塑料三点弯曲试验二三问——ISO 178:2019 回答您

关于塑料弯曲试验，我们上期就弯曲强度问题进行了解析，原文可点此链接阅读。本文将和大家一起探讨以下2项弯曲模量相关的问题。

针对弯曲模量，我们也先从它的定义出发。弯曲模量和应力与应变相关。应力相关的因素在弯曲强度一篇中已经说明，不再赘述。本文列出其他几个主要因素，即应变源，预应力和模量计算。

挠度的应变源有3种，横梁位移，横梁位移经柔量修正后的修正位移，以及直接的应变测量装置。试验系统柔量有多种不同的来源，如工装的变形和锁紧间隙，传感器变形，横梁变形等。当测定弯曲模量时，挠度的精确测量显得尤为重要。ISO 178:2019 根据测试结果的精密度和正确度的要求，定义了不同类型的挠度测量及相应的精度要求。如表1所示，与弯曲模量相关的有III型和IV型。

表1 测试类型和标定要求

通过以上说明，希望能够清晰解答读者对弯曲模量测定是否要使用挠度计的问题。同时，也说明不同应变源会带来模量差异。需要注意的是，并不是所有设备在进行柔量修正后都能满足ISO 9513的2级精度，也就是+/-6.8μm绝对精度（采用推荐试样尺寸）。

图1 3400（左）和6800（右）系列 III型三点弯曲试验

Instron 3400和6800系列电子万能试验机满足最新ISO 178塑料弯曲标准中关于弯曲模量测定的横梁位移精度要求，在多数情况下，无需额外使用挠度计，这样可节省每年的标定费用，节约操作和试验准备时间，减少误操作的可能。

（1. 视频引伸计AVE2；2. 全自动引伸计AutoX 750；3. 手动夹持式引伸计）

图2 挠度杆搭配不同类型引伸计测定IV型弯曲模量

试验前，试样不应过分受力。但为了避免应力-应变曲线的起始部分出现弯曲，有必要施加预应力。测试模量时的预应力范围如下： 

0＜σ_f0 ≤5×10^-4 E_f

其中，5×10^-4 E_f对应预应变≤0.05%。

即便都在预应力范围内，在做数据对比时，也需要注意采用相同的预应力。我们来看下图3，这是同一根试样在设置不同预应力条件下，弯曲模量结果的显著变化。高粘弹性和高韧性的材料，如聚乙烯，聚丙烯或湿态聚酰胺的弯曲模量受预应力影响明显。当您做这类材料测试时，需特别注意。

图3 不同预应力下的弯曲模量结果

对于模量，当您参考ISO 178:2019时，应在应力-应变曲线上ε₁=0.05%和ε₂=0.25%区间内采用两点法（弦模量）或线性回归法（段模量）来计算，而不是杨氏模量。图4采用了4种不同的模量计算方式，您可以看到结果上的差异。

图4 不同模量类型的计算结果

如果您在测试中也遇到了一样的问题，但无从下手，不妨跟着本文一步一步排查。

如果您有更多问题，欢迎留言，我们可以进行更多的探讨。如有不足之处，请指正。