• Úvod
  • Odborné články
  • Stanovení ohybových vlastností – zkouška tříbodovým ohybem na plastech dle EN ISO 178

Stanovení ohybových vlastností – zkouška tříbodovým ohybem na plastech dle EN ISO 178

Stanovení ohybových vlastností – zkouška tříbodovým ohybem na plastech dle EN ISO 178

Plasty se díky jejich teplotním, materiálovým vlastnostem a hmotnosti stávají stále běžnějším materiálem v nejrůznějších aplikacích a oblastech života – ať už se jedná o malé převodové kolečko nebo trup letadla. Aby se správně popsaly všechny vlastnosti materiálů, musí se provést mnoho různých testů počínaje tahovou zkouškou, přes ohybové zkoušky až po zkoušky tlakem.

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.

Stanovenie ohybových vlastností - skúška trojbodovým ohybom na plastoch podľa EN ISO 178 
  Obr. 1 požadavky norem 


Tab. 1 zkušební vybavení

Zkušební stroj ShimadzuAGS-X 
Siloměr 1 kN
Snímač deformaceSnímač deformace Shimadzu 
Ohybový přípravek Podpěry i tlačný hrot R5


Tab. 2 informace o vzorku

Rozměry                     80 mm x 10 mm x 4 mm
MateriálPC, PVC, GFRP (krátká vlákna)


Tab. 3 zkušební podmínky

Zkušební rychlost2 mm/min
Zkušební rychlost po dosažení modulu pružnosti100 mm/min (metoda B)
Vzdálenost mezi podpěrami64 mm

 

Stanovenie ohybových vlastností - skúška trojbodovým ohybom na plastoch podľa EN ISO 178 
 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.

Stanovenie ohybových vlastností - skúška trojbodovým ohybom na plastoch podľa EN ISO 178 
 Obr. 3 výsledky zkoušky 


Tab. 4 výsledky zkoušky

 

Napětí v ohybu

[MPa]

Modul pružnosti v ohybu

[GPa]

PC                            104,42,44
PVC123,03,48
GFRP179,412,1

 

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

 PCPVCGFRP
Posuv příčníku2,413,3911,5
Korekční křivka2,423,4111,7
Snímač deformace2,443,4812,1


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 
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)

  • autor:
  • SHIMADZU Handels GmbH - organizační složka


Mohlo by vás také zajímat



 

Archiv článků

Nejbližší výstavy a semináře