实验6 弯曲性能测定 (2).docx

实验六弯曲性能测定一、 目的要求1. 明确弯曲试验为何可作为复合材料的筛选试验缘故2. 了解方法要点，测试塑料及玻璃钢弯曲强度二、 原理复合材料的弯曲试验中试样的受力状态比较复杂，有拉力、压力、剪力、挤压力等，因 而对成型工艺配方、试验条件等因素的敏感性较大用弯曲试验作为筛选试验是简单易行的， 也是比较适宜的玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法（GB1449 — 83）适用于测定玻璃纤维织物塑料板 材和短切玻璃纤维增强塑料的弯曲性能，包括弯曲强度、弯曲弹性模量、规定挠度下的弯曲 应力、弯曲载荷一挠度曲线GB1042—79适用于塑料弯曲性能测定1•弯曲强度弯曲试验一般采用三点加载简支梁，即将试样放在两支点上，在两支点间 的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破坏时的强度为弯曲强度3 PlC = f 2 bh 2式中 b ——弯曲强度（或挠度为1.5倍试样厚度时的弯曲应力），Mpa；fP——破坏载荷（或最大载荷，或挠度为1.5倍试样厚度时的载荷），N；l 跨距，cm ；b、h 试样宽度、厚度，cm2. 弯曲弹性模量它是指在比例极限内应力与应变比值13 - A PE =f 4 bh 3 - Af式中 E——弯曲弹性模量，Mpa；fAP——载荷一挠度曲线上初始直线段的载荷增量，N；Af——与载荷增量AP对应的跨距中点处的挠度增量，cm。

3. 某些试验由于特殊要求，可测定表观弯曲强度，即超过规定挠度时（如超过跨距 的10% ）载荷达到最大值时的弯曲应力在此大挠度试验时，弯曲应力最好用下面的修正 公式：3 Pl fb = [1 + 4{ ）2]f 2 bh 2 l式中 f——试样跨距中点处的挠度，cm三、 方法要点（一） 试样试样型式和尺寸见图55-1，表55-1、表55-2、表55-3二） 试验条件与步骤弯曲试验装置示意图55-2加载上压头圆柱面半径R为5±0.1mm,支座圆角半径r为 2±0.2mm （当h > 3mm时）和0.5±0.2mm （当hW3mm时），若试样出现明显支座压痕，r应改为2mm1. 加载速度仲裁试验时（跨厚比l/h=16±l时），v=h/2mm/min,常规试验时v = 10mm、min测定弯曲弹性模量及弯曲载荷一挠度取线时v = 2mm/min2. 规定挠度取试样厚度的1.5倍3. 跨厚比一般取16±1对很厚的试样，为避免层间剪切破坏，可取大于16，如32 或40等对很薄的试样，为使其载荷落在试验机许可的量程范围内，可取小于16, 如10测定弯曲弹性模量和弯曲载荷一挠度曲线时，将测量变形仪表置于试样跨距中心与试 样下表面接触，施加约为5%破坏载荷的初载，检查并调整仪表使整个系统处于正常状态， 然后分级加载（测弹性模量时至少分五级加载），施加载荷不超过破坏载荷的50%，记录各 级载荷和挠度，亦可自动连续加载和记录。

