高分子材料分析检测技术主讲人付丽丽辽宁石化职业技术学院

高分子材料分析检测技术主讲人：付丽丽辽宁石化职业技术学院学习情境四高分子材料力学性能测试1任务2高分子材料弯曲性能测试2你要应聘为高分子材料加工企业的一名性能分析检测人员，招聘负责人提出以下考题：任务介绍1.测量一块塑料试样的弯曲强度；2.测量一块橡胶试样的弯曲强度。弯曲试验主要是用来检验材料在经受弯曲负荷作用时的性能，生产上常用弯曲试验来评定材料的弯曲强度和塑性变形的大小。任务分析塑料弯曲性能试验参照的标准为GB/T9341-2000（塑料弯曲性能试验方法）橡胶的弯曲性能试验参照的标准为GB/T1696-2001（硬质橡胶弯曲强度的测定）。教学目标知识目标1.掌握常见的高分子材料弯曲性能术语；2.掌握塑料或橡胶弯曲试样制备方法；3.了解拉弯曲能测试原理；4.掌握拉弯曲能测试方法。教学目标能力目标能进行塑料或橡胶的弯曲性能测试。素质目标1、培养学生遵规守纪、按章操作的工作作风；2、锻炼学生组织协调能力，培养其团队合作意识；3、培养学生具有环保意识、安全意识、节能降耗意识。F：弯曲力；L：跨距；l：试样长度；D：挠度一、概念及原理1.弯曲应力（σf

）试样跨度中心外表面的正应力，单位MPa。2.弯曲强度（σfM）试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力，单位MPa。3.挠度（s）弯曲试验过程中，试样跨度中心的顶面或底面偏离原始位置的距离，单位mm。（一）定义4.弯曲应变（εf）试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比或百分数（%）表示。5.弯曲弹性模量（Ef）比例极限内应力差与应变差的比值，单位MPa。一、概念及原理（一）定义（二）测试原理把试样支撑成横梁，使其在跨度中心以恒定速度弯曲，直到试样断裂或变形达到预定值，测量该过程中对试样施加的压力。一、概念及原理三点式加载方法在试验时将规定形状和尺寸的试样至于两支座上，并在两支座的中点施加一集中负荷，使试样产生弯曲应力和变形。四点式加载法使弯矩均匀地分布在试样上，试验时试样会在该长度上的任何薄弱处破坏，试样的中间部分为纯弯曲，且没有剪力的影响。加载方法:一、概念及原理一、概念及原理一、概念及原理一、概念及原理弯曲应力为：式中，为弯曲应力，MPa；

F为施加的力，N；

L为跨度，mm；

b为试样宽度，mm；

h为试样厚度，mm。一般采用三点加载简支梁:一、概念及原理式中，D为挠度，mm

d为试样厚度，mm。若考虑支座反作用力的垂直分力和水平分力，其修正公式如下：一、概念及原理式中，D为挠度，mm

d为试样厚度，mm。若考虑支座反作用力的垂直分力和水平分力，其修正公式如下：一、概念及原理弹性模量为：式中，为弯曲弹性模量，MPa；为载荷-挠度曲线上初始直线部分的负荷增量，N；为载荷-挠度曲线上与对应的挠度增量，mm；

