ASTM D790 3-punktowa próba zginania Tworzywa sztuczne
Norma ASTM D790 opisuje metodę badania służącą do określania właściwości zginania niewzmocnionych i wzmocnionych tworzyw sztucznych, materiałów kompozytowych z włókien o wysokim module sprężystości i materiałów izolacyjnych. Typowe wyniki badań zgodnie z ASTM D790 to moduł zginania, naprężenia i odkształcenia w granicy plastyczności, wytrzymałość na zginanie i wydłużenie przy zginaniu. Badania stosowane są dla półsztywnych i sztywnych tworzyw sztucznych, ale przeprowadza się je tylko do maksymalnego wydłużenia przy zginaniu wynoszącego 5%.
Dalsze normy, dotyczące prób zginania tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych z włóknami:
- ASTM D6272 – Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending opisuje czteropunktową procedurę, w której maksymalne naprężenie zginające pomiędzy nożami zginającymi występuje w strefie wolnej od naprężeń ścinających.
- W ISO 178 - Tworzywa sztuczne - Określenie właściwości zginających również jako próbę zginania trójpunktowego, ale z inną zawartością techniczną
- W ISO 14125 - Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem - Określenie właściwości zginających dla włóknistych materiałów kompozytowych jako trzypunktowe i czteropunktowe metody badań.
Cel & wartości charakterystyczne Przeprowadzenie badania Kształt próby & Wymiary Pomiar siły & Ugięcie Prędkości badawcze Oprogramowanie badawcze Automatyzacja FAQ Downloads Proszę o poradę
ASTM D790: Cel i wartości charakterystyczne
Próba 3-punktowego zginania zgodnie z ASTM D790 stanowi klasyczną, znormalizowaną metodologię charakteryzowania sztywnych i półsztywnych tworzyw sztucznych. Określone właściwości zginania mają ogromne znaczenie dla projektantów, inżynierów i producentów materiałów, ponieważ pozwalają upewnić się, że użyte tworzywo sztuczne spełnia wymagania zamierzonego zastosowania.
Typowymi wynikami badawczymi zgodnie z ASTM D790 są:
- Moduł zginania: Moduł zginania jest miarą sztywności materiału i wskazuje, jak dobrze może on wytrzymać obciążenia zginające. ASTM D790 oferuje trzy metody obliczania modułu sprężystości, z których każda daje inne wyniki:
- Moduł stycznej (moduł sprężystości)
Styczna przyłożona w punkcie maksymalnego nachylenia na wykresie naprężenie-wydłużenie - Moduł siecznej
Nachylenie pomiędzy początkiem współrzędnych a określonym punktem na wykresie naprężenie-wydłużenie - Moduł cięciwy (Chord modulus)
Nachylenie pomiędzy dwoma określonymi punktami na wykresie naprężenie-wydłużenie
- Moduł stycznej (moduł sprężystości)
- Wytrzymałość na zginanie:Wytrzymałość na zginanie wskazuje maksymalne obciążenie, jakie materiał może wytrzymać podczas zginania, zanim ulegnie zerwaniu.
- Naprężenie zginające przy określonym wydłużeniu zginającym
- Naprężenia zginające i wydłużenia zginające w punkcie plastyczności i przy zerwaniu próbki
ASTM D790 Przeprowadzenie badania
- W próbie zginania trzypunktowej zgodnie z ASTM D790 prostopadłościenną próbkę umieszcza się na dwóch podporach i poddaje się ciągłemu odkształcaniu za pomocą centralnie umieszczonego stempla zginającego za pomocą maszyny wytrzymałościowej, z określoną prędkością badawczą, aż do pęknięcia, ale maksymalnie do wydłużenia przy zginaniu do 5%.
- Podczas procesu odkształcania mierzona jest siła wywierana przez stempel zginający oraz ugięcie próbki pod stemplem zginającym.
- Powstały wykres siła-ugięcie można przekształcić w wykres naprężenia-wydłużenia, korzystając z przykładowych wymiarów i odległości między podporami. Należy zaznaczyć, że wzory obliczeniowe oferowane przez normę obowiązują jedynie w obszarze małych ugięć. Jest to główny powód, dla którego próba zginania zgodnie z ASTM D790 w przebiegu B jest ograniczona do maksymalnego wydłużenia przy zginaniu wynoszącego 5%.
ASTM D790 Wielkości próby
Do badania tworzyw sztucznych zgodnie z ASTM D790 są wytwarzane próbki do badań w procesie formowania wtryskowego lub usuwane z arkuszy, płyt lub części formowanych w drodze obróbki mechanicznej.
