實(shí)驗(yàn)6彎曲性能測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)六彎曲性能測(cè)定一、目的要求明確彎曲試驗(yàn)為何可作為復(fù)合材料的篩選試驗(yàn)緣故。了解方法要點(diǎn)，測(cè)試塑料及玻璃鋼彎曲強(qiáng)度。二、原理復(fù)合材料的彎曲試驗(yàn)中試樣的受力狀態(tài)比較復(fù)雜，有拉力、壓力、剪力、擠壓力等，因 而對(duì)成型工藝配方、試驗(yàn)條件等因素的敏感性較大。用彎曲試驗(yàn)作為篩選試驗(yàn)是簡(jiǎn)單易行的， 也是比較適宜的。玻璃纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法（GB1449 83）適用于測(cè)定玻璃纖維織物塑料板 材和短切玻璃纖維增強(qiáng)塑料的彎曲性能，包括彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量、規(guī)定撓度下的彎曲 應(yīng)力、彎曲載荷一撓度曲線。GB104279適用于塑料彎曲性能測(cè)定。彎曲強(qiáng)度。彎曲試驗(yàn)一般采用三點(diǎn)加載簡(jiǎn)支梁，即將試樣放在兩支點(diǎn)上，在

2、兩支點(diǎn)間 的試樣上施加集中載荷，使試樣變形直至破壞時(shí)的強(qiáng)度為彎曲強(qiáng)度3 Plc =f 2 bh 2式中c f彎曲強(qiáng)度（或撓度為1.5倍試樣厚度時(shí)的彎曲應(yīng)力），Mpa；P破壞載荷（或最大載荷，或撓度為1.5倍試樣厚度時(shí)的載荷），N；l跨距，cm ；b、h試樣寬度、厚度，cm。彎曲彈性模量。它是指在比例極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變比值l 3 PE =f 4 bh 3 Af式中Ef彎曲彈性模量，Mpa；AP 載荷一撓度曲線上初始直線段的載荷增量，N；Af 與載荷增量AP對(duì)應(yīng)的跨距中點(diǎn)處的撓度增量，cm。某些試驗(yàn)由于特殊要求，可測(cè)定表觀彎曲強(qiáng)度，即超過(guò)規(guī)定撓度時(shí)（如超過(guò)跨距 的10% ）載荷達(dá)到最大值時(shí)的彎曲應(yīng)力

3、。在此大撓度試驗(yàn)時(shí)，彎曲應(yīng)力最好用下面的修正 公式：c =1 + 4f）2f 2 bh 2 l式中f一試樣跨距中點(diǎn)處的撓度，cm。三、方法要點(diǎn)（一）試樣試樣型式和尺寸見(jiàn)圖55-1，表55-1、表55-2、表55-3。（二）試驗(yàn)條件與步驟彎曲試驗(yàn)裝置示意圖55-2。加載上壓頭圓柱面半徑R為50.1mm，支座圓角半徑r為20.2mm （當(dāng)h 3mm時(shí)）和0.50.2mm （當(dāng)hW3mm時(shí)），若試樣出現(xiàn)明顯支座壓痕，r應(yīng)改為2mm。加載速度。仲裁試驗(yàn)時(shí)（跨厚比1/h=16土 1時(shí)），v=h/2mm/min，常規(guī)試驗(yàn)時(shí)v = 10mm、min。測(cè)定彎曲彈性模量及彎曲載荷一撓度取線時(shí)v = 2mm/mi

4、n。規(guī)定撓度。取試樣厚度的1.5倍?？绾癖?。一般取161。對(duì)很厚的試樣，為避免層間剪切破壞，可取大于16，如32 或40等。對(duì)很薄的試樣，為使其載荷落在試驗(yàn)機(jī)許可的量程范圍內(nèi)，可取小于16, 如10。測(cè)定彎曲彈性模量和彎曲載荷一撓度曲線時(shí)，將測(cè)量變形儀表置于試樣跨距中心與試 樣下表面接觸，施加約為5%破壞載荷的初載，檢查并調(diào)整儀表使整個(gè)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)， 然后分級(jí)加載（測(cè)彈性模量時(shí)至少分五級(jí)加載），施加載荷不超過(guò)破壞載荷的50%，記錄各 級(jí)載荷和撓度，亦可自動(dòng)連續(xù)加載和記錄。測(cè)定彎曲強(qiáng)度時(shí)連續(xù)加載。在撓度小于或等于1.5倍試樣厚度下呈現(xiàn)最大載荷或破壞的 材料，記錄最大載荷或破壞載荷。在撓度等于

