ISO-178-2010塑料——弯曲性能的测定

ISO178-2010

塑料——弯曲性能的测定

1．范围

1.1本国际标准规定了在特定条件下测定硬质（见3.12）和半硬质塑料弯曲性能的方法。规

定了标准试样尺寸，同时对适合使用的替代试样也提供了尺寸参数。规定了试验速度范围。

1.2本标准用于在规定条件下研究试样弯曲特性，测定弯曲强度、弯曲模量和其他弯曲应力

/应变关系。本标准适用于两端自由支撑、中央加荷的试验（三点加载测试）。

1.3本标准适用于下列材料：

——热塑性模塑、挤出铸造材料，包括填充和增强复合物；硬质热塑性板材；

——热固性模塑材料，包括填充和增强复合物；热固性板材。

与ISO10350-1[5]和ISO10350-2[6]一致，本国际标准适用于测试以长度≤7.5mm纤维增强的复合物。对于纤维长度>7.5mm的长纤维增强材料（层压材料）的测试，见ISO14125[7]。

本标准通常不适用于硬质多孔材料和含有多孔材料的夹层结构材料。对这些材料的测试，可采用ISO1209-1[3]和/或ISO1209-2[4]。

注：对于某些纺织纤维增强的塑料，最好采用四点弯曲试验，见ISO14125。

1.4本方法中所用的试样可以是选定尺寸的模塑试样，用标准多用途试样中部机加工的试样

（见ISO20753），或者从成品或半成品入模塑件、挤出或浇铸板材经机加工的试样。1.5本标准推荐了最佳试样尺寸。用不同尺寸或不同条件制备的试样进行试验，其结果是不

可比较的。其他因素，如试验速度和试样的状态调节也会影响试验结果。

注：尤其是半结晶聚合物，由模塑条件决定的样品表层厚度会影响弯曲性能。

1.6本方法不适用于确定产品设计参数，但可用于材料测试和质量控制测试。

1.7对于表现出非线性应力/应变特性的材料，其弯曲性能只为公称值。给出的计算公式都

基于应力/应变为线性的假设，且对样品挠度小于厚度的情况下有效。使用推荐的试样尺寸（80mm X10mm X4mm），在传统的3.5%弯曲应变和跨距与厚度比L/h为16的情况下，挠度为1.5h。相比于非常柔软的和延性材料，弯曲测试更合适于测试具有较小断裂挠度的坚硬材料和脆性材料。

1.8与本国际标准的之前版本相反，本版本包含了方法A和方法B两个方法。方法A与本

国际标准的之前版本中的方法一致，即在试验中使用1%/min的变形速度。方法B使用两个不同的变形速度：弯曲模量测试中选用1%/min的速度，测量弯曲应力-应变曲线的剩余部分依材料延展性的不同而选用5%/min或50%/min的形变速度。