- Dla mas formujących z tworzyw sztucznych zgodnie z ASTM D790 zwykle stosuje się próbki o przekroju 3,2 mm x 12,7 mm i długości 127 mm . Podany stosunek grubości do podpór wynoszący 16 prowadzi do odstępu podpór wynoszącego 51 mm. Ponadto norma określa szereg dalszych wymagań dla próbek do badań o grubości większej niż 3,2 mm i mniejszej niż 1,6 mm.
- W przypadku badania laminowanych, utwardzalnych tworzyw sztucznych, a także arkuszy izolacji elektrycznej, próbki do badań mogą wymagać obróbki mechanicznej do grubości 25,4 mm lub 12,7 mm . Jeśli wytrzymałość na ścinanie jest bardzo niska w porównaniu z wytrzymałością na rozciąganie, stosunek grubości do odstępu podpór należy zwiększyć do 32 lub nawet 40, aby uniknąć pęknięć ścinających.
- Badanie materiałów kompozytowych z włókien o wysokiej wytrzymałości, przeprowadza się według stosunku wytrzymałości na rozciąganie do wytrzymałości na ścinanie przy stosunku grubości do odległości podparcia wynoszącym 16, 32 lub 40. W przypadku materiałów silnie anizotropowych do prawidłowego określenia modułu może być nawet niezbędny współczynnik 60.
Pomiar wymiarów próby wymaga szczególnej ostrożności podczas prób zginania. Ponieważ grubość próbki jest uwzględniana kwadratowo w obliczeniach naprężenia zginającego, błąd pomiaru również zależy od funkcji kwadratowej. Błąd pomiaru wynoszący zaledwie 0,1 mm przy wysokości próbki wynoszącej nominalnie 3,2 mm powoduje już błąd w naprężeniu zginającym wynoszący więcej niż 5%. Z tego powodu grubość próbek do badań mierzy się za pomocą śruby mikrometrycznej, spełniającej wymagania normy ASTM D5947.
ASTM D790: Pomiar siły i ugięcia
Pomiar siły zgodnie z ASTM D790 należy przeprowadzić w odpowiednim zakresie z dokładnością ±1% wyświetlanej wartości. Wymaganą kalibrację urządzenia do pomiaru siły przeprowadza się zgodnie z ASTM E4.
Zgodnie z ASTM D790 można przeprowadzić pomiar ugięcia w środku pomiędzy podporami albo z położenia trawersy (typ I), albo bezpośrednio poprzez oddzielny system czujnika drogi (typ II):
- Podczas pomiaru pozycji trawersy należy zachować dokładność odpowiadającą klasie B zgodnie z ASTM E2309. W przypadku pomiaru ugięcia bezpośredniego badanie przeprowadza się zgodnie z normą ASTM E83, przy czym przy określaniu modułu należy zachować klasę B-2, a przy określaniu dalszych wydłużeń należy zachować klasę C.
- Do pomiaru ugięcia z pozycji trawersy zgodnie z typem I dostępna jest automatyczna korekcja odkształcenia własnego sprzętu badawczego za pośrednictwem oprogramowania badawczego testXpert , w którym rzeczywista krzywa odkształcenia układu badawczego jest określana i zapisywana w oprogramowaniu badawczym.
ZwickRoell oferuje różne systemy czujników drogi typu II, które spełniają te wymagania, ale różnią się przede wszystkim sposobem łączenia ich z innymi metodami badawczymi:
- Przetworniki mechaniczne do badań ściskania i zginania, zaprojektowane z ramieniem macki pomiarowej umieszczonym bezpośrednio pod badaną próbką
- Macki pomiarowe do stosowania z mechanicznym ekstensometrem makroXtens i multiXtens.
- Urządzenia pomiarowe ze znacznikami do stosowania z optycznym ekstensometrem videoXtens
ASTM D790 Prędkości badawcze
Metody badawcze zgodne z ASTM D790 i ich wpływ na prędkości badawcze:
- W przypadku materiałów, które pękają przy małych ugięciach korzystnie stosuje się metodę A przy szybkości wydłużenia 0,01 min-1 .
- Materiały, które nie pękają i nie wykazują granicy plastyczności do wydłużenia wynoszącego 5% , bada się metodą B z dziesięciokrotnie większą prędkością wydłużenia 0,1 min-1 .
