高分子材料分析檢測技術(shù)主講人付麗麗遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院

高分子材料分析檢測技術(shù)主講人：付麗麗遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)情境四高分子材料力學(xué)性能測試1任務(wù)2高分子材料彎曲性能測試2你要應(yīng)聘為高分子材料加工企業(yè)的一名性能分析檢測人員，招聘負(fù)責(zé)人提出以下考題：任務(wù)介紹1.測量一塊塑料試樣的彎曲強(qiáng)度；2.測量一塊橡膠試樣的彎曲強(qiáng)度。彎曲試驗(yàn)主要是用來檢驗(yàn)材料在經(jīng)受彎曲負(fù)荷作用時的性能，生產(chǎn)上常用彎曲試驗(yàn)來評定材料的彎曲強(qiáng)度和塑性變形的大小。任務(wù)分析塑料彎曲性能試驗(yàn)參照的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T9341-2000（塑料彎曲性能試驗(yàn)方法）橡膠的彎曲性能試驗(yàn)參照的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1696-2001（硬質(zhì)橡膠彎曲強(qiáng)度的測定）。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.掌握常見的高分子材料彎曲性能術(shù)語；2.掌握塑料或橡膠彎曲試樣制備方法；3.了解拉彎曲能測試原理；4.掌握拉彎曲能測試方法。教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)能進(jìn)行塑料或橡膠的彎曲性能測試。素質(zhì)目標(biāo)1、培養(yǎng)學(xué)生遵規(guī)守紀(jì)、按章操作的工作作風(fēng)；2、鍛煉學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力，培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)合作意識；3、培養(yǎng)學(xué)生具有環(huán)保意識、安全意識、節(jié)能降耗意識。F：彎曲力；L：跨距；l：試樣長度；D：撓度一、概念及原理1.彎曲應(yīng)力（σf

）試樣跨度中心外表面的正應(yīng)力，單位MPa。2.彎曲強(qiáng)度（σfM）試樣在彎曲過程中承受的最大彎曲應(yīng)力，單位MPa。3.撓度（s）彎曲試驗(yàn)過程中，試樣跨度中心的頂面或底面偏離原始位置的距離，單位mm。（一）定義4.彎曲應(yīng)變（εf）試樣跨度中心外表面上單元長度的微量變化，用無量綱的比或百分?jǐn)?shù)（%）表示。5.彎曲彈性模量（Ef）比例極限內(nèi)應(yīng)力差與應(yīng)變差的比值，單位MPa。一、概念及原理（一）定義（二）測試原理把試樣支撐成橫梁，使其在跨度中心以恒定速度彎曲，直到試樣斷裂或變形達(dá)到預(yù)定值，測量該過程中對試樣施加的壓力。一、概念及原理三點(diǎn)式加載方法在試驗(yàn)時將規(guī)定形狀和尺寸的試樣至于兩支座上，并在兩支座的中點(diǎn)施加一集中負(fù)荷，使試樣產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和變形。四點(diǎn)式加載法使彎矩均勻地分布在試樣上，試驗(yàn)時試樣會在該長度上的任何薄弱處破壞，試樣的中間部分為純彎曲，且沒有剪力的影響。加載方法:一、概念及原理一、概念及原理一、概念及原理一、概念及原理彎曲應(yīng)力為：式中，為彎曲應(yīng)力，MPa；

F為施加的力，N；

L為跨度，mm；

b為試樣寬度，mm；

h為試樣厚度，mm。一般采用三點(diǎn)加載簡支梁:一、概念及原理式中，D為撓度，mm

d為試樣厚度，mm。若考慮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為撓度，mm

d為試樣厚度，mm。若考慮支座反作用力的垂直分力和水平分力，其修正公式如下：一、概念及原理彈性模量為：式中，為彎曲彈性模量，MPa；為載荷-撓度曲線上初始直線部分的負(fù)荷增量，N；為載荷-撓度曲線上與對應(yīng)的撓度增量，mm；

