ASTM D790-2003 未增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性的.pdf
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1、ASTM D790-03 未增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性的标准试验方法未增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性的标准试验方法 1.范围 1.1 这一试验方法包含未增强和增强塑料弯曲性的测定方法,包括高模量复合材料和电绝缘材料,这些材料有直接模塑的直角条材,或切割的片材、板材、或模塑型材。这一试验方法通常适用于刚性和半刚性材料。但是,在试验方法应变限值的 5.0%内,试验样品不断裂或样本外表面不破裂的材料不用进行弯曲强度测定。这一试验方法将采用三点载荷简支梁法。四点载荷方法请参考试验方法 D 6272。1.1.1 方法A,主要为弯曲相当小位置就断裂的材料设计。1.1.2 方法B,特别为在测试中能够
2、承受较大弯曲的材料设计。1.1.3 方法 A 用于测量弯曲特性,特别是弯曲模量,除非材料规格有特别说明。方法 B 仅用于测量弯曲强度。方法 A 获取的正切模量数据相对于方法 B 获取的比较数据而言,趋向于显示较低标准偏差。1.2 如果试验方法能满足试验材料要求,这一比较试验可以根据任一方法进行。1.3 国际单位制的规定值是公认的标准。而括号里的值只是提供参考信息。1.4 这一标准不是针对所有安全问题,即便有,也和其使用有关。在使用前,根据此标准进行相关安全和健康测试,测定控制限值的适用性,是使用者的责任所在。注释 1:这一试验在技术上不等同于 ISO 178。2.参考资料 2.1 ASTM 标
3、准:D 618 塑料及电绝缘材料的调理方法 D 638 塑料拉伸特性的试验方法 D 883 塑料相关术语 D 4000 塑料材料的分类系统说明 D 5947 固体塑料制品物理尺寸的标准试验方法 D 6272 用四点弯曲法对非增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲特性进行测试的试验方法 E 4 测试仪的负荷标准 E 691 为测定试验方法精密度实施的实验室间的研究 3.术语 3.1 定义术语定义是指应用于这一试验方法,并在 D 883 和 D 638 附录 A1 中出现的术语。4.试验方法概述 4.1 直角条材横截面依靠在两个支座上,通过两支座中间的压头施压(参见图 1)。支座跨距和高度的比值应为 16
4、:1,除非针对某种层压材料要求更大的支座跨距高度比(参见第 7 部分和注释 8)。4.2 如果测试样品外表面破裂或达到了 5.0%的最大应变(参见 12.7),无论其中哪一个先发生,样品都会变形弯曲。4.3 方法 A 采用 0.01mm/mm/min 0.01in.in./min的应变率,方法 B 采用 0.10mm/mm/min 0.01in.in./min的应变率,其中前者在试验中用得较多。(A)支座跨距(B)注释(a)最小半径=3.2mm 1/8in.(b)支座最大半径为样品高度的 1.6 倍;压头最大半径=样品高度的 4 倍。图图 1 压头和支座半径的允许范围压头和支座半径的允许范围
5、5.意义和运用 5.1 通过试验测定的弯曲性对质量控制和规范目的尤其重要。5.2 在三点弯曲法试验允许的最大应变下材料不破裂,那么此材料更适用于进行四点弯曲法试验。两者的基本区别是最大弯曲力矩和最大轴原纤维应力的定位。在三点弯曲法中,最大轴原纤维应力作用在压头下的一线上,而在四点弯曲法中,作用在中心压头之间的区域上。5.3 弯曲性可能因为样品高度、温度、气压条件和在方法 A 和方法 B 中规定的应变率不同而改变(参见注释 8)。5.4 在进行试验前,需参考试验材料规格。材料规格中涉及的试验材料的准备、调理、尺寸、测试参数或化合作用相对于试验方法中提及的内容应该优先考虑。如果没有材料规格,将采用
6、默认的条件。分类系统 D 4000 中的表 1 列举了 ASTM 现有塑料的材料标准。表 1 弯曲强度 表 1 弯曲强度 数值(%或 103psi)材料 平均数(103psi)VrAVRB rC RD 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)9.99 1.596.05 4.44 17.2 邻苯二甲酸二丙烯脂热固性材料(DAP thermoset)14.3 6.586.58 18.6 18.6 丙烯酸铸造材料(Cast acrylic)16.3 1.6711.3 4.73 32.0 聚酯颗粒(GR polyester)19.5 1.432.14 4.05 6.08 聚碳酸酯颗粒(GR polycarbo