Ta informacja oznacza dla operatora, że prędkość badawcza ustawiona na maszynie wytrzymałościowej musi zostać obliczona na podstawie grubości próbki i odstępu podpór lub stosunku odstępu podpór do grubości próbki. Funkcję tę można wygodnie zapisać w oprogramowaniu badawczym testXpert, a proces obliczeń można zautomatyzować.
Dla standardowej próbki o wymiarach 3,2 x 12,7 x 127 mm i stosunku podpór 16 prędkość badawcza zgodnie z ASTM D790wynosi:
- Zgodnie z metodą A: 1,4 mm/min
- Zgodnie z metodą B: 13,7 mm/min
Urządzenie do zginania 3-punktowego dla ASTM D790
Ważną cechą profesjonalnie zaprojektowanych urządzeń do zginania oprócz dokładności wymiarowej jest ich dokładne ustawienie. Podpory muszą być bardzo dokładnie dopasowane względem siebie i stempla gnącego. Błędy kątowe tworzą na wykresie naprężenie-wydłużenie tzw. „bazę krzywej”, co może znacząco zafałszować wyznaczenie modułu. Regulowane podpory i przemyślane wzorce znacznie ułatwiają to zadanie. Ograniczniki próby na podporach ułatwiają precyzyjne pozycjonowanie próby.
Zalety i cechy urządzenia do 3-punktowego zginania ZwickRoell
- Za pomocą urządzenia zginającego ZwickRoell można przeprowadzić badania do maksymalnych sił 20kN. Maksymalne ugięcie wynosi przy tym 36 mm.
- Dzięki wzorcowi odstępu do regulacji odległości podpór i ogranicznikom próbki urządzenie do zginania można wyregulować zgodnie z normami, dotyczącymi badań zgodnie z ISO 178 i także ASTM D790 .
- Podpory mają regulowany odstęp i kąt. Podpory można centrować w pewnej odległości od siebie i od stempla gnącego oraz można je bardzo precyzyjnie ustawić w osi podpór.
- Ograniczniki próby urządzenia zginającego są regulowane i pozycjonowane za pomocą wzorca dystansowego.
Maszyny wytrzymałościowe do ASTM D790 próby trzypunktowego zginania
Do przeprowadzenia próby 3-punktowego zginania zgodnie z ASTM D790 mogą zostać zastosowane nasze uniwersalne maszyny wytrzymałościowe zwickiLine, ProLine i AllroundLine .
Rozpocznij badanie łatwo i bezpiecznie zgodnie z ASTM D790 z pomocą testXpert
Dzięki oprogramowaniu badawczemu testXpert operatorzy mogą szybko nauczyć się podstaw i od razu rozpocząć badanie. Widzisz tylko odpowiednie zadania i jesteś prowadzony krok po kroku przez badanie zgodnie z ASTM D790 .
- Wszystkie wartości charakterystyczne i ustawienia ASTM D790 zostaną uwzględnione w standardowych specyfikacjach programów zgodnie z normą. Oprogramowanie badawcze prowadzi Cię krok po kroku przez badanie.
- Użytkownicy widzą tylko kroki, które muszą wykonać. Te są określane w zarządzaniu użytkownikiem .
- Wymiary próby zgodnie z ASTM D790 są przesyłane bezpośrednio do oprogramowania badawczego poprzez podłączenie mikrometru i suwmiarki cyfrowej co pozwala zaoszczędzić czas i uniknąć błędów.
- testXpert zapewnia maksymalną wydajność badania. Badasz do 30% szybciej.
Szybko i bez błędów zachowuj przegląd
- Dzięki standaryzowanym interfejsom specyfikacje badawcze są szybko i bezbłędnie wczytywane z systemu ERP lub QA, a wyniki są odtwarzane po badaniu. Oszczędza to czas transmisji i zapobiega błędom.
- Ocena wszystkich wartości charakterystycznych z różnych serii badawczych jest możliwa poprzez centralny dostęp do wszystkich danych badawczych z pomocą testXpert Analytics . Także poza ASTM D790: Moduł rozciągania, moduł zginania, wytrzymałość na rozciąganie, udarność z karbem, szybkość płynięcia i inne parametry można łatwo porównać i ocenić.
- Trend Analysis pozwala wykryć długoterminowe odchylenia za pomocą prostej oceny długoterminowej.
Zautomatyzowana próba 3-punktowego zginania zgodnie z ASTM D790
Personel jest mocno ograniczony, szczególnie w przypadku dużych ilości próbek. System badawczy do automatycznego badania tworzyw sztucznych odciąża wykwalifikowany personel laboratorium od rutynowych czynności, a także zapewnia wysoką powtarzalność wyników badań. Dzięki temu pracownicy są dostępni do bardziej złożonych zadań, takich jak interpretacja uzyskanych danych, ewaluacja, ocena nowych materiałów czy działalność badawcza.