2．规范性引用文件

本文件中引用了以下的文件。对于标示日期的引用文件，只有引用的版本有效。对于未标示日期的文献，其最新版（包括任何修正）适用于本标准。

ISO291，塑料——状态调节与测试标准环境

ISO293，塑料——热塑性材料的压塑试样

ISO294-1：1996，塑料——热塑性材料注塑试样——第1部分：一般原理及多用途和长条试样的模塑成型。

ISO295，塑料——热固性材料的压塑试样

ISO2602，测试结果的统计处理和解释——均值估计——置信区间

ISO2818，塑料——机械加工制备试样

ISO7500-1，金属材料——静态单轴测试仪器验证——第1部分：张力/压缩测试机器——力测量系统的验证和校准

ISO9513，金属材料——单轴测试伸长计校正

ISO10724-1，塑料——热固性粉末模塑复合物试样的注射模塑成型——第1部分：一般原则和多用途试样的模塑成型

ISO16012，塑料——试样线性尺寸的测定

ISO20753，塑料——试样

ISO23529，橡胶——物理实验方法试样的准备和状态调节的通用步骤

2术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1试验速度，v

支座与压头之间的相对移动的速率。单位为mm/min。

3.2弯曲应力σf

试样跨度中心外表面的正应力，MPa。

注：使用9.1中公式（5）计算。

3.3断裂弯曲应力σfB

试样断裂时的弯曲应力（见图1中的曲线a和曲线b），MPa。

3.4弯曲强度σfM

试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力（见图1中曲线a和曲线b），MPa。

3.5在规定挠度时的弯曲应力σfC

达到3.7规定的挠度S c时的弯曲应力（见图1中的曲线c），MPa。

3.6挠度s

在弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离，mm。

3.7规定挠度s c

试样厚度h的1.5倍，mm。

注：使用L=16h的跨度，规定挠度相当于弯曲应变为3.5%。

3.8弯曲应变εf

试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比或百分数（%）表示。

注：使用9.2中的公式（6）和（7）计算。

曲线a——试样在屈服前断裂；

曲线b——试样在规定挠度s c前显示最大值后断裂；

曲线c——试样在规定挠度s c前既不屈服也不断裂。

图1弯曲应力σf随弯曲应变εf和挠度s变化的典型曲线

3.9断裂弯曲应变εfB

试样断裂时的弯曲应变（见图1中的曲线a和曲线b），用无量纲的比或百分数（%）表示。

3.10弯曲强度下的弯曲应变εfM

最大弯曲应力时的弯曲应变（见图1中曲线a和曲线b），用无量纲的比或百分数（%）表示。

3.11弯曲弹性模量或弯曲模量E f

应力差σf2–σf1与对应的应变差（εf2=0.0025）-（εf1=0.0005）之比（见9.3，式（9））。MPa。注2：弯曲模量仅是杨氏弹性模量的近似值。

3.12硬质塑料

弯曲弹性模量或拉伸弹性模量（弯曲弹性模量不适用时）大于700MPa的塑料。[ISO472[1]] 3.13试样支撑点间的跨距L

试样与支架接触点间的距离（见图2）。单位为mm。

3.14弯曲应变率r

试验中弯曲应变增加比率。由秒的倒数（s-1）或百分比每秒（%·s-1）描述。

4原理

把试样支撑成横梁，使其在跨度中心以恒定速度弯曲，直到试样断裂或应力达到最大值的5%（见3.8）。在这个过程中，记录对试样施加的力及试样中间跨度处相应的挠度。

5试验机

5.1概述

试验机应符合ISO7500-1和ISO9513及本标准中5.2至5.4的要求。

5.2试验速度

试验机应可以实现表1中所规定的试验速度。

表1建议的试验速度，v

5.3支座和压头

两个支座和中心压头的位置应按图2所示安排。支座和压头之间的平行度偏差应在±0.2 mm之内。

压头半径R1和支座半径R2尺寸如下：

R1=5.0mm±0.2mm；

试样厚度≤3mm时，R2=2.0mm±0.2mm；

试样厚度>3mm时，R2=5.0mm±0.2mm。

跨距L应为可调的。

1试样F施加力R1压头半径R2支座半径

h试样厚度l试样长度L支座间跨距长度

图2.实验开始时的试样位置

5.4负荷和挠度测量系统

5.4.1力测量系统

力测量系统应符合ISO7500-1中规定的1类要求。

5.4.2挠度测量系统

挠度测量系统应符合ISO9513中规定的1类要求。在整个挠度范围的测量中，测量系统都应满足要求。可使用满足以上要求的非接触式系统。测量系统性能不应受机器匹配性的影响。

当测量弯曲模量时，挠度测量系统测量精确度应达到测量值的1%或更好，跨距L为64 mm和试样厚度h为4.0mm时（见图3），该精确度对应于±3.4μm。同理，其他跨距和试样厚度时将要求有其他相对应的精度。

任何可获得以上测试精度的跨距测试仪皆可使用。

注：十字头位移不仅包括样品跨度，也包括压头的压痕，以及支撑点压入试样的部分和仪器的变形。仪器变形量与仪器和加载力大小相关，因此不同仪器上获得的测试结果不具有可比性。

一般来说，除非进行过校正，否则测量十字头位移不适用于模量测定。

σ弯曲应力ε弯曲应变

s样品厚度为4mm，跨距为64mm时的对应挠度。

图3测量弯曲模量时要求的精确度

5.5测量试样宽度和厚度使用的仪器

5.5.1硬质材料

5.5.1.1试样厚度

使用精确到±0.01mm的测微计。

如图5所示，使用测试头，测得测量区域中心的厚度和试样半高度处的宽度。

具有不同几何形状，即球形、圆形、矩形或有尖锐边缘的测微计接触面都是可接受的。球形面的半径应≥50mm。建议使用平的测量头。圆形测量头的尺寸应在1.5mm和6.4mm 之间。矩形测量头的长边应为4mm至6.4mm。