7、nate)21.0 5.166.05 14.6 17.1 模压塑料板材(SMC)26.0 4.767.19 13.5 20.4 AVr=针对指定材料的实验室内部变异系数,通过采集所有参与实验室测试结果的实验室内部标准偏差而获取:Sr=(S1)2+(S2)2+(Sn)2/n1/2,其后 Vr=(Sr除以材料总平均数)100.BVr=不同实验室间的重复性,用变异系数表示:SR=Sr2+SL21/2,式中 SL是实验室平均值的标准偏差,其后VR=(SR除以材料总平均数)100.Cr=实验室内部两组测试结果之间的主要区间2.8Vr DR=不同实验室的两组测试结果之间的主要区间=2.8VR.6.仪器设备
8、 6.1 测试设备一台校准精确的测试设备可以在指定范围内以十字型恒定速率运转,其中载荷测量系统误差不应超过期望最大载荷的1%。同时,还需配备弯曲测量装置。硬度测试设备要求在试验中系统的总弹性弯曲不超过试验样品总弯曲的 1%,否则需要做适当校正。载荷指示机械结构在进行十字型速率运转时不受惯性迟滞影响。试验设备的精确度需要根据调理方法 E 4 进行验证。6.2 压头和支座压头和支座需为弧形表面。为了避免过度压印或压头下因为应力集中而造成破裂,压头和支座的半径应为 5.00.1mm 0.1970.004in.,除非相关客户特别要求或同意。在使用其它压头和支座的时候,他们必须满足以下要求:所有样品最小
9、半径为 3.2mm 1/8in.,对半径为 3.2mm 或高度更大的样品,支座的半径需达到样品高度的 1.6 倍。这样的要求是必须满足的,即使会造成明显的压印和挤压破裂。为了避免压头侧面与样品的接触,压头与样品接触的弧面应足够大(参见图 1)。压头的最大半径不应超过样本高度的 4 倍。注释 2:测试数据证明压头和支座尺寸会影响弯曲模量和弯曲强度值。压头尺寸造成的影响更大。材料规格需要对压头和支座尺寸做出特别说明。6.3 测微机为测量样品宽度和厚度,合适的测微机增量鉴别力至少为 0.025mm 0.001in.。刚性和半刚性塑料宽度和厚度的测量需使用有棘轮的手动式测微机。测量非刚性测试样品厚度的
10、合格仪器需满足:触点测定压力为 252.5kPa 3.60.36psi,可移动圆形触点底部直径为 6.350.025mm 0.2500.001in.,底部需有一个足够大的固定的基准面,能够满足触点从各个方面延伸,且在整个底部区域与触点平行,精度控制在 0.005mm in.的范围内。底部和触点的平整需要遵循 D 5947 试验方法中的标定部分。7.测试样品 7.1 样品需是从片材、板材或模塑型材上切割的,或模塑成期望的尺寸,并进行抛光。4.2中的实际尺寸和标定应根据 D 5947 测试方法进行测量。注释 3:任何必要的抛光都是从样品的纵向方向进行。7.2 片材(除了层压热固性材料和某种电绝缘材
11、料,包括硬化纸板和玻璃云母粘结):7.2.1 厚度为1.6mm 1/6in.或更厚的材料做平面试验时,样本的高度即厚度。做边缘试验时,样品的宽度即片材的厚度,且高度不能超过宽度(参见注释 4 和 5)。在所有测试中,支座跨距需为支梁高度的 16 倍(公差1)。对高度大于 3.2mm 1/8in.的样品,样品宽度不应超过支座跨距的 1/4。样品高度小于或等于 3.2mm 时,其宽度应为 12.7mm 1/2in.。考虑到悬挂在两端需有至少 10%的支座跨距,样品要求有足够长度,但两端决不能少于 6.4mm 1/4in.。悬挂时要求样品不会从支座上滑落。注释 4:不管什么时候,片材的原表面不应改变
12、。但是,在测试设备限度使以上标准不能在原片材上得到满足时,片材的一面或两面需要进行加工以满足尺寸要求,另外样品位置的参考总高度需注明。表面加工过的样品,其获取值不同于原始表面样品上的获取值。所以,较厚片材的弯曲性规格中必须说明是否保持原表面。当只有一面经过加工,那么必须说明加工表面是否在支梁的拉伸或挤压面上。注释 5:边缘测试不适用于太薄的片材,因为不能切割成要求的状态。如果高度超过宽度,样品会扭曲。7.2.2 厚度小于1.6mm 1/16in.的材料样品长度为 50.8mm 2in.、宽度为 12.7mm 1/2in.,在 25.4-mm 1-in.的支撑点跨距上进行平面测试。注释 6:假设