Specjalnie do automatycznego przeprowadzenia próby 3-punktowego zginania zgodnie z ASTM D790 można zastosować nasze automatyczne systemy badawcze roboTest N, roboTest L i roboTest R . Kombinacja różnych badań, np. prób rozciągania według ASTM D638 i prób zginania według ASTM D790, jest możliwa poprzez prostą konwersję lub połączenie kilku urządzeń badawczych w jednym systemie.
Porównanie naszych automatycznych systemów badawczych do tworzyw sztucznych Proszę o poradę
Interesuje Cię automatyczne badanie tworzyw sztucznych?
Nasze zautomatyzowane systemy badawcze przeprowadzają w pełni automatycznie badania rozciągania, ściskania, zginania lub udarności.
Do zautomatyzowanych systemów badawczych Zapraszamy do kontaktu
Często zadawane pytania dotyczące ASTM D790
Obie normy podają metodę określania właściwości zginania tworzyw sztucznych, różnią się jednak obszarem zastosowania, geometrią próbki do badań i sposobem przeprowadzania badania. Z tego powodu wyników badań nie można wiarygodnie porównywać. Podczas badania tworzyw sztucznych należy spodziewać się różnic wynikających z wymiarów badanych próbek, które wpływają na morfologię materiału. Dalsze czynniki wpływające wynikają z różnych prędkości badawczych i różnic w ustalaniu wartości modułów.
Norma ASTM D790 opisuje metodę badania służącą do określania właściwości zginania niewzmocnionych i wzmocnionych tworzyw sztucznych, materiałów kompozytowych z włókien o wysokim module sprężystości i materiałów izolacyjnych. Typowe wyniki badań to moduł zginania, naprężenia i odkształcenia w granicy plastyczności, wytrzymałość na zginanie i wydłużenie przy zginaniu. Badania stosowane są dla półsztywnych i sztywnych tworzyw sztucznych, ale przeprowadza się je tylko do maksymalnego wydłużenia przy zginaniu wynoszącego 5%.
Wyniki badania zginania tworzyw sztucznych ISO 178 i ASTM D790 są zwykle podobne pod względem wielkości, ale nie są bezpośrednio porównywalne. Powodem są różne prędkości wydłużenia w próbie zginania, różne metody obliczania wartości modułu i różnice, które mogą powstać podczas produkcji próbek do badań.
Normy ISO powstają w oparciu o szeroki konsensus transgraniczny, który jest ustalany przez międzynarodowe komitety normalizacyjne. Komitety te składają się z ekspertów delegowanych z krajowych komitetów normalizacyjnych krajów uczestniczących. Starndardy ASTM są opracowywane na szczeblu krajowym w Stanach Zjednoczonych, przy czym ASTM International umożliwia współpracę ekspertów spoza Stanów Zjednoczonych.
Moduł zginania jest miarą sztywności materiału i wskazuje, jak dobrze może on wytrzymać obciążenia zginające. Wytrzymałość na zginanie wskazuje maksymalne obciążenie, jakie materiał może wytrzymać podczas zginania, zanim ulegnie zerwaniu.
Naprężenie zginające oblicza się zgodnie z normą ASTM D790 i normą ISO 178 jako naprężenie krawędziowe włókien badanej próbki pośrodku pomiędzy podporami. Wzór obliczeniowy podany w normie opiera się na idealnym przypadku obciążenia. Nie uwzględnia się błędów kątowych ani sił tarcia na podporach, wynikających ze wzrastającego ugięcia próbki podczas próby zginania. Obliczenia są wystarczająco dokładne tylko dla małych kątów ugięcia.
Błędy kątowe pomiędzy podporami lub pomiędzy podporami a stemplem gnącym prowadzą na początku badania do punktowego kontaktu próbki z narzędziem badawczym. W miarę wzrostu obciążenia próbka ulega odkształceniu skręcającemu i uzyskuje podparcie liniowe. Te początkowe odkształcenia stają się widoczne na wykresie naprężenie-wydłużenie jako tzw. podstawa krzywej, czyli jako rosnące nachylenie w obszarze początkowym. Może to istotnie wpływać na wartości modułu siecznej i modułu cięciwy, natomiast moduł styczny zgodny z ASTM D790 jest mniej wrażliwy na ten efekt.
