométrie des produits finis. La méthode de conversion est connue pour avoir un impact sur ces propriétés
et il convient de le prendre en compte lors la conception.
L'utilité et la certitude de l'estimation de la durée de vie peuvent augmenter lorsque des données à plus
long terme sont utilisées pour établir la tendance en matière de dégradation. Les essais de Niveau 3, allant
jusqu'à 56 jours, sont plus utiles pour les estimations de durée de vie à court terme (jusqu'à 1 an) et peuvent
présenter une certitude moindre pour les estimations de durée de vie à long terme (plus de 1 an). Les essais
de Niveau 4 nécessitent des données allant jusqu'à 180 jours ou plus, dans le but d'obtenir une meilleure
certitude pour l'estimation de la durée de vie à long terme.
Dans certains cas, la dégradation progressive des composites sur de longues périodes à des températures
bien supérieures à la température en service cible n'est pas observée. Les données et l'effort d'estimation
de la durée de vie restent néanmoins utiles, étant donné qu'ils démontrent la stabilité du matériau dans cet
environnement d'essai.
4.3 Traçabilité
Pour qu'un composant final reste conforme à l'ISO 23936-4, il doit être fabriqué à partir d'un matériau
composite conforme au présent document. L'ensemble du processus de fabrication du composé doit être
entièrement traçable. Les documents de conformité doivent indiquer l'édition du présent document utilisée
dans le cadre de l'évaluation. Toute référence à la conformité à la série ISO 23936 doit inclure la partie et
l'édition (année) de la norme utilisée, par exemple ISO 23936-4:2024.
Chaque composant et le COC associé doivent être traçables jusqu'au fournisseur de la composition. Chaque
entreprise qui participe à la fabrication d'une composition conforme au présent document doit conserver
pendant un minimum de 10 ans les registres de traçabilité, comprenant ses propres procédures, lieux et
dates de fabrication.
Des exigences supplémentaires en matière de conformité et de traçabilité tout au long de la chaîne
d'approvisionnement peuvent être trouvées dans les normes de produits pertinentes et convenues entre les
parties concernées.
4.4 Identification des éprouvettes
Les informations relatives à la fabrication des éprouvettes doivent être fournies en utilisant le système de
code d'identification suivant. Si le type de fibre ou de résine appartient à une nouvelle classe qui n'est pas
couverte ci-dessous, la désignation complète doit être ajoutée à la fiche technique.
a) Système de matériaux:
A.1 Il convient que le type de fibre de renfort (par exemple, carbone: CF, verre E: EG, verre ECR: ECR,
verre S: SG, aramide: AR, il convient que les informations relatives à l'ensimage et aux éventuels additifs,
modules de la fibre et précurseurs, le type de liasse, le poids linéaire, la taille des câbles et le type de
tissage, le cas échéant, ainsi que sa qualité soient incluses si elles sont disponibles. Des désignations pour
les fibres de carbone, de verre et d'aramide peuvent être fournies conformément aux normes ISO 13002,
ASTM D578/D578M-23 et à la série EN 13003, respectivement.
NOTE Les composites renforcés de fibres discontinues (courtes), comme les composites de couches très fines,
sont couverts dans l'ISO 23936-1.
A.2 Type de résine (par exemple, époxyde: EP, phénolique: PH, ester vinylique: VE, polyester non saturé:
UP, polyéthylène: PE, bismaléimide: BMI, PEEK: PK, poly(sulfure de phénylène): PPS, polyamide: PA,
poly(fluorure de vinylidène): PVDF, polypropylène: PP) ainsi que sa qualité;
A.3 Type de configuration du tissu [par exemple, tissu stratifil: WR, cousu-tricoté: SB, unidirectionnel
(préimprégné): UD, filament stratifil: FR, tressage: BR].
b) Orientation du feuillet et séquence d'empilage du stratifié lors de la préparation des éprouvettes:
B.1 Stratifié à feuillet croisé, orientation 0/90, [0/90] , où n représente le nombre de répétitions et s
ns
représente un empilage symétrique;
B.2 Stratifié unidirectionnel [0] ;
n
B.99 Autres orientations en enroulement croisé comme + α / - α.
c) Méthode de stratification:
C.1 Stratification par préimprégnés (LP);
C.2 Moulage par transfert de résine sous vide (LR);
C.3 Stratification par humidité (LW);
C.4 Stratification par enroulement filamentaire (LF);
C.5 Soudage par placement de bande (LT);
C.99 Nouvelle technologie de stratification (nom de la méthode).
d) Méthode de consolidation pour les composites thermoplastiques:
D.1 Pressage à chaud (TP);
D.2 Consolidation isotherme (TI);
D.3 Consolidation en autoclave (TA);
D.99 Nouvelle technologie de consolidation (nom de la méthode).
e) Méthode de durcissement pour les composites thermodurcissables:
E.1 Durci en étuve (CO);
E.2 Durci par pression à chaud (CH);
E.3 Durci en autoclave (CA);
E.4 Durci par UV (CU);
E.99 Nouvelle technologie de durcissement (nom de la méthode).
f) Orientation d'extraction des éprouv
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