Determination of bending properties - three-point bending test on plastics according to EN ISO 178

Ohybové zkoušky se provádí za účelem zjištění chování materiálu při ohybu způsobeného působením vnější síly, a proto je zkouška ohybem jednou ze základních zkoušek pro vyhodnocování materiálových vlastností.

Předchozí normy zabývající se zkouškou tříbodovým ohybem plastů nevyžadovaly snímač deformace vzorku. V takovém případě, jakmile se začne test vzorku, uvažuje se deformace vzorku a posuv tlačného hrotu jako celek, což není vhodná metoda pro přesné měření modulu pružnosti v ohybu. Do změn provedených v normách ISO 178:2010, a násl. změn a JIS K 7171:2016 bylo zahrnuto buď použití snímače deformace třídy 1 dle ISO 9513 s absolutní přesností lepší než 1%, nebo použití korekční křivky tuhosti (poddajnosti) pro odstranění vlastní deformace zkušebního systému.

V našem případě byla zkouška tříbodovým ohybem provedena podle zmíněných norem na vzorcích z PC, PVC a GFRP, kde modul pružnosti v ohybu byl vypočítán vždy z pozice příčníku, dále za použití korekční křivky tuhosti a jako třetí způsob pomocí dat ze snímače deformace.

Y. Kamei

Zkušební systém

Měření bylo provedeno na stolním univerzálním zkušebním stroji Shimadzu AGS-X; k měření deformace byl použit snímač s přesností lepší než 3,4 μm. Požadavky změněné normy při použití vzorku tloušťky 4 mm jsou uvedeny na obr. 1. Hodnota použitá pro výpočet modulu pružnosti v ohybu je 341 μm, kde je vyžadován snímač deformace s absolutní přesností lepší než 1% (3,4 μm) viz obr. 1, který zachycuje modul pružnosti v ohybu počítaný ze dvou bodů, ačkoliv modul pružnosti v ohybu je možné počítat i pomocí lineární regrese křivky.

Tab. 1, 2 a 3 zachycuje vybavení, vzorky a použité zkušební podmínky. Na obr. 2 je vyobrazený snímač deformace. Zmíněná norma EN ISO 178 popisuje metodu A, která využívá konstantní rychlosti, a metodu B, během níž se zkušební rychlost zvyšuje po vyhodnocení modulu pružnosti v ohybu. Zkušební metoda A byla použita při měření vzorku GFRP, který má malou maximální deformaci. Zkušební metoda B byla použita u materiálu PC a PVC, které mají větší maximální deformaci; okamžik změny rychlosti byl nastaven na 0,3% deformace vzorku. Normy dále navíc uvažují poměr narůstající vnější síly a vzrůstající střižné síly, pokud je vzdálenost podpěr příliš malá[1], a proto doporučují vzdálenost mezi podpěrami 16⁺/_-1 x tloušťka vzorku.

Obr. 1 požadavky norem

Tab. 1 zkušební vybavení

Tab. 2 informace o vzorku

Tab. 3 zkušební podmínky

Obr. 2 snímač deformace a tříbodový přípravek

Výsledky

Na obr. 3 je zachycena křivka napětí/deformace v ohybu. Průhyb (deformace ohybem) na vodorovné ose byl vykreslen z dat získaných ze snímače deformace. Křivka zachycuje prudký pokles napětí u vzorku GFRP. U vzorku PC a PVC klesá napětí plynule, pomaleji. Tabulka 4 obsahuje hodnoty napětí v ohybu a modulu pružnosti v ohybu pro každý materiál.

Tabulka 5 srovnává modul pružnosti v ohybu vypočítaný z dat získaných z posuvu příčníku, korekční křivky tuhosti (poddajnosti) a snímače deformace. Výsledky dokládají, že modul pružnosti v ohybu je nejmenší u měření deformace z příčníku, vyšší u korekční křivky a nejvyšší s měřením průhybu snímačem deformace.

Obr. 3 výsledky zkoušky

Tab. 4 výsledky zkoušky

	Napětí v ohybu [MPa]	Modul pružnosti v ohybu [GPa]
PC	104,4	2,44
PVC	123,0	3,48
GFRP	179,4	12,1

 

Tab. 5 srovnání modulů pružnosti v ohybu z dat získaných různými metodami [GPa] 

	PC	PVC	GFRP
Posuv příčníku	2,41	3,39	11,5
Korekční křivka	2,42	3,41	11,7
Snímač deformace	2,44	3,48	12,1

Deformace ohybem v počáteční fázi zkoušky vzorku GFRP jsou zachyceny na obr. 4 a vypočítány ze všech tří zdrojů dat: z posuvu příčníku, za pomoci korekční křivky tuhosti a snímače deformace. Modrá křivka je vykreslena z dat získaných z posuvu příčníku, červená křivka je sestavena z dat získaných za pomoci korekční křivky tuhosti a černá křivka je získána pomocí snímače deformace. Z grafu je patrné, že na počátku testu jsou rozdíly.

Obr. 4 křivka napětí v ohybu/deformace ohybem u materiálu GFRP

Závěr

Na plastech byla provedena zkouška tříbodovým ohybem v souladu s požadavky normy ISO 178:2010 a násl. změn a JIS K 7171/2016. Výsledky modulu pružnosti v ohybu jsou nejnižší při měření z posuvu příčníku, vyšší pak za použití korekční křivky tuhosti a nejvyšší při použití snímače deformace. Dále je evidentní, že rozdíl hodnot je tím větší, čím vyšší je hodnota modulu pružnosti v ohybu. Přesné měření deformace vzorku pomocí snímače deformace je vyžadováno pro správné vyhodnocení materiálových vlastností v souladu se shora uvedenými normami.

Vybavení Shimadzu uvedené v tomto článku je pak možné využít pro provádění zkoušky plastů tříbodovým ohybem v souladu s normou EN ISO 178 a dalšími.