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

Ohybové zkoušky se provádí za ú�elem zjišt�ní chování materiálu p�i ohybu zp�sobeného p�sobením vn�jší síly, a proto je zkouška ohybem jednou ze základních zkoušek pro vyhodnocování materiálových vlastností.

P�edchozí normy zabývající se zkouškou t�íbodovým ohybem plast� nevy�adovaly sníma� deformace vzorku. V takovém p�ípad�, jakmile se za�ne test vzorku, uva�uje se deformace vzorku a posuv tla�ného hrotu jako celek, co� není vhodná metoda pro p�esné m��ení modulu pru�nosti v ohybu. Do zm�n provedených v normách ISO 178:2010, a násl. zm�n a JIS K 7171:2016 bylo zahrnuto bu� pou�ití sníma�e deformace t�ídy 1 dle ISO 9513 s absolutní p�esností lepší ne� 1%, nebo pou�ití korek�ní k�ivky tuhosti (poddajnosti) pro odstran�ní vlastní deformace zkušebního systému.

V našem p�ípad� byla zkouška t�íbodovým ohybem provedena podle zmín�ných norem na vzorcích z PC, PVC a GFRP, kde modul pru�nosti v ohybu byl vypo�ítán v�dy z pozice p�í�níku, dále za pou�ití korek�ní k�ivky tuhosti a jako t�etí zp�sob pomocí dat ze sníma�e deformace.

Y. Kamei

Zkušební systém

M��ení bylo provedeno na stolním univerzálním zkušebním stroji Shimadzu AGS-X; k m��ení deformace byl pou�it sníma� s p�esností lepší ne� 3,4 μm. Po�adavky zm�n�né normy p�i pou�ití vzorku tlouš�ky 4 mm jsou uvedeny na obr. 1. Hodnota pou�itá pro výpo�et modulu pru�nosti v ohybu je 341 μm, kde je vy�adován sníma� deformace s absolutní p�esností lepší ne� 1% (3,4 μm) viz obr. 1, který zachycuje modul pru�nosti v ohybu po�ítaný ze dvou bod�, a�koliv modul pru�nosti v ohybu je mo�né po�ítat i pomocí lineární regrese k�ivky.

Tab. 1, 2 a 3 zachycuje vybavení, vzorky a pou�ité zkušební podmínky. Na obr. 2 je vyobrazený sníma� deformace. Zmín�ná norma EN ISO 178 popisuje metodu A, která vyu�ívá konstantní rychlosti, a metodu B, b�hem ní� se zkušební rychlost zvyšuje po vyhodnocení modulu pru�nosti v ohybu. Zkušební metoda A byla pou�ita p�i m��ení vzorku GFRP, který má malou maximální deformaci. Zkušební metoda B byla pou�ita u materiálu PC a PVC, které mají v�tší maximální deformaci; okam�ik zm�ny rychlosti byl nastaven na 0,3% deformace vzorku. Normy dále navíc uva�ují pom�r nar�stající vn�jší síly a vzr�stající st�i�né síly, pokud je vzdálenost podp�r p�íliš malá[1], a proto doporu�ují vzdálenost mezi podp�rami 16⁺/_-1 x tlouš�ka vzorku.

Obr. 1 po�adavky norem

Tab. 1 zkušební vybavení

Tab. 2 informace o vzorku

Tab. 3 zkušební podmínky

Obr. 2 sníma� deformace a t�íbodový p�ípravek

Výsledky

Na obr. 3 je zachycena k�ivka nap�tí/deformace v ohybu. Pr�hyb (deformace ohybem) na vodorovné ose byl vykreslen z dat získaných ze sníma�e deformace. K�ivka zachycuje prudký pokles nap�tí u vzorku GFRP. U vzorku PC a PVC klesá nap�tí plynule, pomaleji. Tabulka 4 obsahuje hodnoty nap�tí v ohybu a modulu pru�nosti v ohybu pro ka�dý materiál.

Tabulka 5 srovnává modul pru�nosti v ohybu vypo�ítaný z dat získaných z posuvu p�í�níku, korek�ní k�ivky tuhosti (poddajnosti) a sníma�e deformace. Výsledky dokládají, �e modul pru�nosti v ohybu je nejmenší u m��ení deformace z p�í�níku, vyšší u korek�ní k�ivky a nejvyšší s m��ením pr�hybu sníma�em deformace.

Obr. 3 výsledky zkoušky

Tab. 4 výsledky zkoušky

	Nap�tí v ohybu [MPa]	Modul pru�nosti v ohybu [GPa]
PC	104,4	2,44
PVC	123,0	3,48
GFRP	179,4	12,1

 

Tab. 5 srovnání modul� pru�nosti v ohybu z dat získaných r�znými metodami [GPa] 

	PC	PVC	GFRP
Posuv p�í�níku	2,41	3,39	11,5
Korek�ní k�ivka	2,42	3,41	11,7
Sníma� deformace	2,44	3,48	12,1

Deformace ohybem v po�áte�ní fázi zkoušky vzorku GFRP jsou zachyceny na obr. 4 a vypo�ítány ze všech t�í zdroj� dat: z posuvu p�í�níku, za pomoci korek�ní k�ivky tuhosti a sníma�e deformace. Modrá k�ivka je vykreslena z dat získaných z posuvu p�í�níku, �ervená k�ivka je sestavena z dat získaných za pomoci korek�ní k�ivky tuhosti a �erná k�ivka je získána pomocí sníma�e deformace. Z grafu je patrné, �e na po�átku testu jsou rozdíly.

Obr. 4 k�ivka nap�tí v ohybu/deformace ohybem u materiálu GFRP

Záv�r

Na plastech byla provedena zkouška t�íbodovým ohybem v souladu s po�adavky normy ISO 178:2010 a násl. zm�n a JIS K 7171/2016. Výsledky modulu pru�nosti v ohybu jsou nejni�ší p�i m��ení z posuvu p�í�níku, vyšší pak za pou�ití korek�ní k�ivky tuhosti a nejvyšší p�i pou�ití sníma�e deformace. Dále je evidentní, �e rozdíl hodnot je tím v�tší, �ím vyšší je hodnota modulu pru�nosti v ohybu. P�esné m��ení deformace vzorku pomocí sníma�e deformace je vy�adováno pro správné vyhodnocení materiálových vlastností v souladu se shora uvedenými normami.

Vybavení Shimadzu uvedené v tomto �lánku je pak mo�né vyu�ít pro provád�ní zkoušky plast� t�íbodovým ohybem v souladu s normou EN ISO 178 a dalšími.