测定弯曲强度时连续加载在挠度小于或等于1.5倍试样厚度下呈现最大载荷或破坏的 材料，记录最大载荷或破坏载荷在挠度等于1.5倍试样厚度下不呈现破坏的材料，记录该 挠度下的载荷试样呈层间剪切破坏，有明显内部缺陷或在试样中间的1/3跨距1以外破坏的试样应予 作废四、方法说明1. 根据材料品种和形式的不同选择不同的弯曲试验方法为了使试验结果具有可比性, 不要轻易改变试验方法2. 弯曲试验一般采用三点加载简支梁法，在弯曲过程中同时受到正应力和剪力的影 响中性层不受拉应力也不受压应力，中性层下面纤维受拉应力，中性层上面纤维 受压应力根据材料力学分析，梁最外层纤维拉、压应力都最大，其值可用下式表 示：max对于矩形截面梁：Plbh 2W =——3 Pl62 bh 2bm a对于圆形截面梁：Pl兀d 3W =——8 Pl32bm式中 M——弯矩，N・m；W 断面系数，cm3；b 最大正应力（弯曲应力），Mpa；maxl 试样跨距，cm ；b、h 试样宽度、厚度，cm；d 圆试样直径，cm三点弯曲试验是在非纯弯曲情况下进行的，试样的横截面上既有正压力b，又有剪切 应力I距形截面的最大剪切应力为：3 Pi = _ ■—4 bh最大剪切应力发生在矩形截面试样厚度的中性层，因此对矩形截面试样，横截面受到 的最大正应力（即最大弯曲应力）与最大剪切应力有如下比值关系：3 _p_b 2 bh 2 21mzx~ = =i 3 p hmax ■4 bh从上式可见，在进行弯曲试验时，为了尽量减少剪切应力的影响（特别是层压材料）， 必须取足够大的跨厚比（1/h）。

如取l/h=10，则剪切应力的影响为5%；若l/h<10，则剪切 应力的影响更大，将会给试验结果带来影响，所以试验方法都规定l/h>103. 压头圆柱面R太小，对试样易产生明显的压痕；压头圆柱面R太大，对于小跨度会 增加剪切应力的影响，一般规定R为5±0.1mm下支座圆角半径r 一般为2±0.2mm；当 厚度 hW3mm 时，r 为 0.5±0.2mm4. 弯曲试验中，外层纤维应变速率对试验结果亦有明显的影响，一般用上压头移动速 度来控制对于常规试验，上压头移动速度采用10mm/min五•实验现象和数据记录现象：样条逐渐弯曲，在弯曲点上可以清 楚地看到一条白线，白 线的产生为应力发白现象；最后断裂应力发白现象在拉伸的实验中 更为明显数据记录：弯曲试验符号单位PE/PPPP/PE/EPDM弯曲模量画MPa869.6286.1328.1375261.4456.4281.3234.4弯曲强度®MPa26.2628. 6128. 0327.3322.0829.1925.4520.44说明：由于红色的数据误差较大，分析时应考虑去除PE/PP 的平均弯曲模量：亙二(286.1+328.1+375) /3=329.7PP/PE/EPDM 的平均弯曲模量：画=(261.4+281.3+234.4)/3=259PE/PP 的平均弯曲强度：画=(28.61+28.03+27.33)/3=27.99PP/PE/EPDM 的平均弯曲强度：垂］=(22.08+25.45+20.44)/3=22.66样品PE/PPPP/PE/EPDM平均弯曲模量MPa329.7259平均弯曲强度MPa27.9922.66数据分析：由上表可以看出，PE/PP的平均弯曲模量和平均弯 曲强度都比PP/PE/EPDM的要大；这主要是由于EPDM中有较好的柔性链 段，且对PP和PE有较好的相容性，对改善结晶性的PE和PP的共混物产品的 抗弯曲等性能起到较好的作用。

有有前面的注射实验和冲击实验以及拉伸试验都 可以看出，加工条件，对产品的弯曲等性能有较大的影响六、现象分析与讨论思考1、塑料弯曲性能试验的影响因素答：1.试样尺寸横梁抵抗弯曲形变的能力与跨度和横截面积有很大关系，尤其是厚度 对挠度影响更大同理，弯曲试验如果跨度相同但试样的横截面积不同， 则结果是有差别的所以标准方法中特别强调（规定）了试样跨度比，厚 度和试验速度等几方面的关系，目的是使不同厚度的试样外部纤维形变速 率相同或相近，从而使各种厚度之间的结果有一定可比性在《塑料弯曲 性能试验方法》（《GB/T 9341-2000》）中规定了跨度L,使其符合式（4）：L=（ 16±1） h （4）同时规定若选用 推荐试样，则尺寸为：长度1=80±2；宽度b=10.0±0.2 ； 厚度h=4.0±0.2当不可能或不希望采用推荐试样时，须符合下面的要求：试样长度和厚度 之比应与推荐试样相同，如式 （5）所示：l/h=20± 1 （5）试样宽度应采用 表1给出的规定值表1 与厚度相关的宽度值b mm公称厚度hb±0.51)热塑性模塑和挤塑料以及热固性板材织物和长纤维增强的塑料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，其最小宽度应在20〜50 mm之间2. 试样的机械加对结果有影响有必要时尽量采用单面加工的方法来制作。

