工程塑料三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)相關(guān)問題

1為什么我的彎曲強(qiáng)度結(jié)果和供應(yīng)商/其他實(shí)驗(yàn)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(jì)嗎？

以上是關(guān)于塑料的三點(diǎn)彎曲測(cè)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(cè)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(duì)大家*關(guān)心的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量這兩個(gè)測(cè)試結(jié)果中的彎曲強(qiáng)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(xiàng)。

為什么我的彎曲強(qiáng)度結(jié)果和供應(yīng)商/其他實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果差那么大？

針對(duì)這個(gè)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(cè)量準(zhǔn)確性，即力傳感器的測(cè)量值是否準(zhǔn)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(cè)量等問題。另外，還有就是速度對(duì)結(jié)果的影響。力傳感器的測(cè)量值是否準(zhǔn)確可以通過計(jì)量來確定，我們主要討論幾點(diǎn)*常見的問題。

試樣尺寸測(cè)量

比較常見的原因之一是試樣尺寸測(cè)量。部分用戶在做測(cè)試時(shí)，直接采用標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸，即10.0mm寬度和4.0mm厚度。但是，事實(shí)上，很多時(shí)候，注塑試樣的尺寸并不能很**的正好是10.0mm寬×4.0mm厚。這時(shí)候，在彎曲試驗(yàn)中測(cè)量試樣尺寸時(shí)要特別注意。尤其是試樣厚度會(huì)以平方的形式參與彎曲應(yīng)力的計(jì)算，測(cè)量誤差也是平方的。即使一個(gè)厚度為4.0 mm（標(biāo)稱）的試樣的測(cè)量誤差僅為0.1 mm，也會(huì)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(qiáng)度差異

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

圖2 注塑樣品正確的尺寸測(cè)量方式

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

彎曲強(qiáng)度σ_fB/彎曲應(yīng)力σ_fc

對(duì)于這個(gè)問題，我們先來看下您的材料所測(cè)得的曲線類型。圖4是ISO 178-2019標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(dá)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(cè)試過程中是明確出現(xiàn)了*大力的，那么彎曲強(qiáng)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(diǎn)經(jīng)常被忽略，那就是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試到試樣斷裂或應(yīng)變達(dá)到5%停止。那么，試驗(yàn)停止了，但是試樣沒有斷，怎么取彎曲強(qiáng)度呢？這時(shí)候就要關(guān)注到另外一個(gè)術(shù)語“在規(guī)定撓度時(shí)的彎曲應(yīng)力σ_fc”，也就是3.5%彎曲應(yīng)變對(duì)應(yīng)的彎曲應(yīng)力。當(dāng)彎曲應(yīng)變超過3.5%還未出現(xiàn)*大力時(shí)，就需要用在3.5%時(shí)的彎曲應(yīng)力替代彎曲強(qiáng)度。當(dāng)您的材料是柔軟的延性材料時(shí)，一方采用規(guī)定撓度時(shí)的彎曲應(yīng)力，一方一直測(cè)試到出現(xiàn)*大彎曲應(yīng)力作為彎曲強(qiáng)度，結(jié)果必然有較大差異。

測(cè)試速度

*后，我們還需要考慮的一點(diǎn)，就是測(cè)試速度可能不同。由于塑料的粘彈性，其力學(xué)性能對(duì)使用的測(cè)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(cè)彎曲應(yīng)力，而您的供應(yīng)商采用方法B，采用2mm/min測(cè)定彎曲模量后，根據(jù)材料的韌性選擇10mm/min或100mm/min測(cè)定彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線的剩余部分時(shí)，獲得的彎曲強(qiáng)度或規(guī)定撓度時(shí)的彎曲應(yīng)力也會(huì)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(cè)試速度下的測(cè)試結(jié)果就可以看出，隨測(cè)試速度增加，彎曲強(qiáng)度或規(guī)定撓度時(shí)的彎曲應(yīng)力增大。

表1 測(cè)試速度的變化對(duì)彎曲性能測(cè)量值的影響

如果您在測(cè)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(cè)量問題展開分析。如果您有更多問題，歡迎留言，我們可以進(jìn)行更多的探討。如有不足之處，請(qǐng)指正。