用四點彎曲法測定非增強和增強塑料以及電絕緣材料彎曲性能的標準試驗方法

許方芳

摘 要：本標準按固定名稱D6272發(fā)布； 緊接指定的數(shù)字表示原始采納的年份，或者在修訂的情況下是最近一次修訂的年份。括號中的數(shù)字表示上次重新批準的年份。上標ε表示自上次修訂或重新批準以來的編輯更改。

關(guān)鍵詞：彎曲性能；四點彎曲；塑料；剛性；強度

1范圍

1.1本測試方法包括確定未增強和增強塑料的彎曲性能，包括直接成型或從片材，板材或模塑形狀切割成矩形棒材形式的高模量復(fù)合材料和電絕緣材料。這些測試方法通常是適用于剛性和半剛性材料。然而，對于那些在外部纖維中沒有斷裂或不會失效的材料，不能確定抗彎強度。這種測試方法利用一個簡單的四點加載系統(tǒng)支撐梁。

1.2該測試方法描述了兩個程序（程序A和程序B），其選擇取決于待測樣品的特性，如下所述：

1.2.1程序A主要設(shè)計用于以小的撓度折斷的材料。它應(yīng)該用于彎曲性能的測量，特別是撓曲模量，除非材料規(guī)格另有說明。

1.2.2程序B，特別針對那些在測試過程中經(jīng)受大撓度的材料而設(shè)計。它適用于彎曲強度的測量。

1.3允許按照上述任一程序進行比較試驗，只要程序?qū)Ρ粶y試材料滿意即可。

2試驗方法概要

2.1矩形橫截面的鋼筋放置在兩個支撐上，并在兩點（通過兩個加載鼻）加載，每個點與相鄰支撐點的距離相等。負載鼻子之間的距離（負載跨度）是支撐跨度的三分之一或一半（見圖1）。除非有理由懷疑需要較大的跨深比例，例如某些層壓材料，否則應(yīng)使用16：1的支撐跨深比。

2.2試樣偏斜直至外部纖維斷裂或達到5%的最大纖維應(yīng)變，以先發(fā)生者為準。

3夾具

3.1試驗機-校準過的試驗機應(yīng)該能夠在所示范圍內(nèi)以恒定的十字頭運動速度運行并且負載測量系統(tǒng)中的誤差不超過預(yù)期測量的最大負載的±1%。它應(yīng)該配備一個偏轉(zhuǎn)測量裝置。試驗機的剛度應(yīng)使試驗過程中系統(tǒng)的總彈性變形量不超過試樣總撓曲量的1%，或進行適當?shù)男ＵＸ撦d指示機構(gòu)在所使用的十字頭速率下基本上沒有慣性滯后。試驗機的精度應(yīng)按照E4的規(guī)定進行驗證。

3.2裝載鼻和支架-裝載鼻和支架應(yīng)具有圓柱形表面。為了避免過度的壓痕或由于應(yīng)力集中在加載鼻下面造成的故障，除非有關(guān)方面另有規(guī)定或約定，加載鼻和支撐的半徑應(yīng)為5.0±0.1mm（0.197±0.004in.）。當使用其他加載鼻和支撐時，它們必須符合以下要求：所有試樣的長度至少為3.2mm（1/8in.），深度為3.2mm（1/8in.）或更大的試樣，支架的半徑不應(yīng)超過試樣深度的1.6倍。如果出現(xiàn)明顯的壓痕或壓縮破壞，則應(yīng)該是這么大。與試樣接觸的加載鼻的弧應(yīng)足夠大以防止試樣與鼻側(cè)接觸（見圖2）。

注1--試驗數(shù)據(jù)表明，加載鼻和支撐的尺寸會影響彎曲模量和彎曲強度值。加載鼻的尺寸具有更大的影響力。加載鼻和支撐的尺寸要符合材料規(guī)格的要求。

3.3偏轉(zhuǎn)測量裝置-應(yīng)使用經(jīng)過適當校準的裝置來測量在加載跨度的公共中心處的梁的偏轉(zhuǎn)，其應(yīng)滿足或超過E83，B-2等級的模量和C等級的其他應(yīng)變測量。該裝置應(yīng)自動連續(xù)記錄測試過程中的偏轉(zhuǎn)。