K為載荷-撓度曲線上直線段的斜率，N/mm

d為試樣厚度，mm。一、概念及原理一、概念及原理撓度：式中，為最大應(yīng)變值，1/mm；一、概念及原理二、試樣與試驗(yàn)條件試樣尺寸應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推薦尺寸(單位mm)：長度l=80±2；寬度b=10.0±0.2；厚度h=4.0±0.2。對于任一試樣，其中部1/3的長度內(nèi)各處厚度與厚度平均值的偏差不應(yīng)大于2%，相應(yīng)的寬度偏差不應(yīng)大于3%，試樣截面應(yīng)是矩形且無倒角。試樣不可扭曲，表面相互垂直或平行，表面和棱角上應(yīng)無刮痕、麻點(diǎn)、凹陷和飛邊。對照直尺、矩尺和平板，目視檢查試樣是否符合上述要求，并用游標(biāo)卡尺測量。二、試樣與試驗(yàn)條件（一）加載速度仲裁試驗(yàn)時（跨厚比L/d=16±1時），速度為V=h/2(mm/min)，常規(guī)試驗(yàn)時V=10mm/min，測定彎曲彈性模量及彎曲載荷-撓度曲線時V=2mm/min。厚度在1~3.5mm的試樣，用最低速度：1mm/min。（二）規(guī)定撓度取試樣厚度的1.5倍二、試樣與試驗(yàn)條件（三）跨厚比一般取16±1，對于很厚的試樣，可大于16，如32或40，對于很薄的試樣，在允許范圍內(nèi)，可取小于16。（四）試驗(yàn)條件溫度：10~35℃；應(yīng)力速率：3~30MPa·s-1三、彎曲試驗(yàn)裝置萬能材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)裝置由兩個支座和一個壓頭構(gòu)成。1-加荷壓頭；2-試樣；3-試樣支柱r1-加荷壓頭半徑；r2-支柱圓弧半徑；l-試樣長度；P-彎曲負(fù)荷；L-跨度；d-試樣厚度四、試驗(yàn)步驟1.測量試樣中部受力部分的寬度b，精確到0.1mm；厚度h，精確到0.01mm。測量三點(diǎn)，取平均值，剔除厚度超過平均厚度允差±0.5%的試樣。2.調(diào)節(jié)跨度L，使其符合。3.測量調(diào)節(jié)好的跨度，精確到0.5%。4.按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)置試驗(yàn)速度，若用上述推薦試樣，試驗(yàn)速度為2mm/min。四、試驗(yàn)步驟5.將彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置安裝在試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)指針的零點(diǎn)，試驗(yàn)前壓頭刃口應(yīng)高出兩支點(diǎn)平面15~20mm；6.將試樣寬面放在兩支座上，使兩端伸出部分的長度大約相等；7.開動試驗(yàn)機(jī)，調(diào)節(jié)速度，使試樣在（30±15）s發(fā)生破壞或達(dá)到最大值；使力值在滿量程15%-85%的范圍內(nèi)；當(dāng)壓頭與試樣接觸的瞬間，開始記時；試驗(yàn)結(jié)束記錄試驗(yàn)機(jī)指示的力值。4.應(yīng)用自動記錄裝置記錄，自動得到完整的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。或者根據(jù)公式計算。四、試驗(yàn)步驟五、影響因素（一）跨度比試樣任何一個橫截面上都同時既有剪力，也有正應(yīng)力，且分別與彎矩的大小有關(guān)。隨著跨度比的增加，剪應(yīng)力逐步減小。應(yīng)使跨厚比為16±1。調(diào)節(jié)跨度L，使符合式（2）：