建议使用同一仪器测试宽度和厚度。

5.5.1.2试样宽度

使用精确到±0.01mm的测微计。

如图5所示，使用测量头，测得测量区域中心的厚度和试样半高度处的宽度。

具有不同几何形状，即球形、圆形、矩形或有尖锐边缘的测微计接触面都是可接受的。

球形面的半径应≥50mm。建议使用平的测量头。圆形测量头的尺寸应在1.5mm和6.4 mm之间。矩形测量头的长边应为4mm至6.4mm。

建议使用同一仪器测试宽度和厚度。

5.5.2柔性材料

参照ISO23529测量试样的尺寸。

6试样测试

6.1形状和尺寸

6.1.1概述

试样的尺寸应符合相关材料标准的规定，若适用，应符合6.1.2或6.1.3的要求。否则，应与有关方面协商试样的类型。

6.1.2推荐试样

推荐试样尺寸，单位为mm：

长度l：80±2

宽度b：10.0±0.2

厚度h：4.0±0.2

对于任一试样，其中部1/3长度部分的各处厚度与厚度均值的偏差不应大于2%，宽度与平均值的偏差不应大于3%。除在6.4中规定的情况外，试样截面应为没有圆角的矩形。

可遵照ISO20753从多用途试样中间部分制得推荐试样。

6.1.3其他试样

当不可能或不希望采用推荐试样时，使用表2中规定的试样尺寸。

注：某些产品标准要求从厚度大于规定上限的板材上制取试样，可采用机加工方法，从单面加工试样至规定厚度。此时，通常在测试中将未加工面与支座接触，使得中心压头施加力于样品加工面上。

表2试样宽度b与厚度h的关系

单位为mm

6.2各向异性材料

6.2.1若材料的弯曲性能与方向有关，在知道其最终产品的使用方式和方向的情况下，选择试样承受弯曲应力的方向应与该方向一致。试验样品和设想的最终产品间的关系将决定适用推荐试样的可行性。

注：试样的位置或方向及尺寸有时会显著影响试验结果。

6.2.2当材料在两个主方向上表现出明显的弯曲性能区别（>20%）时，需在两个方向上测试，并记录试样的取向与主方向的关系（见图4）。

L产品长度方向W产品宽度方向

图4试样的位置与产品方向及施加力方向的关系

6.3试样准备

6.3.1模塑和挤塑料

试样应按照相关材料标准进行制备。当没有材料标准时，除非另有规定，根据需要，可选择按照ISO293或ISO295进行直接模压，或者按照ISO294-1或ISO10724-1直接进行

注塑。

6.3.2板材

按照ISO2818从板材或制品或半制品上加工制得试样。

6.4试样检查

试样不可扭曲，试样表面互相垂直。所有的表面和边缘应无划痕、麻点、凹陷和飞边。

借助直尺、规尺或平板，目视检查试样是否符合上述要求，并用游标卡尺测量。

试验前，应剔除测量或观察到的有一项或多项不符合上述要求的试样，或将其加工到合适的尺寸和形状。

注：为便于脱模，注塑试样通常有1o-2o的脱模角，因此模塑试样的侧面通常不完全平行。同时，注塑试样表面总会有凹痕。而且，由于冷却过程的不同，试样中心位置的厚度通常小于边缘。

6.5试样数量

6.5.1在每个试验方向上至少测试五个试样（见图4）。如果要求平均值有更高的精确度，

试样数量可能需要超过五个。试样数量可通过置信区间进行估算（95%概率，见ISO 2602）。

6.5.2直接注塑的试样，应至少测试五个。

建议以同一方式测试试样，即与中空板或固定板接触的表面（根据需要参见ISO294-1或ISO10724-1）始终与支座接触，以消除模塑过程中所引起的任何不对称性因素的影响。