3.4千分尺-應(yīng)使用合適的千分尺測量試樣的寬度和厚度，增量分辨率至少為0.025mm（0.001in.）。剛性和半剛性塑料的所有寬度和厚度測量均可使用測試方法D5947中所述的帶棘輪的手動千分尺進行測量。用于測量非剛性試樣厚度的類似儀器的接觸測量壓力應(yīng)降低25±2.5kPa（3.6±0.36psi）。腳和鐵砧的平行度和平直度應(yīng)符合測試方法D5947校準部分的要求。

4試驗程序

4.1程序A：

4.1.1為每次測量使用未經(jīng)測試的樣本在支撐跨度中心測量試樣的寬度和深度，精確至0.03mm（0.001英寸）。對于深度小于2.54mm（0.100in.）的試樣，測量深度至0.003mm（0.0001in.）。這些測量應(yīng)按照測試方法D5947進行。

4.1.2按第7節(jié)所述確定要使用的支撐跨度，并將支撐跨度設(shè)置為確定值的1%以內(nèi)。

4.1.3跨度小于63mm（2.5in.）時精確測量，精確到0.1mm（0.004in.），跨度大于或等于63mm（2.5in.）精確到0.3mm（0.012in.）。所有計算都使用測量的量程。

4.1.4按如下方式計算十字頭運動的速率，并將機器設(shè)置為盡可能接近該計算速率，以支撐跨度的三分之一：

R=0.185ZL2/d （1）

對于支撐跨度的一半的負載跨度：

R=0.167ZL2/d （2）

其中：

R=十字頭運動速率，mm（in.）/min，

L=支撐跨度，mm（in.），

d=梁的深度，mm（in.）和

Z=外部纖維應(yīng)變率，mm/mm（in./in.）min。Z應(yīng)等于0.01

在任何情況下，實際的十字頭速率與方程1或方程2的差別都不會超過±10%。

4.1.5將加載鼻和支架對齊，使圓柱面的軸線平行，載荷跨度為支撐跨度的三分之一或二分之一。一個包含平行凹槽的平板，當正確對齊時，負載鼻子和支撐將適合于平行凹槽，適用于檢查平行度。將樣品置于支架上，樣品的長軸垂直于裝載的鼻子和支架。裝載前端組件應(yīng)是不會旋轉(zhuǎn)的類型。

4.1.6以指定的十字頭速率對試樣施加載荷，并同時獲得載荷-撓度數(shù)據(jù)。通過跨接在公共中心處的與其接觸的樣本下面的裝置測量偏轉(zhuǎn)，裝置相對于樣本支架靜止地安裝。不要使用裝載鼻相對于支撐物的移動。對樣本中的壓痕和機器的稱重系統(tǒng)中的偏轉(zhuǎn)進行適當?shù)男Ｕ?。如果需要，繪制荷載-撓度曲線以確定撓曲屈服強度，割線或切線彈性模量，以及由荷載-撓度曲線下面積測量的總工作量。

4.1.7如果在外部纖維的最大應(yīng)變達到0.05mm/mm（in./in.）時試樣未發(fā)生破裂，則停止試驗（注2）。發(fā)生這種應(yīng)變的撓度通過如下計算：在支撐跨度的三分之一的載荷跨度上使r等于0.05mm/mm（in./in.）：

D=0.21rL2/d （3）

對于支撐跨度的一半的負載跨度：

D=0.23L2/d （4）

其中：

D=跨距中點撓度，mm（in.），

r=應(yīng)變，mm/mm（in./in.），

L=支撐跨度，mm（in.）和

d=梁的深度，mm（in.）。

注2-對于某些材料，程序B下提供的應(yīng)變速率增加可能導致試樣屈服或破裂，或兩者都在要求的5%應(yīng)變極限內(nèi)。

4.1.7.1超過5%的應(yīng)變，這些測試方法不適用，并且可能測量其他一些性能（例如測試方法D638）。

4.2程序B：

4.2.1為每次測量使用未經(jīng)測試的樣本。

4.2.2試驗條件應(yīng)與10.1中描述的相同，只是外纖維的應(yīng)變率應(yīng)為0.10mm/mm（in./in.）/min。

4.2.3如果外部纖維的最大應(yīng)變達到0.05mm/mm（in./in.）時試樣未發(fā)生破裂，則停止試驗。