關(guān)于塑料彎曲試驗，我們上期就彎曲強度問題進行了解析，原文可點此鏈接閱讀。本文將和大家一起探討以下2項彎曲模量相關(guān)的問題。
? 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嗎？
針對彎曲模量，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)的因素在彎曲強度一篇中已經(jīng)說明，不再贅述。本文列出其他幾個主要因素，即應(yīng)變源，預(yù)應(yīng)力和模量計算。
撓度的應(yīng)變源有3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)變測量裝置。試驗系統(tǒng)柔量有多種不同的來源，如工裝的變形和鎖緊間隙，傳感器變形，橫梁變形等。當測定彎曲模量時，撓度的精確測量顯得尤為重要。ISO 178:2019 根據(jù)測試結(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。
如果您的測試結(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的準確度的模量結(jié)果就足夠了。這時候使用柔量修正后的橫梁位移，且撓度測量精度滿足ISO 9513 2級即可。
如果要進行不同實驗室之間結(jié)果比較，就需要采用IV型，即模量結(jié)果符合準確度（正確度和精密度）要求。這種情況下，則要求采用直接測量方式，且撓度測量精度需滿足ISO 9513 1級，從而進一步減少由于測試設(shè)置導(dǎo)致的誤差。
表1 測試類型和標定要求
通過以上說明，希望能夠清晰解答讀者對彎曲模量測定是否要使用撓度計的問題。同時，也說明不同應(yīng)變源會帶來模量差異。需要注意的是，并不是所有設(shè)備在進行柔量修正后都能滿足ISO 9513的2級精度，也就是+/-6.8μm絕對精度（采用推薦試樣尺寸）。
圖1 3400（左）和6800（右）系列 III型三點彎曲試驗
Instron 3400和6800系列電子萬能試驗機滿足最新ISO 178塑料彎曲標準中關(guān)于彎曲模量測定的橫梁位移精度要求，在多數(shù)情況下，無需額外使用撓度計，這樣可節(jié)省每年的標定費用，節(jié)約操作和試驗準備時間，減少誤操作的可能。
（1. 視頻引伸計AVE2；2. 全自動引伸計AutoX 750；3. 手動夾持式引伸計）
圖2 撓度桿搭配不同類型引伸計測定IV型彎曲模量
試驗前，試樣不應(yīng)過分受力。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。測試模量時的預(yù)應(yīng)力范圍如下：
0＜σf0 ≤5×10-4 Ef
其中，5×10-4 Ef對應(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)對比時，也需要注意采用相同的預(yù)應(yīng)力。我們來看下圖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。當您做這類材料測試時，需特別注意。
圖3 不同預(yù)應(yīng)力下的彎曲模量結(jié)果
對于模量，當您參考ISO 178:2019時，應(yīng)在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上ε1=0.05%和ε2=0.25%區(qū)間內(nèi)采用兩點法（弦模量）或線性回歸法（段模量）來計算，而不是楊氏模量。圖4采用了4種不同的模量計算方式，您可以看到結(jié)果上的差異。
圖4 不同模量類型的計算結(jié)果
如果您在測試中也遇到了一樣的問題，但無從下手，不妨跟著本文一步一步排查。
如果您有更多問題，歡迎留言，我們可以進行更多的探討。如有不足之處，請指正。
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