6.5.3试样在跨距中部1/3范围外断裂的实验结果作废，应重新取样试验。

7状态调节与试验条件

试样应按其材料标准的规定进行状态调节。没有相关标准时，除另有商定外（如高温或低温试验），从ISO291中选取合适的条件。除已知道材料的弯曲性质对湿度不敏感而不需控制湿度的情况外，采用ISO291推荐的标准大气压下23/50的条件。

8步骤

8.1如图5所示，测量试样的宽度b，精确到0.1mm，厚度h精确至0.01mm。计算平均厚

度。

避免在试样的边缘或正中心测量厚度（见注解1）。测量头为矩形或尖锐表面时，测量厚度时，测试头的长边应平行于试样的宽度方向，测量宽度时应使其平行于试样长度方向。注1：这样排除了最大和最小厚度，注塑试样的最大和最小厚度分别在试样边缘和中心。参照ISO294-1制备的注塑试样通常会有因凹痕造成Δh=hmax-hmin≤0.1mm的厚度差（见图5）。

剔除厚度超过平均厚度偏差±2%的试样，并随机选择其他试样替代。

注2：本标准应在室温下测量用于测定弯曲性能试样的尺寸。对于在其他温度下测定的弯曲性能，没有考虑热膨胀所产生的影响。

1宽度测定区域，±0.5mm；2厚度测定区域，±3.25mm；3最小厚度，h min；4最大厚度，h max。

图5注塑试样凹痕和机模角度的截面（被夸大的）

8.2根据以下公式调整跨距L：

L=（16±1）h

测量调节好的跨距，精确到0.5%。对于推荐试样（见6.1.2），跨距为64mm。

用上面公式计算跨距，除以下情况外：

a）对于非常厚的试样，为避免因剪切分层，可用较高的L/h比值来计算跨度。

注：这种情况下，可能需要使用高达60的L/h值。

b）对于很薄的模量估计小于700MPa（见3.12）的试样，使用基于较低的L/h值的跨距长度，可使得可以在仪器工作范围内进行测试。

可能需要L/h=8的值。

c）对于软性的模量估计小于700MPa（见3.12）的热塑性塑料，使用基于较高的L/h 值的跨距长度，以防止支座压入试样中。

可能需要L/h=32的值。

8.3试验前试样不应过分受力。为避免应力-应变曲线的起始部分出现弯曲，有必要施加预

应力。模量测试时，试验开始时试样所受的弯曲应力σf0（见图6）应该为正值，且处于下列范围内：

0<σf0≤5x10-4E f(2)

该范围与εf0≤0.05%的预应变相对应。当测量相关性能，如σfM、σfC或σfB，试验开始时试样所受弯曲应力σf0应处于下列范围内：

0<σf0≤10-2σfx(3)

其中X代表M、B或C。

注：高粘弹性、高韧性的材料如聚乙烯、聚丙烯或湿态聚酰胺的弯曲模量受预应力影响明显。

图6施加预应力后获得的应力/应变曲线示例

8.4将试样对称的放置在支座上，与压头和支座成合适角度，如图2所示，在中间跨距处施

加预应力（见8.3）。对于预加载，建议使用1mm/min的十字头速度。当达到预应力，

将挠度测量系统归零。

8.5测试模量时，按照材料标准设置试验速度。没有材料标准时，从表1中选择数值，使得

弯曲应变速度尽可能接近于1%/min。对于6.1.2中推荐的试样，产生该应变速度对应的试验速度为2mm/min。可用公式（4）计算获得特定应变速度所需的试验速度。

式中：

v为试验速度，mm/min；r为弯曲应变速度，%/min；L为跨距，mm；h为试样厚度，mm。

8.6达到预应力后的1min内开始试验，使用测量模量所要求的/选择的试验速度（见8.5）。

模量测试范围（0.05%≤ε≤0.25%）完成后，按方法A（见8.7）或方法B（见8.8）的规定继续进行试验。

8.7方法A（仅使用一个测试速度试验）：使用模量测试的速度，继续记录施加力与试样挠

度。

8.8方法B（使用两个试验速度获得应力/应变曲线）：记录用于计算模量试验区域（见8.6）

的数据后，选择以下方式继续试验：取下试样，然后使用一个适合于材料的更高的试验速度，或者直接使用更高的试验速度（不用取下试样）。使用材料标准中规定的高的速度。没有该信息时，从表1中选择可以造成尽可能接近5%/min或50%/min应变速度的数值。对于6.1.2中推荐的试样，获得该两种应变速度的相应的试验速度为10mm/min 或100mm/min。对于没有明显最大应力即断裂的材料，使用10mm/min速度，对于其他材料选用100mm/min。

