塑料三點彎曲試驗二三問——ISO 178:2019 回答您（上篇）

以上是關(guan) 於(yu) 塑料的三點彎曲測試，我們(men) 經常被問及的問題。如何來辨別數據差異的原因，獲得正確的，可比較的測試數據，是我們(men) 一直致力於(yu) 幫助客戶解決(jue) 的問題。由於(yu) 篇幅的原因，本文針對大家最關(guan) 心的彎曲強度和彎曲模量這兩(liang) 個(ge) 測試結果中的彎曲強度來談一談如何分析有疑問的結果是否正確，及注意事項。

針對這個(ge) 問題，我們(men) 首先從(cong) 彎曲應力的定義(yi) 出發。彎曲應力與(yu) 力，跨度以及試樣尺寸相關(guan) 。所以，我們(men) 要考慮力的測量準確性，即力傳(chuan) 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；跨度設置是否正確；尺寸測量等問題。另外，還有就是速度對結果的影響。力傳(chuan) 感器的測量值是否準確可以通過計量來確定，我們(men) 主要討論幾點最常見的問題。

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，注塑試樣的尺寸並不能很精確的正好是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(hui) 以平方的形式參與(yu) 彎曲應力的計算，測量誤差也是平方的。即使一個(ge) 厚度為(wei) 4.0 mm（標稱）的試樣的測量誤差僅(jin) 為(wei) 0.1 mm，也會(hui) 導致彎曲應力有約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(jin) 僅(jin) 是要測量，還要正確測量。試樣尺寸的測量精度，接觸麵尺寸等都需按照標準要求進行。由於(yu) 注塑樣品會(hui) 有拔模角，且冷卻過程不同造成試樣會(hui) 有凹痕，對於(yu) 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，但對於(yu) 球麵測頭，其半徑應≥50mm。推薦使用平接觸麵。圓柱形測頭的表麵直徑應為(wei) 1.5mm≤φ≤6.4mm範圍內(nei) ，而矩形測頭的長邊應在4mm到6.4mm之間。

圖2 注塑樣品正確的尺寸測量方式

圖3 試樣尺寸自動測量裝置（ASMD）

對於(yu) 這個(ge) 問題，我們(men) 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力-彎曲應變（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代表出現最大力後，在規定撓度前破壞的試樣。曲線c代表在達到規定撓度前既沒有出現最大力也沒有破壞的試樣。

圖4 典型的彎曲應力-彎曲應變（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了最大力的，那麽(me) 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，有一點經常被忽略，那就是標準規定測試到試樣斷裂或應變達到5%停止。那麽(me) ，試驗停止了，但是試樣沒有斷，怎麽(me) 取彎曲強度呢？這時候就要關(guan) 注到另外一個(ge) 術語“在規定撓度時的彎曲應力σ_fc"，也就是3.5%彎曲應變對應的彎曲應力。當彎曲應變超過3.5%還未出現最大力時，就需要用在3.5%時的彎曲應力替代彎曲強度。當您的材料是柔軟的延性材料時，一方采用規定撓度時的彎曲應力，一方一直測試到出現最大彎曲應力作為(wei) 彎曲強度，結果必然有較大差異。

最後，我們(men) 還需要考慮的一點，就是測試速度可能不同。由於(yu) 塑料的粘彈性，其力學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的應變速率測彎曲應力，而您的供應商采用方法B，采用2mm/min測定彎曲模量後，根據材料的韌性選擇10mm/min或100mm/min測定彎曲應力-應變曲線的剩餘(yu) 部分時，獲得的彎曲強度或規定撓度時的彎曲應力也會(hui) 有大的差異。

表1來自於(yu) ISO 178:2019附錄B。從(cong) 表1中ASA和PBT-GF30兩(liang) 種材料在不同測試速度下的測試結果就可以看出，隨測試速度增加，彎曲強度或規定撓度時的彎曲應力增大。

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(cong) 下手，不妨跟著本文一步一步排查。

下一期我們(men) 將就彎曲模量的結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(men) 可以進行更多的探討。如有不足之處，請指正。