13、支梁宽度小于支座跨距,运用测试方法中提到的简支梁公式进行结果计算。因此,此公式并不严格适用于这些尺寸。注释 7:假设支座的跨距高度比至少为 14:1,当设备的灵敏度不能测量这些尺寸的样品,那么可以采用较宽的样品或者较小的支撑跨距。所有尺寸都必须在试验报告中注明(参见注释)。7.3 层压热固性材料和片材及用于电绝缘的板材,包括硬化纸板和玻璃云母粘结如果纸质和织物类材料标准厚度大于 25.4mm 1 in.,将会对样品两面进行加工,满足 25.4mm 的厚度。对玻璃和尼龙类材料,样品标准厚度大于 12.7mm 1/2 in.时也要对样品两面进行加工,满足 12.7mm 的厚度。因为弯曲力矩,样品外
14、纤维会破裂,这种情况下支座跨距与高度比需重新选择(参见注释 8)。因此,大于 16:1 的比值是必要的(推荐采用 32:1 或 40:1)。当层压材料低抗压强度垂直于层压结构时,将要求压头半径更大(达到样品高度的 4 倍值有利于防止样品外纤维过早损坏)。7.4 型材(热塑性塑料和热固性塑料)用于支撑点跨距平面测试的型材建议样品尺寸为12712.73.2mm,这样将实现支撑的跨度高度比为 16(公差1)。当模塑时,如果材料有明显缩水或气泡,避免使用较厚的样品。7.5 高强度增强合成材料,包括高正交各向异性层压材料因为弯曲力矩,样品外纤维会破裂,这种情况下支座的跨距高度比需重新选择(参见注释 8)
15、。因此,大于 16:1 的比值是必要的(推荐采用 32:1 或 40:1)。对高各向异性复合材料,就算跨距高度比为 40:1,弯折变形将严重影响模量测量。因此,对此类材料,建议跨距高度比增加到 60:1,在获取模量数据时有利于消除弯折反应,还需注意高各向异性层压材料的弹性模量是一个多层堆积规律强函数,未必与拉伸模量相关,拉伸模量也不是由堆积规律决定的。注释 8:一般标准,当拉伸强度率与抗剪强度比小于 8:1 时,支撑的跨距高度比为 16:1 是比较合适的。但是当复合层压材料在层压表层具有比较低的抗剪强度和与支撑跨距相应的比较高的拉伸强度时,支撑的跨距高度比必须增加。8.试样数量 8.1 对同向
16、性材料或模塑样品,至少应测试 5 件样品。8.2 各向异性片材,在以下情况下,至少应测试 5 件样品。建议针对片材,从纵向和交叉方向切割进行平面和边缘测试。这一测试中,“纵向”是指各向异性主轴,也指片材弹性强度增强的方向。“交叉”是指弹性减弱的方向,与纵向垂直为 90。9.条件 9.1 条件除非合同特别指出或相关 ASTM 材料规格要求,根据 D 618 方法 A 相关规定,在测试前把样品保存在 232 73.43.6和 505%的相对湿度下至少 40 小时。参考测试前条件,为解决分歧,采用1 1.8公差和2%相对湿度。9.2 测试条件除非合同特别指出或相关 ASTM 材料规格要求,测试在 2
17、32 73.43.6和 505%的相对湿度下进行。参考测试条件,为解决分歧,采用1 1.8公差和2%相对湿度。10.方法 10.1 方法 A:10.1.1 对未测试样品进行测量。测量样品支撑跨距中心处的宽度和高度,精度为 0.03mm 0.001in.。对高度小于 2.54mm 0.100in.的样品,高度测量精度为 0.003mm 0.0005in.。测量需满足 D 5947 测试方法的要求。10.1.2 测定第 7 部分描述的支撑跨距,把支撑跨距设定在测定值的 1%内。10.1.3 对具有跨距可连续调整的弯曲装置,跨距小于 63mm 2.5in.时,跨距的测量精度为0.1mm 0.004i
18、n.,跨距大于或等于 63mm 2.5in.时,精度为 0.3mm 0.012in.。根据跨距的实测值进行所有计算。对已确定机加工跨距位置的挠曲装置,确保跨度距离与可调跨度已加工位置的距离相同。这一距离也就是跨度,在后续试验中均采用这一跨距进行计算。测量信息和跨度的设置可参见附件 A2。10.1.4 按以下等式计算十字型运动速率,并按等式 1 计算结果设定设备:R=ZL2/6d (1)式中:R十字型运动速率,mm in./min,L支座跨距,mm in.,d支梁高度,mm in.,Z外纤维应变率,mm/mm/min in./in./min。Z 应等于 0.01。当实际十字型速率不同于等式 1
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