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塑料彎曲測試試驗方法
點擊次數(shù)：849 發(fā)布時間：2011-11-11
（塑料拉力試驗機，懸臂梁沖擊試驗機，熔融指數(shù)測試儀）
試驗原理
彎曲試驗在《塑料彎曲性能試驗方法》（《GB/T 9341-2000》）中使用的是三點式彎曲試驗。三點式彎曲試驗是將橫截面為矩形的試樣跨于兩個支座上，通過一個加載壓頭對試樣施加載荷，壓頭著力點與兩支點間的距離相等。在彎曲載荷的作用下，試樣將產(chǎn)生彎曲變形。變形后試樣跨度中心的頂面或底面偏離原始位置的距離稱為撓度，單位mm。試樣隨載荷增加其撓度也增加。彎曲強度是試樣在彎曲過程中承受的zui大彎曲應(yīng)力，單位MPa。彎曲應(yīng)變是試樣跨度中心外表面上單元長度的微量變化，用無量綱的比或百分數(shù)（%）表示。
彎曲試驗主要用來檢驗材料在經(jīng)受彎曲負荷作用時的性能，生產(chǎn)中常用彎曲試驗來評定材料的彎曲強度和塑性變形的大小，是質(zhì)量控制和應(yīng)用設(shè)計的重要參考指標。彎曲試驗采用簡支梁法，把試樣支撐成橫梁，使其在跨度中心以恒定速度彎曲，直到試樣斷裂或變形達到預(yù)定值，以測定其彎曲性能。
3.試驗方法
3.1試驗應(yīng)在受試材料標準規(guī)定的環(huán)境中進行，若無類似標準時，應(yīng)從GB/T2918中選擇zui合適的環(huán)境進行試驗。另有商定的，如高溫或低溫試驗除外。
3.2測量試樣中部 的寬度b，到0.1mm; 厚度h，到0.01mm，計算一組試樣厚度的平均值h。剔除厚度超過平均厚度允差±0.5%的試樣，并用隨機選取的試樣來代替。調(diào)節(jié)跨度L，使L=（16±1）h ，并測量調(diào)節(jié)好的跨度，到0.5%。
除下列情況外都用上式計算：
3.2.1對于較厚且單向纖維增強的試樣，為避免剪切時分層，在計算兩撐點間距離時，可用較大L/h比。
3.2.2對于較薄的的試樣，為適應(yīng)試驗設(shè)備的能力，在計算跨度時應(yīng)用較小的L/h比。c、對于軟性的熱塑性塑料，為防止支座嵌入試樣，可用較大的L/h比。
3.3.3試驗速度使應(yīng)變速率盡可能接近1%/min，這一試驗速度使每分鐘產(chǎn)生的撓度近似為試樣厚度值的0.4倍，*試樣的試驗速度為2mm/min。
試樣應(yīng)對稱地放在兩個支座上，并于跨度中心施加力
4.結(jié)果計算和表示
4.1彎曲應(yīng)力是試樣跨度中心外表面的正應(yīng)力，按式（1）計算，單位MPa。
σf=3FL/2bh2 （1）
式中：F——施加的力，N；L——跨度，mm；b——試樣寬度，mm； h——試樣厚度，mm。
4.2彎曲模量的測量，先根據(jù)給定的彎曲應(yīng)變εf1=0.0005和εf2=0.0025，按式（2）計算相應(yīng)的撓度s1和s2：
si=εfiL2/6h（i=1，2） （2）
式中：si——單個撓度，mm；εfi——相應(yīng)的彎曲應(yīng)變，即上述的εf1和εf2值；L——跨度，mm；h——試樣厚度，mm。
4.3彎曲彈性模量或彎曲模量Ef，單位MPa，根據(jù)式（3）計算：
Ef=（σf2-σf1）/ （εf2）-（ εf1） （3）
式中：εf1=0.0005，εf2=0.0025，， σf1——撓度為s1時的彎曲應(yīng)力, MPa; σf2——撓度為s2時的彎曲應(yīng)力，MPa。
5.試驗影響因素：
5.1試樣尺寸
橫梁抵抗彎曲形變的能力與跨度和橫截面積有很大關(guān)系，尤其是厚度對撓度影響更大。同理，彎曲試驗如果跨度相同但試樣的橫截面積不同，則結(jié)果是有差別的。所以標準方法中特別強調(diào)（規(guī)定）了試樣跨度比，厚度和試驗速度等幾方面的關(guān)系，目的是使不同厚度的試樣外部纖維形變速率相同或相近，從而使各種厚度之間的結(jié)果有一定可比性。在《塑料彎曲性能試驗方法》（《GB/T 9341-2000》）中規(guī)定了跨度L，使其符合式（4）：
L=（16±1）h （4）
同時規(guī)定若選用*試樣，則尺寸為：長度l=80±2；寬度b=10.0±0.2；厚度h=4.0±0.2。當不可能或不希望采用*試樣時，須符合下面的要求：
