ASTM D790 塑料挠曲测试权威指南

如何按照 ASTM D790 执行塑料挠曲测试

作者:Kayla Thackeray

ASTM D790 是一种测定增强和非增强塑料、高模量复合材料和电绝缘材料挠曲(弯曲)性能的测试方法。本指南旨在向您介绍 ASTM D790 挠曲测试的基本要素,并概述所需的测试设备、软件和试样。但是,计划进行 ASTM D790 测试的任何人员都不应认为参阅本指南后便不必再阅读完整标准

ASTM D790 标准是否适合您?

ASTM D790 是旨在测量塑料挠曲性能的多种测试标准之一。该标准并非旨在测量拉伸性能,需测量塑料材料拉伸性能的所有人员都应参考 ASTM D638。该标准不能测定挠曲强度在挠曲测试中试样开裂或断裂之前形成的最大纤维应力。对于在挠曲测试中不会开裂的材料,会报告挠曲屈服强度而不是挠曲强度。如果材料在应变不超过 5% 时不会断裂或屈服,则更适合按照 ASTM D6272 执行 4 点弯曲测试。

ASTM D790 与 ISO 178 的不同之处

ASTM D790 与 ISO 178 非常相似,但主要的不同之处在于:

  • ISO 178 要求使用挠度计或通过柔度修正来测定模量。而在 ASTM D790 中只是建议这样做,模量可单独根据十字头位移计算得出。
  • 首选试样的尺寸不同,测试速度取决于试样深度,因此这两个标准的测试速度存在差异。ASTM D790 试样首选深度为 3.2 mm。ISO 178 试样首选深度为 4 mm。
  • 测量模量后,ASTM D790 仅允许采用一种测试速度,而 ISO 178 允许采用第二种更快的测试速度。

ASTM D790

该标准测量什么?

ASTM D790 测量的是材料在弯曲应变或挠曲状态下的挠曲性能。此测试使用通用测试系统进行,这种测试系统使用三点弯曲工装,其速度与试样深度成比例。ASTM D790 测试用于测定以下机械性能:

正切模量 - 又称为挠曲模量,是指载荷挠度曲线初始线性部分的斜率,是材料刚度的度量标准

正割模量 - 载荷挠度曲线上原点与预设点之间的斜率

•弦线模量 - 载荷挠度曲线上两个预设点之间的斜率

挠曲强度 - 弯曲测试期间获得的最大挠曲应力

•断裂挠曲应力 - 试样在弯曲测试过程中断裂时的挠曲应力。对于某些材料,试样会在达到屈服点之前断裂,这种情况下的挠曲强度与断裂挠曲应力相等。

测试方法

ASTM D790 介绍了两种不同的测试方法,适用于不同类型的材料。方法 A 是首选方法,采用的应变率为每分钟 0.01 mm。方法 B 采用的应变率为每分钟 0.10 mm,适合测试速率更慢且应变达到 5% 时不会断裂的材料。ASTM D790 允许根据十字头位移或引伸计读数来测量应变,分别称为第 1 类测试和第 2 类测试。

ASTM D790 要求的测试速度用试样支承跨距、试样深度和应变率的函数表示。Bluehill® Universal 的表达式构造器便于用户以函数而不是静态数字的形式输入测试速度。测试操作员输入试样测量值后,该软件会根据方程式自动修改测试速度。

测试系统

ASTM D790 测试可采用台式或落地式通用测试机进行,此类测试机带有多种配件,可以通过配置这些配件来优化测试。不同的实验室有不同的需求,因此可以进行不同的系统配置。

基本配置示例如下所示。此测试机包含 3400 系列测试系统,这种系统配有 3 点弯曲工装且未配备引伸计,因此必须根据十字头位移来测量应变(第 1 类测试)。根据十字头位移测量应变后,建议进行柔度修正,但该操作并非强制性要求。进行第 2 类测试时,3400 系列测试机架还可以与引伸计配合使用。

ASTM D790 测试设置

ISO 178 测试设置

1. 英斯特朗 3400

2. Bluehill Universal 仪表板 (2490-696)

3. 2530 系列载荷传感器

4. 3 点弯曲工装 (2810-400)

5. 挠度计柱塞 (2810-403) 

 

