ISO 178 | Kiểm tra uốn cong 3 điểm trên nhựa

Phép thử uốn ba điểm theo tiêu chuẩn ISO 178 được sử dụng để xác định các tính chất uốn của nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo. Các kết quả phổ biến nhất thu được từ thử nghiệm này bao gồm mô đun uốn, được tính từ độ dốc ban đầu của đường cong ứng suất-biến dạng, độ bền uốn và biến dạng uốn tại điểm mẫu bị phá hủy. Đối với nhựa dẻo, ứng suất uốn thường được xác định tại một độ võng xác định.

Bố trí thử nghiệm trong thử uốn 3 điểm theo ISO 178 bao gồm hai đe hoặc giá đỡ song song và một cạnh tải được bố trí ở giữa hoặc đe phía trên, giữa đó một mẫu chuẩn bị biến dạng trong phạm vi các góc uốn nhỏ. Lực uốn và độ võng được đo để xác định ứng suất và biến dạng cực đại của mẫu, từ đó các kết quả thử nghiệm riêng lẻ được tính toán dưới dạng dữ liệu một điểm. Một phương pháp khác để mô tả đặc tính uốn của nhựa được mô tả trong tiêu chuẩn ASTM D790.

Mục đích và tính năng của thử nghiệm uốn ba điểm ISO 178

Các thử nghiệm uốn cong 3 điểm được quy định trong ISO 178 và ASTM D790, mô tả các phương pháp mô tả đặc tính tiêu chuẩn hóa cổ điển đối với nhựa cứng và bán cứng. Các đặc tính uốn được xác định bằng các thử nghiệm này có tầm quan trọng lớn đối với các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà sản xuất để đảm bảo rằng vật liệu nhựa được sử dụng đáp ứng các yêu cầu cho ứng dụng dự định của nó.

Các kết quả thử nghiệm điển hình bao gồm:

• Mô đun uốn và cường độ uốn: mô đun uốn là thước đo độ cứng của vật liệu và cho biết nó có thể chống lại tải trọng uốn tốt đến mức nào. Độ bền uốn cung cấp thông tin về tải trọng tối đa mà vật liệu có thể chịu được khi uốn trước khi bị đứt.
• Ứng suất ở độ giãn dài 3,5%
• Ứng suất và độ giãn dài tại điểm chảy dẻo và tại điểm đứt mẫu

Mẫu thử

Mẫu ISO 178 được gia công từ các tấm theo ISO 2818 hoặc được chuẩn bị bằng cách nén hoặc ép phun theo ISO 293/295 hoặc ISO 294-1/10724-1, tương ứng. Kích thước mẫu ưu tiên được quy định như sau:

• Chiều dài: 80 mm (± 2)
• Chiều rộng: 10 mm (± 0,2)
• Độ dày: 4 mm (± 0,2)

Nếu không đạt được các kích thước ưu tiên, ISO 178 đưa ra các chiều rộng thay thế tùy thuộc vào độ dày của mẫu thử. Nếu vật liệu dị hướng thì phải thử cả hai hướng.

