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塑料彎曲檢測

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發(fā)布時間：2025-08-02 14:15:22 更新時間：2025-08-01 14:15:23

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

塑料彎曲檢測概述

塑料彎曲性能是衡量其抵抗彎曲變形能力和韌性的關(guān)鍵力學(xué)指標，對于評估塑料制品在受力狀態(tài)下（如裝配、使用或運輸過程中）的結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命至關(guān)重要。廣泛應(yīng)用于汽車零部件、電子電器外殼、建筑材料、包裝容器、醫(yī)療器械以及各類工程結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量控制與失效分析環(huán)節(jié)。通過標準化的彎曲檢測，可以獲取材料的彎曲強度、彎曲模量、最大彎曲應(yīng)力、應(yīng)變以及載荷-撓度曲線等重要信息，為材料篩選、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品性能預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

主要檢測項目

塑料彎曲檢測的核心項目包括：

1. 彎曲強度 (Flexural Strength)：材料在彎曲載荷作用下直至斷裂或達到規(guī)定應(yīng)變時所承受的最大應(yīng)力，反映材料的抗彎承載能力。

2. 彎曲模量 (Flexural Modulus)：材料在彈性變形階段內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，表征材料抵抗彈性彎曲變形的剛度或剛性。

3. 最大彎曲應(yīng)力 (Maximum Flexural Stress)：與彎曲強度含義相同，指測試過程中的峰值應(yīng)力。

4. 彎曲應(yīng)變 (Flexural Strain)：材料在彎曲過程中產(chǎn)生的變形量，通常與應(yīng)力一起用于繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

5. 載荷-撓度曲線 (Load-Deflection Curve)：記錄整個彎曲過程中載荷與試樣中心點撓度變化的曲線，用于分析材料的變形行為和失效模式。

常用檢測儀器

塑料彎曲檢測的核心儀器是：

萬能材料試驗機 (Universal Testing Machine, UTM)：

1. 主機框架：提供穩(wěn)定的加載結(jié)構(gòu)，通常為立式雙立柱或單立柱設(shè)計。

2. 負荷傳感器：高精度測量施加在試樣上的彎曲力（載荷），量程需覆蓋待測材料的預(yù)期強度范圍。

3. 驅(qū)動系統(tǒng)：伺服電機或液壓系統(tǒng)，控制橫梁（活動壓頭）以恒定速率移動。

4. 彎曲試驗夾具：最常用的是三點彎曲夾具 (Three-Point Bending Fixture)，由位于底部的兩個平行的支撐輥和一個位于頂部的加載壓頭組成。壓頭和支撐輥的曲率半徑需符合相關(guān)標準要求。

5. 撓度測量裝置：通常使用安裝在橫梁上的高精度位移傳感器（如LVDT或光電編碼器）或直接安裝在試樣上的引伸計來精確測量試樣跨距中點的撓度（變形）。

6. 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)：計算機及專用軟件，用于控制測試過程、實時采集載荷和位移/撓度數(shù)據(jù)、計算相關(guān)性能參數(shù)并生成測試報告。

標準檢測方法

塑料彎曲檢測遵循國際和國家級標準，以確保結(jié)果的可比性和可靠性。最常用的兩種方法是：

1. 三點彎曲法 (Three-Point Bending)：試樣被簡支在兩個支撐輥上，加載壓頭在跨距中點垂直向下施加載荷直至試樣斷裂或達到規(guī)定的撓度/應(yīng)變。此方法操作簡便，應(yīng)用最廣泛。標準依據(jù)：

* ASTM D790 (美國材料與試驗協(xié)會)：規(guī)定了兩種測試程序 —— Procedure A（用于測量彎曲性能直至試樣斷裂）和 Procedure B（用于測量彎曲模量，通常在低應(yīng)變下進行）。 * ISO 178 (國際標準化組織)：標準化的三點彎曲測試方法。

關(guān)鍵測試參數(shù)設(shè)定：

* 跨距 (Span Length, L)：支撐輥之間的距離。標準通常規(guī)定跨距與試樣厚度的比值（L/h），如ISO 178和ASTM D790均推薦L=16h（h為試樣厚度）。精確的跨距設(shè)置至關(guān)重要。 * 試樣尺寸：標準通常規(guī)定矩形截面試樣，長度大于跨距，寬度通常為10mm或更寬，厚度通常為4mm（或按產(chǎn)品標準規(guī)定）。 * 試驗速度 (Test Speed)：壓頭移動速率。標準通常根據(jù)跨距和試樣尺寸規(guī)定應(yīng)變速率或特定的速度值（如1 mm/min, 2 mm/min, 5 mm/min）。ISO 178規(guī)定了1%應(yīng)變速率對應(yīng)的速度計算公式(v = 0.01 * (L2) / (6*h) * C)，其中C是倍數(shù)（通常為1或2）。ASTM D790則直接給出了推薦的速度范圍。必須嚴格按照選定的標準規(guī)定執(zhí)行。 * 加載壓頭和支撐輥半徑：需符合標準規(guī)定（通常為5mm），以避免應(yīng)力集中。

2. 四點彎曲法 (Four-Point Bending)：試樣被簡支在兩個支撐輥上，同時有兩個加載壓頭在跨距內(nèi)對稱施加載荷。這種方法在跨距中間部分產(chǎn)生恒定的彎矩，能更純粹地反映材料的彎曲性能，避免了三點彎曲中加載點處的剪切應(yīng)力影響，特別適用于測量彎曲模量。其操作相對三點彎曲復(fù)雜，設(shè)備要求更高。標準依據(jù)：ASTM D6272 或 ISO 14125（纖維增強塑料復(fù)合材料，但原理相通）。

主要檢測標準

塑料彎曲檢測嚴格遵循以下國際和國家（地區(qū)）標準：

1. 國際標準： * ISO 178: Plastics - Determination of flexural properties (塑料 - 彎曲性能的測定)：最廣泛使用的國際標準，規(guī)定三點彎曲法。 * ISO 14125: Fibre-reinforced plastic composites - Determination of flexural properties (纖維增強塑料復(fù)合材料 - 彎曲性能的測定)：主要針對復(fù)合材料，包含三點和四點彎曲法。

2. 美國標準： * ASTM D790: Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials (非增強和增強塑料及電絕緣材料彎曲性能的標準試驗方法)：詳細規(guī)定了三點彎曲的兩個程序（A和B）。 * ASTM D6272: Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending (四點彎曲法測定非增強和增強塑料及電絕緣材料彎曲性能的標準試驗方法)。

3. 中國國家標準： * GB/T 9341: 塑料彎曲性能的測定：等效采用ISO 178，規(guī)定三點彎曲法。

4. 其他重要標準： * JIS K 7171: プラスチック?曲げ特性の試験方法 (日本工業(yè)標準，塑料彎曲性能試驗方法)。 * DIN EN ISO 178 (德國標準，等同采用ISO 178)。 * 特定行業(yè)或產(chǎn)品標準（如汽車、電子電器、醫(yī)療器械等行業(yè)對所用塑料部件的彎曲性能測試可能有更具體的標準規(guī)定）。

在選擇和執(zhí)行彎曲檢測時，必須明確指出所依據(jù)的具體標準版本號（如ISO 178:2019, ASTM D790-17），因為不同版本間可能存在差異。嚴格按照標準要求進行試樣制備、狀態(tài)調(diào)節(jié)、儀器校準、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)處理，是獲得準確、可靠彎曲性能數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。