5、1.5倍試樣厚度下不呈現(xiàn)破壞的材料，記錄該 撓度下的載荷。試樣呈層間剪切破壞，有明顯內(nèi)部缺陷或在試樣中間的1/3跨距1以外破壞的試樣應(yīng)予 作廢。四、方法說(shuō)明根據(jù)材料品種和形式的不同選擇不同的彎曲試驗(yàn)方法。為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性， 不要輕易改變?cè)囼?yàn)方法。彎曲試驗(yàn)一般采用三點(diǎn)加載簡(jiǎn)支梁法，在彎曲過(guò)程中同時(shí)受到正應(yīng)力和剪力的影響。中性層不受拉應(yīng)力也不受壓應(yīng)力，中性層下面纖維受拉應(yīng)力，中性層上面纖維 受壓應(yīng)力。根據(jù)材料力學(xué)分析，梁最外層纖維拉、壓應(yīng)力都最大，其值可用下式表 示：對(duì)于矩形截面梁:Plbh 23 Pl2 bh 2對(duì)于圓形截面梁:Pl328 Pl式中彎矩N m；W一斷面系數(shù)，cm3；b m

6、ax最大正應(yīng)力（彎曲應(yīng)力），Mpa；l試樣跨距，cm ；b、h試樣寬度、厚度，cm；d圓試樣直徑，cm。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是在非純彎曲情況下進(jìn)行的，試樣的橫截面上既有正壓力Q，又有剪切 應(yīng)力I。距形截面的最大剪切應(yīng)力為：Pi = _ .bh最大剪切應(yīng)力發(fā)生在矩形截面試樣厚度的中性層，因此對(duì)矩形截面試樣，橫截面受到 的最大正應(yīng)力（即最大彎曲應(yīng)力）與最大剪切應(yīng)力有如下比值關(guān)系：Pl . TOC o 1-5 h z 2 bh 221mzx =i 3 P h . max.bh從上式可見(jiàn)，在進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時(shí)，為了盡量減少剪切應(yīng)力的影響（特別是層壓材料）， 必須取足夠大的跨厚比（l/h）。如取l/h=10，則剪切

7、應(yīng)力的影響為5%；若l/h10。壓頭圓柱面R太小，對(duì)試樣易產(chǎn)生明顯的壓痕；壓頭圓柱面R太大，對(duì)于小跨度會(huì) 增加剪切應(yīng)力的影響，一般規(guī)定R為50.1mm。下支座圓角半徑r 一般為20.2mm；當(dāng) 厚度 hW3mm 時(shí)，r 為 0.50.2mm。彎曲試驗(yàn)中，外層纖維應(yīng)變速率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果亦有明顯的影響，一般用上壓頭移動(dòng)速 度來(lái)控制。對(duì)于常規(guī)試驗(yàn)，上壓頭移動(dòng)速度采用10mm/min。五.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄現(xiàn)象：樣條逐漸彎曲，在彎曲點(diǎn)上可以清 楚地看到一條白線，白 線的產(chǎn)生為應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象；最后斷裂。應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象在拉伸的實(shí)驗(yàn)中 更為明顯。數(shù)據(jù)記錄：彎曲試驗(yàn)符號(hào)單位PE/PPPP/PE/EPDM彎曲模量MPa

8、869.6286.1328.1375261.4456.4281.3234.4彎曲強(qiáng)度MPa26.2628.6128.0327.3322.0829.1925.4520.44說(shuō)明：由于紅色的數(shù)據(jù)誤差較大，分析時(shí)應(yīng)考慮去除。PE/PP 的平均彎曲模量：重二(286.1+328.1+375) /3=329.7PP/PE/EPDM 的平均彎曲模量：匝=(261.4+281.3+234.4)/3=259PE/PP 的平均彎曲強(qiáng)度：畫=(28.61+28.03+27.33)/3=27.99PP/PE/EPDM 的平均彎曲強(qiáng)度：畫=(22.08+25.45+20.44)/3=22.66樣品PE/PPPP/PE

9、/EPDM平均彎曲模量MPa329.7259平均彎曲強(qiáng)度MPa27.9922.66數(shù)據(jù)分析：由上表可以看出，PE/PP的平均彎曲模量和平均彎 曲強(qiáng)度都比PP/PE/EPDM的要大；這主要是由于EPDM中有較好的柔性鏈 段，且對(duì)PP和PE有較好的相容性，對(duì)改善結(jié)品性的PE和PP的共混物產(chǎn)品的 抗彎曲等性能起到較好的作用。有有前面的注射實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)以及拉伸試驗(yàn)都 可以看出，加工條件，對(duì)產(chǎn)品的彎曲等性能有較大的影響。六、現(xiàn)象分析與討論思考1、塑料彎曲性能試驗(yàn)的影響因素答：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(duì)撓度影響更大。同理，彎曲試驗(yàn)如果跨度相同但試樣的橫截