Hình: Mẫu thử cho tiêu chuẩn ISO 178

L Tách biệt giữa tay cầm

l1Chiều dài mặt cắt song song hẹp/đường kính trong

l3 Tổng chiều dài / đường kính ngoài

b2 Chiều rộng mẫu ở vùng vai

b1 Chiều rộng mẫu trong vùng chiều dài đo

h Độ dày mẫu

Hình dạng và kích thước mẫu cho thử uốn 3 điểm theo ISO 178

Yêu cầu đối với thí nghiệm uốn 3 điểm

Tính toán ứng suất và biến dạng uốn thường xem xét các độ võng nhỏ và không tính đến bất kỳ ma sát nào tại các điểm tựa. Vì lý do này, các tiêu chuẩn giới hạn phương pháp này ở mức biến dạng uốn là 3,5%, tương ứng với độ võng 6 mm đối với mẫu ISO có chiều cao 4 mm. Sai số tính toán được các tiêu chuẩn chấp nhận trong phạm vi này vẫn nằm dưới 1% giá trị đo được. Cần phải hết sức cẩn thận khi đo kích thước mẫu thử cho thử nghiệm uốn. Vì độ dày mẫu được tính theo phương pháp bậc hai trong ứng suất uốn, nên sai số đo lường cũng là một hàm số bậc hai. Một sai số đo lường chỉ 0,1 mm với mẫu thử có chiều cao 4,0 mm (danh nghĩa) sẽ tạo ra sai số trong ứng suất uốn khoảng 5%.

Phương pháp

Thử nghiệm ISO 178 thường được thực hiện trên các hệ thống thử nghiệm phổ biến kiểu bàn do yêu cầu về khả năng chịu lực tương đối thấp. Máy thử phải có khả năng duy trì tốc độ thử không đổi trong khoảng từ 1 đến 500 mm/phút trong dung sai quy định trong tiêu chuẩn. Tất cả các mẫu máy kéo nén vạn năng ST series của Tinius Olsenn đều đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác tốc độ cần thiết. Thiết bị đo lực hoặc cảm biến tải trọng phải đáp ứng Loại 1 của ISO 7500-1 trong phạm vi lực được báo cáo. Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng phòng thí nghiệm của bạn biết được lực kiểm tra tối thiểu và tối đa để họ chọn cảm biến tải trọng có khả năng chịu lực và phạm vi xác minh phù hợp.

Phụ kiện cố định

Cần có một thiết bị cố định uốn cong ba điểm để thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO 178. Thiết bị cố định này bao gồm một đe phía trên có tải được gắn vào đầu chữ thập chuyển động và một chùm đỡ cố định phía dưới có hai đe có thể điều chỉnh được. Phụ kiện thử nghiệm uốn ba điểm HF74 của Tinius Olsen có phạm vi thay đổi rộng bao gồm một bộ phận cơ sở có hai điểm tiếp xúc và một bộ phận phía trên cung cấp một điểm tiếp xúc thứ ba.

Hình 2: Phụ kiện đo uốn 3 điểm của Tinius Olsen | HF 74

Các điểm tiếp xúc phía dưới được nâng lên để phù hợp với vật liệu có độ linh hoạt cao cần thử nghiệm hoặc cho phép sử dụng bộ chuyển đổi chuyển vị. Thang đo chia độ trên thân chính cho phép thiết lập chính xác khoảng hỗ trợ.

Kết quả

Dưới đây là danh sách các tính toán và kết quả có thể được báo cáo cho ISO 178:

• Ứng suất uốn – Một hàm của tải trọng, nhịp, chiều rộng mẫu và độ dày mẫu được áp dụng. Điều này khác với ứng suất kéo hoặc ứng suất nén, là lực trên một đơn vị diện tích.
• Biến dạng uốn – Một hàm của độ võng, nhịp và độ dày mẫu. Điều này khác với biến dạng kéo hoặc biến dạng nén, đó là sự thay đổi chiều dài cữ so với chiều dài cữ ban đầu.
• Mô đun uốn – Một hàm của ứng suất uốn và biến dạng uốn trong khoảng từ 0,05% đến 0,25% biến dạng uốn. Mô đun dây cung có thể được lắp tại các điểm đó trên đường cong ứng suất uốn và biến dạng uốn.
• Độ bền uốn – Ứng suất uốn tối đa thu được trong quá trình thử uốn.
• Ứng suất uốn khi đứt – Ứng suất uốn khi mẫu bị đứt. Đối với một số vật liệu, mẫu bị đứt trước điểm chảy dẻo, trong trường hợp đó cường độ uốn sẽ bằng ứng suất uốn khi đứt.
• Ứng suất uốn ở mức biến dạng uốn 5% – Ứng suất uốn khi kết thúc phép thử, đối với các thử nghiệm trong đó mẫu thử không bị đứt trong phạm vi biến dạng uốn 5%.