彎曲模量差異分析
關(guān)于塑料彎曲試驗(yàn)，我們上期就彎曲強(qiáng)度問(wèn)題進(jìn)行了解析，原文可點(diǎn)此鏈接閱讀。本文將和大家一起探討以下2項(xiàng)彎曲模量相關(guān)的問(wèn)題。
? 為什么我的模量結(jié)果和別人的差那么大？
? 彎曲模量必須用撓度計(jì)嗎？
針對(duì)彎曲模量，我們也先從它的定義出發(fā)。彎曲模量和應(yīng)力與應(yīng)變相關(guān)。應(yīng)力相關(guān)的因素在彎曲強(qiáng)度一篇中已經(jīng)說(shuō)明，不再贅述。本文列出其他幾個(gè)主要因素，即應(yīng)變?cè)?，預(yù)應(yīng)力和模量計(jì)算。
應(yīng)變?cè)?撓度的應(yīng)變?cè)从?種，橫梁位移，橫梁位移經(jīng)柔量修正后的修正位移，以及直接的應(yīng)變測(cè)量裝置。試驗(yàn)系統(tǒng)柔量有多種不同的來(lái)源，如工裝的變形和鎖緊間隙，傳感器變形，橫梁變形等。當(dāng)測(cè)定彎曲模量時(shí)，撓度的精確測(cè)量顯得尤為重要。iso 178:2019 根據(jù)測(cè)試結(jié)果的精密度和正確度的要求，定義了不同類型的撓度測(cè)量及相應(yīng)的精度要求。如表1所示，與彎曲模量相關(guān)的有iii型和iv型。
iii型的應(yīng)用如果您的測(cè)試結(jié)果只是用于企業(yè)內(nèi)部比較的質(zhì)量控制，那么iii型具有良好的精密度而不是絕對(duì)的準(zhǔn)確度的模量結(jié)果就足夠了。這時(shí)候使用柔量修正后的橫梁位移，且撓度測(cè)量精度滿足iso 9513 2級(jí)即可。
iv型的應(yīng)用如果要進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)室之間結(jié)果比較，就需要采用iv型，即模量結(jié)果符合準(zhǔn)確度（正確度和精密度）要求。這種情況下，則要求采用直接測(cè)量方式，且撓度測(cè)量精度需滿足iso 9513 1級(jí)，從而進(jìn)一步減少由于測(cè)試設(shè)置導(dǎo)致的誤差。
表1 測(cè)試類型和標(biāo)定要求
通過(guò)以上說(shuō)明，希望能夠清晰解答讀者對(duì)彎曲模量測(cè)定是否要使用撓度計(jì)的問(wèn)題。同時(shí)，也說(shuō)明不同應(yīng)變?cè)磿?huì)帶來(lái)模量差異。需要注意的是，并不是所有設(shè)備在進(jìn)行柔量修正后都能滿足iso 9513的2級(jí)精度，也就是+/-6.8μm絕對(duì)精度（采用推薦試樣尺寸）。
圖1 3400（左）和6800（右）系列 iii型三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)
instron 3400和6800系列電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)滿足最新iso 178塑料彎曲標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于彎曲模量測(cè)定的橫梁位移精度要求，在多數(shù)情況下，無(wú)需額外使用撓度計(jì)，這樣可節(jié)省每年的標(biāo)定費(fèi)用，節(jié)約操作和試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，減少誤操作的可能。
（1. 視頻引伸計(jì)ave2；2. 全自動(dòng)引伸計(jì)autox 750；3. 手動(dòng)夾持式引伸計(jì)）
圖2 撓度桿搭配不同類型引伸計(jì)測(cè)定iv型彎曲模量
預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)前，試樣不應(yīng)過(guò)分受力。但為了避免應(yīng)力-應(yīng)變曲線的起始部分出現(xiàn)彎曲，有必要施加預(yù)應(yīng)力。測(cè)試模量時(shí)的預(yù)應(yīng)力范圍如下：
0＜σf0 ≤5×10-4 ef
其中，5×10-4 ef對(duì)應(yīng)預(yù)應(yīng)變≤0.05%。
即便都在預(yù)應(yīng)力范圍內(nèi)，在做數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，也需要注意采用相同的預(yù)應(yīng)力。我們來(lái)看下圖3，這是同一根試樣在設(shè)置不同預(yù)應(yīng)力條件下，彎曲模量結(jié)果的顯著變化。高粘彈性和高韌性的材料，如聚乙烯，聚丙烯或濕態(tài)聚酰胺的彎曲模量受預(yù)應(yīng)力影響明顯。當(dāng)您做這類材料測(cè)試時(shí)，需特別注意。
圖3 不同預(yù)應(yīng)力下的彎曲模量結(jié)果
模量計(jì)算 對(duì)于模量，當(dāng)您參考iso 178:2019時(shí)，應(yīng)在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上ε1=0.05%和ε2=0.25%區(qū)間內(nèi)采用兩點(diǎn)法（弦模量）或線性回歸法（段模量）來(lái)計(jì)算，而不是楊氏模量。圖4采用了4種不同的模量計(jì)算方式，您可以看到結(jié)果上的差異。
圖4 不同模量類型的計(jì)算結(jié)果
如果您在測(cè)試中也遇到了一樣的問(wèn)題，但無(wú)從下手，不妨跟著本文一步一步排查。
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