塑料三點(diǎn)彎曲試驗二三問(wèn)——ISO 178:2019 回答您（上篇）

以上是關(guān)于塑料的三點(diǎn)彎曲測試，我們經(jīng)常被問(wèn)及的問(wèn)題。如何來(lái)辨別數據差異的原因，獲得正確的，可比較的測試數據，是我們一直致力于幫助客戶(hù)解決的問(wèn)題。由于篇幅的原因，本文針對大家最關(guān)心的彎曲強度和彎曲模量這兩個(gè)測試結果中的彎曲強度來(lái)談一談如何分析有疑問(wèn)的結果是否正確，及注意事項。

針對這個(gè)問(wèn)題，我們首先從彎曲應力的定義出發(fā)。彎曲應力與力，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；跨度設置是否正確；尺寸測量等問(wèn)題。另外，還有就是速度對結果的影響。力傳感器的測量值是否準確可以通過(guò)計量來(lái)確定，我們主要討論幾點(diǎn)最常見(jiàn)的問(wèn)題。

比較常見(jiàn)的原因之一是試樣尺寸測量。部分用戶(hù)在做測試時(shí)，直接采用標準試樣尺寸，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精確的正好是10.0mm寬×4.0mm厚。這時(shí)候，在彎曲試驗中測量試樣尺寸時(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力的計算，測量誤差也是平方的。即使一個(gè)厚度為4.0 mm（標稱(chēng)）的試樣的測量誤差僅為0.1 mm，也會(huì )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(jìn)行。由于注塑樣品會(huì )有拔模角，且冷卻過(guò)程不同造成試樣會(huì )有凹痕，對于這類(lèi)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(jìn)行正確的測量。同時(shí)，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≥50mm。推薦使用平接觸面。圓柱形測頭的表面直徑應為1.5mm≤φ≤6.4mm范圍內，而矩形測頭的長(cháng)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(dòng)測量裝置（ASMD）

對于這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)看下您的材料所測得的曲線(xiàn)類(lèi)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(xiàn)圖。曲線(xiàn)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(xiàn)b代表出現最大力后，在規定撓度前破壞的試樣。曲線(xiàn)c代表在達到規定撓度前既沒(méi)有出現最大力也沒(méi)有破壞的試樣。

圖4 典型的彎曲應力-彎曲應變（撓度）曲線(xiàn)圖

如果您的試樣曲線(xiàn)是曲線(xiàn)a或b，也就是說(shuō)，您的測試過(guò)程中是明確出現了最大力的，那么彎曲強度也是確定的。但如果您的試樣曲線(xiàn)是曲線(xiàn)c這類(lèi)的，有一點(diǎn)經(jīng)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。那么，試驗停止了，但是試樣沒(méi)有斷，怎么取彎曲強度呢？這時(shí)候就要關(guān)注到另外一個(gè)術(shù)語(yǔ)“在規定撓度時(shí)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(guò)3.5%還未出現最大力時(shí)，就需要用在3.5%時(shí)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(shí)，一方采用規定撓度時(shí)的彎曲應力，一方一直測試到出現最大彎曲應力作為彎曲強度，結果必然有較大差異。

最后，我們還需要考慮的一點(diǎn)，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測定彎曲模量后，根據材料的韌性選擇10mm/min或100mm/min測定彎曲應力-應變曲線(xiàn)的剩余部分時(shí)，獲得的彎曲強度或規定撓度時(shí)的彎曲應力也會(huì )有大的差異。

表1來(lái)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果就可以看出，隨測試速度增加，彎曲強度或規定撓度時(shí)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(wèn)題，但無(wú)從下手，不妨跟著(zhù)本文一步一步排查。

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