塑料三点弯曲试验二三问——ISO 178:2019 回答(dá)您（上篇）

以上是关于塑料的三点弯曲测试，我们经常被问及的问题。如何来辨别数据差异的原因，获得正确的，可(kě)比较的测试数据，是我们一直致力于帮助客户解决的问题。由于篇幅的原因，本文(wén)针对大家最关心的弯曲强度和弯曲模量这两个测试结果中(zhōng)的弯曲强度来谈一谈如何分(fēn)析有(yǒu)疑问的结果是否正确，及注意事项。

针对这个问题，我们首先从弯曲应力的定义出发。弯曲应力与力，跨度以及试样尺寸相关。所以，我们要考虑力的测量准确性，即力传感器的测量值是否准确；软件中(zhōng)是否把试样的初始受力清零了；跨度设置是否正确；尺寸测量等问题。另外，还有(yǒu)就是速度对结果的影响。力传感器的测量值是否准确可(kě)以通过计量来确定，我们主要讨论几点最常见的问题。

比较常见的原因之一是试样尺寸测量。部分(fēn)用(yòng)户在做测试时，直接采用(yòng)标准试样尺寸，即10.0mm宽度和4.0mm厚度。但是，事实上，很(hěn)多(duō)时候，注塑试样的尺寸并不能(néng)很(hěn)精(jīng)确的正好是10.0mm宽×4.0mm厚。这时候，在弯曲试验中(zhōng)测量试样尺寸时要特别注意。尤其是试样厚度会以平方的形式参与弯曲应力的计算，测量误差也是平方的。即使一个厚度為(wèi)4.0 mm（标称）的试样的测量误差仅為(wèi)0.1 mm，也会导致弯曲应力有(yǒu)约5%的误差。

图1 试样尺寸变化引起的弯曲强度差异

试样尺寸不仅仅是要测量，还要正确测量。试样尺寸的测量精(jīng)度，接触面尺寸等都需按照标准要求进行。由于注塑样品会有(yǒu)拔模角，且冷却过程不同造成试样会有(yǒu)凹痕，对于这类样品的宽度和厚度测量，就不能(néng)用(yòng)卡尺，而需要用(yòng)精(jīng)度达到±0.01mm的螺旋测微器，这样才能(néng)如图2所示进行正确的测量。同时，螺旋测微器测头可(kě)以有(yǒu)不同的几何形状，但对于球面测头，其半径应≥50mm。推荐使用(yòng)平接触面。圆柱形测头的表面直径应為(wèi)1.5mm≤φ≤6.4mm范围内，而矩形测头的長(cháng)边应在4mm到6.4mm之间。

图2 注塑样品正确的尺寸测量方式

图3 试样尺寸自动测量装(zhuāng)置（ASMD）

对于这个问题，我们先来看下您的材料所测得的曲線(xiàn)类型。图4是ISO 178-2019标准中(zhōng)列出的三种典型的弯曲应力-弯曲应变（挠度）曲線(xiàn)图。曲線(xiàn)a代表在屈服之前断裂的试样，即脆性试样，比如纤维增强材料。曲線(xiàn)b代表出现最大力后，在规定挠度前破坏的试样。曲線(xiàn)c代表在达到规定挠度前既没有(yǒu)出现最大力也没有(yǒu)破坏的试样。

图4 典型的弯曲应力-弯曲应变（挠度）曲線(xiàn)图

如果您的试样曲線(xiàn)是曲線(xiàn)a或b，也就是说，您的测试过程中(zhōng)是明确出现了最大力的，那么弯曲强度也是确定的。但如果您的试样曲線(xiàn)是曲線(xiàn)c这类的，有(yǒu)一点经常被忽略，那就是标准规定测试到试样断裂或应变达到5%停止。那么，试验停止了，但是试样没有(yǒu)断，怎么取弯曲强度呢(ne)？这时候就要关注到另外一个术语“在规定挠度时的弯曲应力σ_fc"，也就是3.5%弯曲应变对应的弯曲应力。当弯曲应变超过3.5%还未出现最大力时，就需要用(yòng)在3.5%时的弯曲应力替代弯曲强度。当您的材料是柔软的延性材料时，一方采用(yòng)规定挠度时的弯曲应力，一方一直测试到出现最大弯曲应力作(zuò)為(wèi)弯曲强度，结果必然有(yǒu)较大差异。

最后，我们还需要考虑的一点，就是测试速度可(kě)能(néng)不同。由于塑料的粘弹性，其力學(xué)性能(néng)对使用(yòng)的测试速度敏感。比如您采用(yòng)ISO 178:2019方法A，全程采用(yòng)2mm/min的应变速率测弯曲应力，而您的供应商(shāng)采用(yòng)方法B，采用(yòng)2mm/min测定弯曲模量后，根据材料的韧性选择10mm/min或100mm/min测定弯曲应力-应变曲線(xiàn)的剩余部分(fēn)时，获得的弯曲强度或规定挠度时的弯曲应力也会有(yǒu)大的差异。

表1来自于ISO 178:2019附录B。从表1中(zhōng)ASA和PBT-GF30两种材料在不同测试速度下的测试结果就可(kě)以看出，随测试速度增加，弯曲强度或规定挠度时的弯曲应力增大。

表1 测试速度的变化对弯曲性能(néng)测量值的影响

如果您在测试中(zhōng)也遇到了一样的问题，但无从下手，不妨跟着本文(wén)一步一步排查。

下一期我们将就弯曲模量的结果差异和测量问题展开分(fēn)析。如果您有(yǒu)更多(duō)问题，欢迎留言，我们可(kě)以进行更多(duō)的探讨。如有(yǒu)不足之处，请指正。