K为载荷-挠度曲线上直线段的斜率，N/mm

d为试样厚度，mm。一、概念及原理一、概念及原理挠度：式中，为最大应变值，1/mm；一、概念及原理二、试样与试验条件试样尺寸应符合相关标准，推荐尺寸(单位mm)：长度l=80±2；宽度b=10.0±0.2；厚度h=4.0±0.2。对于任一试样，其中部1/3的长度内各处厚度与厚度平均值的偏差不应大于2%，相应的宽度偏差不应大于3%，试样截面应是矩形且无倒角。试样不可扭曲，表面相互垂直或平行，表面和棱角上应无刮痕、麻点、凹陷和飞边。对照直尺、矩尺和平板，目视检查试样是否符合上述要求，并用游标卡尺测量。二、试样与试验条件（一）加载速度仲裁试验时（跨厚比L/d=16±1时），速度为V=h/2(mm/min)，常规试验时V=10mm/min，测定弯曲弹性模量及弯曲载荷-挠度曲线时V=2mm/min。厚度在1~3.5mm的试样，用最低速度：1mm/min。（二）规定挠度取试样厚度的1.5倍二、试样与试验条件（三）跨厚比一般取16±1，对于很厚的试样，可大于16，如32或40，对于很薄的试样，在允许范围内，可取小于16。（四）试验条件温度：10~35℃；应力速率：3~30MPa·s-1三、弯曲试验装置万能材料试验机试验装置由两个支座和一个压头构成。1-加荷压头；2-试样；3-试样支柱r1-加荷压头半径；r2-支柱圆弧半径；l-试样长度；P-弯曲负荷；L-跨度；d-试样厚度四、试验步骤1.测量试样中部受力部分的宽度b，精确到0.1mm；厚度h，精确到0.01mm。测量三点，取平均值，剔除厚度超过平均厚度允差±0.5%的试样。2.调节跨度L，使其符合。3.测量调节好的跨度，精确到0.5%。4.按标准规定设置试验速度，若用上述推荐试样，试验速度为2mm/min。四、试验步骤5.将弯曲试验的试验装置安装在试验机上，调整试验机指针的零点，试验前压头刃口应高出两支点平面15~20mm；6.将试样宽面放在两支座上，使两端伸出部分的长度大约相等；7.开动试验机，调节速度，使试样在（30±15）s发生破坏或达到最大值；使力值在满量程15%-85%的范围内；当压头与试样接触的瞬间，开始记时；试验结束记录试验机指示的力值。4.应用自动记录装置记录，自动得到完整的应力-应变曲线。或者根据公式计算。四、试验步骤五、影响因素（一）跨度比试样任何一个横截面上都同时既有剪力，也有正应力，且分别与弯矩的大小有关。随着跨度比的增加，剪应力逐步减小。应使跨厚比为16±1。调节跨度L，使符合式（2）：

五、影响因素（二）试验速率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。较慢试验速度下，才能使试样在外力作用下近似地反映其自身存在的不均匀或其他缺陷的客观真实性。有关资料显示，试验速度越高，材料的弯曲强度越大。五、影响因素五、影响因素（三）加载压头圆弧和支座圆弧半径如果加载压头圆弧半径过小，则容易在试样上产生明显的压痕，造成压头与试样之间不是线接触，而是面接触；若压头半径过大，对于大跨度就会增加剪力的影响，容易产生剪切断裂。而支座圆弧半径的大小，是保证支座与试样接触为一条线，若表面接触过宽，则不能保证试样跨度的准确。（四）温度弯曲强度随着试验温度的增加而下降五、影响因素（五）操作影响试样尺寸的测量、试样跨度的调整、压头与试样的线接触和垂直状况以及挠度值零点的调整等，都会对测试结果造成误差。五、影响因素五、影响因素五、影响因素1.3、本方法适用于下列材料:热塑性模塑和挤塑材料，包括填充的和增强的未填充材料以及硬质热塑性板材;热固性模塑材料，包括填充和增强材料,热固性板材，包括层压材料;纤维增强热固性和热塑性复合材料，其含有单向或非单向的增强材料，如毡、纺织纤维、纺织粗纱、短切原丝、组合或混杂增强材料，无捻粗纱和磨碎纤维等；由预浸渍材料制成的板材;热致液晶聚合物。本方法一般不适用于硬质微孔材料和含有微孔材料的夹层结构材料。注1：对于某些纺织纤维增强塑料，最好用四点弯曲试验。五、影响因素6、试样6.1形状和尺寸6.1.1概述试样尺寸应符合相关的材料标准，若适用，则应符合6.1.2或6.1.3的要求，否则，必须与有关方面协商试样的类型。6.1.2推荐试样推荐试样尺寸是(单位为mm)：长度=80±2宽度6-10.0±0.2厚度h=4.0±0.2对于任一试样，其中部1/3的长度内各处厚度与厚度平均值的偏差不应大于2%，相应的宽度偏差不应大于3%，试样截面应是矩形且无倒角。注4：推荐试样可从按ISO3167的规定制成的多用途试样的中部机加工制取7、状态调节试样应按其材料标准的规定进行状态调节，若无相关标准时，应从GB/T2918-1998中选择最合适的条件进行状态调节。另有商定的，如高温或低温试验除外。五、影响因素试验报告应包含下列内容五、影响因素10、试验报告a)注明参照本标准;b)注明试验材料所有已知的必要信息，包括类型、来源、生产批号、形态和成型工艺;c)对于板材，注明板材的厚度，若需要，应注明试样的轴线方向与板材某些特征的关系；d)试样的形状和尺寸;e)试样的制备方法;f)若需要，注明试验条件和状态调节方法:试验报告应包含下列内容五、影响因素10、试验报告g)试样数量;h)所用跨度的公称长度;i)试验速度;j)试验设备的精度等级;k)力施加的表面;l