試樣長度和厚度之比應(yīng)與*試樣相同，如式（5）所示：
l/h=20±1 （5）
試樣寬度應(yīng)采用表1給出的規(guī)定值。
表1 與厚度相關(guān)的寬度值b mm
| 公稱厚度h | b±0.51） | |
| 熱塑性模塑和擠塑料以及熱固性板材 | 織物和長纖維增強的塑料 | |
| 1＜h=3 | 25.0 | 15.0 |
| 3＜h=5 | 10.0 | 15.0 |
| 5＜h=10 | 15.0 | 15.0 |
| 10＜h=20 | 20.0 | 30.0 |
| 20＜h=35 | 35.0 | 50.0 |
| 35＜h=50 | 50.0 | 80.0 |
| 1）含有粗粒填料的材料,其zui小寬度應(yīng)在20～50 mm 之間 | ||
5.2試樣的機械加對結(jié)果有影響。
有必要時盡量采用單面加工的方法來制作。試驗時加工面對著加載壓頭，使未加工面受拉伸，加工面受壓縮。
5.3加載壓頭圓弧半徑和支座圓弧半徑
加載壓頭圓弧半徑是為了防止剪切力和對試樣產(chǎn)生明顯壓痕而設(shè)定的。一般只要不是過大或過小，對結(jié)果影響較小。但支座圓弧半徑的大小，要保證支座與試樣接觸為一條線（較窄的面）。如果表面接觸過寬，則不能保證試樣跨度的準確。
5.4 應(yīng)變速度
試樣受力彎曲變形時，橫截面上部邊緣處有zui大的壓縮變形，下部邊緣處有zui大的拉伸變形。所謂應(yīng)變速率是指在單位時間內(nèi)，上下層相對形變的改變量，以每分鐘形變百分率表示，試驗中可控制加載速度來控制應(yīng)變速度。隨著應(yīng)變速率和加載速度的增加，彎曲強度也增加，為了消除其影響，在試驗方法中對試驗速度作出統(tǒng)一的規(guī)定，如《GB/T 9341-2000》規(guī)定了從表2中選一速度值,使應(yīng)變速率盡可能接近1%/ min，這一試驗速度使每分鐘產(chǎn)生的撓度近似為試樣厚度值的0.4倍，例如符合*試樣的試驗速度為2mm/min。一般說來應(yīng)變速率較低時，其彎曲強度偏低。
表2 試驗速度*值
| 速度，mm/min | 允差，% |
| 11） | ±20 |
| 2 | ±20 |
| 5 | ±20 |
| 10 | ±20 |
| 20 | ±10 |
| 50 | ±10 |
| 100 | ±10 |
| 200 | ±10 |
| 500 | ±10 |
| 1）厚度在1 mm至3.5 mm之間的試樣,用zui低速度 | |
試驗速度一般都比較低，這是因為塑料在常溫下均屬粘彈性材料，只有在較慢的試驗速度下，才能使試樣在外力作用下近似地反映其松弛性能和試樣材料自身存在不均勻或其他缺陷的客觀真實性。
環(huán)境溫度
和其他力學性能一樣，彎曲強度也與溫度有關(guān)。試驗溫度無疑對塑料的抗彎曲性能有很大影響，特別是對耐熱性較差的熱性塑料。一般地，各種材料的彎曲強度都是隨著溫度的升高而下降，但下降的程度各有不同。
試樣不可扭曲，表面應(yīng)相互垂直或平行，表面和棱角上應(yīng)無刮痕、麻點。
彎曲試驗大多采用“三點式”方式進行。這種方式在受力過程中，除受彎矩作用外，還受剪力的作用。故采用“三點式”方式進行測試，對于反映塑料材料的真實性能是存在一定問題的。因此，國內(nèi)外有人提出采用“四點式”方式進行測試。目前進行工作較多的還是采用“三點式”方式，用合理的選擇跨度和試樣厚度比（L/h）來達到消除剪力影響的目的。
試樣跨度與厚度比目前基本上有兩種情況，一種是L/h=10；另一種是L/h=16。從理論上講，zui大正應(yīng)力與zui大剪應(yīng)力的關(guān)系是τmax/σmax=1/2（L/h），由此可以看到隨著跨度比的增大，剪應(yīng)力應(yīng)減小。從式中看出，L/h愈大，剪力所占的比愈小，當L/h=10～4時，其剪力分配為5～12.5％?？梢娂袅π?yīng)對試樣彎曲強度的影響是隨著試樣所采用跨度與試樣厚度比值的增大而減小的。但是，跨度太大則撓度也增大，且試樣兩個支承點的滑移也影響試驗結(jié)果。
6．結(jié)論
從以上的試驗過程來看影響其結(jié)果的因素是多方面的，應(yīng)嚴格把握好試驗的每個步驟。