高级选项

6800 系列测试系统对于希望提高可重复性和更高测试量的用户来说,是一个更先进、更高效的选项。虽然此系统也可用于 1 型测试,但它最常用于 2 型测试,使用引伸计和挠度计提供更精确的应变报告。

ASTM D790 测试设置

ASTM D790 测试设置

1. 英斯特朗 6800

2. Bluehill Universal 仪表板 (2490-696)

3. 2580 系列载荷传感器

4. 3 点弯曲工装 (2810-400)

5. 挠度计柱塞 (2810-403) 

 

应变测量装置

2 型测试需要使用应变测量装置或引伸计。第一个最先进的选项是非接触式视频引伸计,即英斯特朗的 AVE2。AVE2 会报告应变,从来无需实际接触试样或进入测试空间。下图的第二个选项是自动接触式引伸计,即 AUTOX750,它通过尽量减少操作员接触来提高测试量。最后,2630 系列夹式引伸计对于不需要高测试量的实验室来说是一个颇受欢迎的选项。对于 ASTM D790 测试,所有三个引伸计都确实需要与 2810-403 挠度计一起使用。

引伸计

测试量

对于希望提高测试量的实验室,可以对系统设置进行多次修改。D790 测试可能较为耗时,因此多站点 5900 系列测试机是具有高测试量需求的实验室的热门选择。另外英斯特朗还提供全自动测试系统,旨在整合试样测量、试样加载、测试、应变测量和试样移除功能。这些系统可以在不需要任何操作人员互动的情况下运行数小时,有助于减少人为错误造成的变化。

试样

ASTM D790 试样呈矩形,可以通过注塑成型、挤出或从板材或片材上切割而成。ASTM D790 试样的尺寸取决于材料的厚度,相关标准将其定义为试样的深度。厚度大于 3.2 mm 的片材的宽度和跨距与其厚度成正比。厚度在 3.2 至 1.6 mm 之间的片材宽度为 12.7 mm,跨距定义为试样厚度 X 16。厚度小于 1.6 mm 的片材为 50.8 mm X 12.7 mm,支承跨距为 25.4 mm。

电气绝缘材料的试样尺寸根据其标称厚度有一组不同的度量指标。成型材料通常深 3.2 mm,宽 12.7 mm,长 127 mm。它们使用的支承跨距等于试样深度 X 16。高强度增强复合材料的尺寸应符合标准规定,促使断裂发生在试样的外部纤维中。在测试复合材料和其他各向异性材料时,应注意确保仅由于弯曲过程中产生的力而发生断裂,并应切割试样,以确保所测试的纤维方向是最强的。

ASTM D790 试样
试样测量

必须使用符合 ASTM D5947 的千分尺测量试样。必须对试样的宽度和厚度进行三次测量,并报告其平均值。使用 Bluehill Universal 中的自动试样测量装置 (ASMD) 功能,操作员可以将最多两个千分尺或测量装置连接到计算机,让它们将测量值的平均值直接输入软件中。这样可消除出现输入错误的可能性,并提高效率。

弯曲工装

三点弯曲工装用于 ASTM D790。此工装由安装在移动十字头上的一个载荷突出部和带有两个试样支座或铁砧的一个固定部件组成,经调整可以适应试样支承跨距的距离。除非另有说明,否则铁砧和载荷突出部的表面应为圆柱形,半径为 5 mm,圆柱形部件的长度应大于试样的宽度。

英斯特朗的弯曲工装包括可提高测试精度的多个主要功能。支撑梁上标有刻度的长度单位有助于在使用应变装置时准确定位铁砧,并轻松对中挠度计。英斯特朗弯曲工装还带有经调整可以适应试样宽度的对准臂,因为试样对准会导致结果发生重大变化,必须谨慎以确保每次测试的试样均得到一致对准。

2810-400
5 kN 型号 | 2810-400
标准的最新变更

最新版本的 ASTM D790 于 2017 年发布。它与上一个版本 2015E2 在几个方面有所不同:

  • 依据 E2309,1 型测试(十字头位移)的验证要求从 D 类系统更改为了 B 类系统。
  • 2 型仪器(挠度计和引伸计)的标准从 B 类更改为了 B-2 类。
  • 标准中添加了注释 10 和附录 XI,以解释柔度修正是什么以及如何应用它。

本指南有帮助吗?

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