五、影響因素（二）試驗(yàn)速率試樣受力彎曲變形時，橫截面上部邊緣處有最大的壓縮變形，下部邊緣處有最大的拉伸變形。較慢試驗(yàn)速度下，才能使試樣在外力作用下近似地反映其自身存在的不均勻或其他缺陷的客觀真實(shí)性。有關(guān)資料顯示，試驗(yàn)速度越高，材料的彎曲強(qiáng)度越大。五、影響因素五、影響因素（三）加載壓頭圓弧和支座圓弧半徑如果加載壓頭圓弧半徑過小，則容易在試樣上產(chǎn)生明顯的壓痕，造成壓頭與試樣之間不是線接觸，而是面接觸；若壓頭半徑過大，對于大跨度就會增加剪力的影響，容易產(chǎn)生剪切斷裂。而支座圓弧半徑的大小，是保證支座與試樣接觸為一條線，若表面接觸過寬，則不能保證試樣跨度的準(zhǔn)確。（四）溫度彎曲強(qiáng)度隨著試驗(yàn)溫度的增加而下降五、影響因素（五）操作影響試樣尺寸的測量、試樣跨度的調(diào)整、壓頭與試樣的線接觸和垂直狀況以及撓度值零點(diǎn)的調(diào)整等，都會對測試結(jié)果造成誤差。五、影響因素五、影響因素五、影響因素1.3、本方法適用于下列材料:熱塑性模塑和擠塑材料，包括填充的和增強(qiáng)的未填充材料以及硬質(zhì)熱塑性板材;熱固性模塑材料，包括填充和增強(qiáng)材料,熱固性板材，包括層壓材料;纖維增強(qiáng)熱固性和熱塑性復(fù)合材料，其含有單向或非單向的增強(qiáng)材料，如氈、紡織纖維、紡織粗紗、短切原絲、組合或混雜增強(qiáng)材料，無捻粗紗和磨碎纖維等；由預(yù)浸漬材料制成的板材;熱致液晶聚合物。本方法一般不適用于硬質(zhì)微孔材料和含有微孔材料的夾層結(jié)構(gòu)材料。注1：對于某些紡織纖維增強(qiáng)塑料，最好用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。五、影響因素6、試樣6.1形狀和尺寸6.1.1概述試樣尺寸應(yīng)符合相關(guān)的材料標(biāo)準(zhǔn)，若適用，則應(yīng)符合6.1.2或6.1.3的要求，否則，必須與有關(guān)方面協(xié)商試樣的類型。6.1.2推薦試樣推薦試樣尺寸是(單位為mm)：長度=80±2寬度6-10.0±0.2厚度h=4.0±0.2對于任一試樣，其中部1/3的長度內(nèi)各處厚度與厚度平均值的偏差不應(yīng)大于2%，相應(yīng)的寬度偏差不應(yīng)大于3%，試樣截面應(yīng)是矩形且無倒角。注4：推薦試樣可從按ISO3167的規(guī)定制成的多用途試樣的中部機(jī)加工制取7、狀態(tài)調(diào)節(jié)試樣應(yīng)按其材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，若無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)從GB/T2918-1998中選擇最合適的條件進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。另有商定的，如高溫或低溫試驗(yàn)除外。五、影響因素試驗(yàn)報告應(yīng)包含下列內(nèi)容五、影響因素10、試驗(yàn)報告a)注明參照本標(biāo)準(zhǔn);b)注明試驗(yàn)材料所有已知的必要信息，包括類型、來源、生產(chǎn)批號、形態(tài)和成型工藝;c)對于板材，注明板材的厚度，若需要，應(yīng)注明試樣的軸線方向與板材某些特征的關(guān)系；d)試樣的形狀和尺寸;e)試樣的制備方法;f)若需要，注明試驗(yàn)條件和狀態(tài)調(diào)節(jié)方法:試驗(yàn)報告應(yīng)包含下列內(nèi)容五、影響因素10、試驗(yàn)報告g)試樣數(shù)量;h)所用跨度的公稱長度;i)試驗(yàn)速度;j)試驗(yàn)設(shè)備的精度等級;k)力施加的表面;l