试验时加工面对着加载压 头，使未加工 面受拉伸，加工面受压缩3. 加载压头圆弧半径和支座圆弧半 径加载压头圆弧半径是为了防止剪切力和对试样产生明显压痕而设定 的一般只要不是过大或过小，对结果影响较小但支座圆弧半径的大小 ，要保证支座与试样接触为一条线（较窄的面）如果表面接触过宽，则不能 保证试样跨度的准确4. 应变速度试样受力弯曲变形时，横截面上部边缘处有最大的压缩变形，下部边 缘处有最大的拉伸变形所谓应变速率是指在单位时间内，上下层相对形 变的改变量，以每分钟形变百分率表示，试验中可控制加载速度来控制应 变速度随着应变速率和加载速度的增加，弯曲强度也增加，为了消除其 影响，在试验 方法中对试验速度作出统一的规 定，如《GB/T 9341-2000》 规定了从表2中选一速度值，使应变速率尽可能接近1%/ min，这一试验速 度使每分钟产生的挠度近似为试样厚度值 的0.4倍，例如符合推荐试样的试验速度为2mm/min一般说来应变速率较低时，其弯曲强度 偏低表2试验速度推荐值速度，mm/min允差，%11)±202±205±2010±2020±1050±10100±10200±10500±101)厚度在1 mm至3.5 mm之间的试样，用最低速度试验速度一般都比较低，这是因为塑料在常温下均属粘弹性材料，只 有在较慢的试验速度下，才能使试样在外力作用下近似地反映其松弛性能 和试样材料自身存在不均匀或其他缺陷的客观真实性。

5. 试验跨度弯曲试验大多采用“三点式”方式进行这种方式在受力 过程中，除受弯 矩作用外，还受剪力的作 用故采用“三点式”方式进行测试，对于反映塑料 材料的真实性能是存在一定问题的因此，国内外有人提出采用“四点式” 方式进行测试目前进行工作较多的还是采用“三点式”方式，用合理的选择 跨度和试样厚度比(L/h)来达到消除剪力影响的目的6•环境温度和其他力学性能一样，弯曲强度也与温度有关试验温度无疑对塑料 的抗弯曲性能有很大影响，特别是对耐热性较差的热性塑料一般地，各 种材料的弯曲强度都是随着温度的升高而下降，但下降的程度各有不同7.试样不可扭曲，表面应相互垂直 或平行，表面和棱角上应无刮 痕、麻点2.为什么要用弯曲试验方法?答：(1)弯曲试验方法的应力状态介于拉伸和扭转试验方法之间，常用于测定脆 性材料的力学性能2)当材料硬度高脆性大时，如用拉伸试验，拉伸试棒两端容易有应力集中和表 面缺陷，装夹试样时稍有不对中，就会引起附加弯曲应力，这都会造成拉伸数据 的散乱，而用光滑的矩形、方形和园形试样进行弯曲试验，就可避免应力集中的 影响，操作也很简便对高硬度材料进行扭转试验时，当材料硬度大于HRC52-53 时，试样会脆断出现飞裂，所以也不宜进行扭转试验。

此外，弯曲试验更接近于 多数工具的工作条件，更能反映成分和组织对性能的影响，因此，可为选择最佳 工艺参数提供参考。