10、面積不同， 則結(jié)果是有差別的。所以標(biāo)準(zhǔn)方法中特別強(qiáng)調(diào)（規(guī)定）了試樣跨度比，厚 度和試驗(yàn)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(yàn)方法（GB/T 9341-2000）中規(guī)定了跨度L，使其符合式（4）:L=（ 161）h（4）同時(shí)規(guī)定若選用推薦試樣，則尺寸為：長(zhǎng)度1=802；寬度b=10.00.2 ； 厚度h=4.00.2。當(dāng)不可能或不希望采用推薦試樣時(shí)，須符合下面的要求：試樣長(zhǎng)度和厚度之比應(yīng)與推薦試樣相同，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bmm公稱厚

11、度hb0.51)熱塑性模塑和擠塑料以及熱固性板材織物和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的塑料1 V h=325.015.03 V h=510.015.05 V h=1015.015.010Vh=2020.030.020Vh=3535.050.035Vh=5050.080.01）含有粗粒填料的材料，其最小寬度應(yīng)在2050 mm之間試樣的機(jī)械加對(duì)結(jié)果有影響有必要時(shí)盡量采用單面加工的方法來(lái)制作。試驗(yàn)時(shí)加工面對(duì)著加載壓 頭，使未加工面受拉伸，加工面受壓縮。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(duì)試樣產(chǎn)生明顯壓痕而設(shè)定 的。一般只要不是過(guò)大或過(guò)小，對(duì)結(jié)果影響較小。但支座圓弧半徑的大小 ， 要保證支

12、座與試樣接觸為一條線（較窄的面）。如果表面接觸過(guò)寬，則不能 保證試樣跨度的準(zhǔn)確。應(yīng)變速度試樣受力彎曲變形時(shí)，橫截面上部邊緣處有最大的壓縮變形，下部邊 緣處有最大的拉伸變形。所謂應(yīng)變速率是指在單位時(shí)間內(nèi)，上下層相對(duì)形 變的改變量，以每分鐘形變百分率表示，試驗(yàn)中可控制加載速度來(lái)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(qiáng)度也增加，為了消除其 影響，在試驗(yàn) 方法中對(duì)試驗(yàn)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(yàn)速 度使每分鐘產(chǎn)生的撓度近似為試樣厚度值 的0.4倍，例如符合推薦試樣的試驗(yàn)速度為2mm/min。一般

13、說(shuō)來(lái)應(yīng)變速率較低時(shí)，其彎曲強(qiáng)度 偏低。表2試驗(yàn)速度推薦值速度，mm/min允差，%11)202205201020201050101001020010500101)厚度在1 mm至3.5 mm之間的試樣，用最低速度試驗(yàn)速度一般都比較低，這是因?yàn)樗芰显诔叵戮鶎僬硰椥圆牧?，?有在較慢的試驗(yàn)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(shí)性。試驗(yàn)跨度彎曲試驗(yàn)大多采用“三點(diǎn)式”方式進(jìn)行。這種方式在受力 過(guò)程中，除受彎 矩作用外，還受剪力的作 用。故采用“三點(diǎn)式”方式進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于反映塑料 材料的真實(shí)性能是存在一定問(wèn)題的。因此，國(guó)內(nèi)外有人提出采用“四點(diǎn)式

14、” 方式進(jìn)行測(cè)試。目前進(jìn)行工作較多的還是采用“三點(diǎn)式”方式，用合理的選擇 跨度和試樣厚度比(L/h)來(lái)達(dá)到消除剪力影響的目的。環(huán)境溫度和其他力學(xué)性能一樣，彎曲強(qiáng)度也與溫度有關(guān)。試驗(yàn)溫度無(wú)疑對(duì)塑料 的抗彎曲性能有很大影響，特別是對(duì)耐熱性較差的熱性塑料。一般地，各 種材料的彎曲強(qiáng)度都是隨著溫度的升高而下降，但下降的程度各有不同。7.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(wú)刮 痕、麻點(diǎn)。2.為什么要用彎曲試驗(yàn)方法?答：(1)彎曲試驗(yàn)方法的應(yīng)力狀態(tài)介于拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法之間，常用于測(cè)定脆 性材料的力學(xué)性能。(2)當(dāng)材料硬度高脆性大時(shí)，如用拉伸試驗(yàn)，拉伸試棒兩端容易有應(yīng)力集中和表 面缺陷，裝夾試樣時(shí)稍有不對(duì)中，就會(huì)引起附加彎曲應(yīng)力，這都會(huì)造成拉伸數(shù)據(jù) 的散亂，而用光滑的矩形、方形和園形試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，就可避免應(yīng)力集中的 影響，操作也很簡(jiǎn)便。對(duì)高硬度材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)材料硬度大于HRC52-53 時(shí)，試樣會(huì)脆斷出現(xiàn)飛裂，所以也不宜進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。此外，彎曲試驗(yàn)更接近于 多數(shù)工具的工作條件，更能反映成分和組織對(duì)性能的影響，因此，可為選擇最