工程塑料三點彎曲試驗相關(guān)問題

1為什么我的彎曲強度結(jié)果和供應(yīng)商/其他實驗室的結(jié)果差那么大？

2為什么我的模量結(jié)果和別人的差那么大？

3彎曲模量必須用撓度計嗎？

以上是關(guān)于塑料的三點彎曲測試，我們經(jīng)常被問及的問題。如何來辨別數(shù)據(jù)差異的原因，獲得正確的，可比較的測試數(shù)據(jù)，是我們一直致力于幫助客戶解決的問題。由于篇幅的原因，本文針對大家*關(guān)心的彎曲強度和彎曲模量這兩個測試結(jié)果中的彎曲強度來談一談如何分析有疑問的結(jié)果是否正確，及注意事項。

為什么我的彎曲強度結(jié)果和供應(yīng)商/其他實驗室的結(jié)果差那么大？

針對這個問題，我們首先從彎曲應(yīng)力的定義出發(fā)。彎曲應(yīng)力與力，跨度以及試樣尺寸相關(guān)。所以，我們要考慮力的測量準確性，即力傳感器的測量值是否準確；軟件中是否把試樣的初始受力清零了；跨度設(shè)置是否正確；尺寸測量等問題。另外，還有就是速度對結(jié)果的影響。力傳感器的測量值是否準確可以通過計量來確定，我們主要討論幾點*常見的問題。

試樣尺寸測量

比較常見的原因之一是試樣尺寸測量。部分用戶在做測試時，直接采用標準試樣尺寸，即10.0mm寬度和4.0mm厚度。但是，事實上，很多時候，注塑試樣的尺寸并不能很**的正好是10.0mm寬×4.0mm厚。這時候，在彎曲試驗中測量試樣尺寸時要特別注意。尤其是試樣厚度會以平方的形式參與彎曲應(yīng)力的計算，測量誤差也是平方的。即使一個厚度為4.0 mm（標稱）的試樣的測量誤差僅為0.1 mm，也會導(dǎo)致彎曲應(yīng)力有約5%的誤差。

圖1 試樣尺寸變化引起的彎曲強度差異

試樣尺寸不僅僅是要測量，還要正確測量。試樣尺寸的測量精度，接觸面尺寸等都需按照標準要求進行。由于注塑樣品會有拔模角，且冷卻過程不同造成試樣會有凹痕，對于這類樣品的寬度和厚度測量，就不能用卡尺，而需要用精度達到±0.01mm的螺旋測微器，這樣才能如圖2所示進行正確的測量。同時，螺旋測微器測頭可以有不同的幾何形狀，但對于球面測頭，其半徑應(yīng)≥50mm。推薦使用平接觸面。圓柱形測頭的表面直徑應(yīng)為1.5mm≤φ≤6.4mm范圍內(nèi)，而矩形測頭的長邊應(yīng)在4mm到6.4mm之間。

圖2 注塑樣品正確的尺寸測量方式

為了提高測試效率，減少人為因素導(dǎo)致的錯誤，建議采用試樣尺寸自動測量裝置（ASMD,圖3）。ASMD可將直接將試樣尺寸自動輸入到Bluehill軟件中，并通過軟件計算平均值，無需手動計算和輸入數(shù)據(jù)，減少人為的錯誤風(fēng)險。

彎曲強度σ_fB/彎曲應(yīng)力σ_fc

對于這個問題，我們先來看下您的材料所測得的曲線類型。圖4是ISO 178-2019標準中列出的三種典型的彎曲應(yīng)力-彎曲應(yīng)變（撓度）曲線圖。曲線a代表在屈服之前斷裂的試樣，即脆性試樣，比如纖維增強材料。曲線b代表出現(xiàn)*大力后，在規(guī)定撓度前破壞的試樣。曲線c代表在達到規(guī)定撓度前既沒有出現(xiàn)*大力也沒有破壞的試樣。

圖3典型的彎曲應(yīng)力-彎曲應(yīng)變（撓度）曲線圖

如果您的試樣曲線是曲線a或b，也就是說，您的測試過程中是明確出現(xiàn)了*大力的，那么彎曲強度也是確定的。但如果您的試樣曲線是曲線c這類的，有一點經(jīng)常被忽略，那就是標準規(guī)定測試到試樣斷裂或應(yīng)變達到5%停止。那么，試驗停止了，但是試樣沒有斷，怎么取彎曲強度呢？這時候就要關(guān)注到另外一個術(shù)語“在規(guī)定撓度時的彎曲應(yīng)力σ_fc”，也就是3.5%彎曲應(yīng)變對應(yīng)的彎曲應(yīng)力。當彎曲應(yīng)變超過3.5%還未出現(xiàn)*大力時，就需要用在3.5%時的彎曲應(yīng)力替代彎曲強度。當您的材料是柔軟的延性材料時，一方采用規(guī)定撓度時的彎曲應(yīng)力，一方一直測試到出現(xiàn)*大彎曲應(yīng)力作為彎曲強度，結(jié)果必然有較大差異。

測試速度

*后，我們還需要考慮的一點，就是測試速度可能不同。由于塑料的粘彈性，其力學(xué)性能對使用的測試速度敏感。比如您采用ISO 178:2019方法A，全程采用2mm/min的應(yīng)變速率測彎曲應(yīng)力，而您的供應(yīng)商采用方法B，采用2mm/min測定彎曲模量后，根據(jù)材料的韌性選擇10mm/min或100mm/min測定彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線的剩余部分時，獲得的彎曲強度或規(guī)定撓度時的彎曲應(yīng)力也會有大的差異。

表1來自于ISO 178:2019附錄B。從表1中ASA和PBT-GF30兩種材料在不同測試速度下的測試結(jié)果就可以看出，隨測試速度增加，彎曲強度或規(guī)定撓度時的彎曲應(yīng)力增大。

表1 測試速度的變化對彎曲性能測量值的影響

如果您在測試中也遇到了一樣的問題，但無從下手，不妨跟著本文一步一步排查。

下一期我們將就彎曲模量的結(jié)果差異和測量問題展開分析。如果您有更多問題，歡迎留言，我們可以進行更多的探討。如有不足之處，請指正。