Stanovenie ohybových vlastností - skúška trojbodovým ohybom na plastoch podľa 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
| Zkušební stroj Shimadzu | AGS-X |
| Siloměr | 1 kN |
| Snímač deformace | Snímač deformace Shimadzu |
| Ohybový přípravek | Podpěry i tlačný hrot R5 |
Tab. 2 informace o vzorku
| Rozměry | 80 mm x 10 mm x 4 mm |
| Materiál | PC, PVC, GFRP (krátká vlákna) |
Tab. 3 zkušební podmínky
| Zkušební rychlost | 2 mm/min |
| Zkušební rychlost po dosažení modulu pružnosti | 100 mm/min (metoda B) |
| Vzdálenost mezi podpěrami | 64 mm |
 |
|
| 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.
[1] Takashi Murakami, Shimadzu Review Vol. 71, issue 3/4 (2014)
-
SHIMADZU Handels GmbH - organizační složka
Prístroje pre inštrumentálnu analytiku, testovanie materiálov, meracie systémy, laboratórne prístroje, periférne zariadenia, periférie,...
Plastikársky priemysel naďalej rastie – 29. ročník výstavy Plastpol Expo v Kielcoch privíta globálne inovácie
24.1.2025 Plastikársky priemysel v Poľsku aj na celom svete rastie, pričom Poľsko je lídrom v spracovaní plastov v strednej a východnej Európe. Plastpol Expo, ktoré sa uskutoční od 20. do 23. mája 2025 v Targi Kielce, zostáva kľúčovým...
PlasticPortal® – lepší, rýchlejší a intuitívnejší!