注1：这与拉伸试验步骤是一致的，拉伸试验中，模量测定使用的为1mm/min的试验速度，在应变大于0.25%时测试其他拉伸性能，选用5mm/min或50mm/min（见ISO 10350-1[5]）。

注2：拉伸试验中，十字头速度增加十倍（从5mm/min至50mm/min）时，将会使测得的屈服应力提高8%。附录B中给出了试验速度对弯曲试验结果的影响。

8.9记录试验过程中施加的力与相应挠度数据，如可行，使用自动记录系统，可获得完整的

弯曲应力/挠度曲线（见9.1，公式（5））。由力/挠度或应力/挠度曲线，或者其他同等有效的数据来获得第3章中规定的所有相关的应力、挠度和应变。

9结果计算和表示

9.1弯曲应力

使用以下公式计算第3章中规定的弯曲应力参数：

式中：

σf为弯曲应力参数；F为施加的力，单位为N；L为跨距，单位为mm；b为试样宽度，mm；h为试样厚度，mm。

9.2弯曲应变

使用以下公式计算第3章中规定的弯曲应变参数：

式中：

εf为弯曲应变参数，用无量纲的比或百分比表示；s为挠度，mm；h为试样厚度，mm；L为跨距，mm。

9.3弯曲模量

为计算弯曲模量，根据给定的弯曲应变εf1=0.0005和εf2=0.0025，按下式计算相应的挠度s1和s2：

式中，

s i为单个挠度，mm；εfi为相应的弯曲应变，其相应的εf1=0.0005和εf2=0.0025；L为跨度，mm；h为试样厚度，mm。

使用下式计算弯曲模量E f，单位为MPa：

式中，

σf1为挠度s1时的弯曲应力，MPa；σf2为挠度s2时的弯曲应力，MPa。

所有关于弯曲性能的公式仅在线性应力-应变行为区间（见1.7）是准确的；因此，对于多数塑料，仅在小挠度时这些公式才可准确应用。但是，这些公式计算可用于对比试样的目的。

有计算机辅助的试验设备，之前所使用两个应力/应变点计算模量E f的过程，可能被在该两点间进行的线性回归方程计算过程所取代。

9.4统计参数

计算试验结果的算术平均值，若有要求，按ISO2602计算算术平均值的标准偏差和95%的置信区间。

9.5有效数字

应力和模量计算至三位有效数字。挠度计算至两位有效数字。

10精密度

见附录A。

11试验报告

测试报告应包含以下信息：

a）引用本国际标准；

b）对测试材料的说明，若信息可知，则应包括类型、来源、制造商代码、形式和使用历史。c）对于片材，其厚度，如可行，应报告与样板表面特点相关的主轴方向（对于各向异性材料，应注明试验方向）。

d）样板的形状和尺寸，如可行，记录使用的测量头的尺寸；

e）准备样板的方法；

f）若可行，记录测试条件和样板状态调节条件；

g）试验样板数目；

h）使用的理论跨距长度；

i）使用的方法（A或B）及试验速度；

j）试验机的准确度等级（见5.4）；

k）施加力的表面；

l）若需要，给出每个试样的试验结果；

m）实验结果的均值；

n）若需要，给出平均值的标准偏差和95%置信区间；

o）试验日期。

附录A

（资料性附录）

精密度说明

A．1表A.1和A.2为按照ASTM E691[8]进行循环试验得到的数据。所有材料都由同一机构制样并分发。每个“测试结果”为5个单个测试值得均值。对于每种材料，每个试验室获得并报告了两个试验结果。

A．2表A.1中的数据为根据循环试验，由9个试验室对4种材料进行测试的结果，表A.2的数据为根据循环试验，由11个实验室对4种材料进行测试的结果。

以下对于r和R（见A.3）的解释只是为了给出考虑该测试方法的近似精密度的一种有意义的方法。由于表A.1和A.2中的数据是根据循环试验得出的，可能不代表其他的批次、测试条件或实验室，因此不能严格地作为接受或拒绝材料的依据。该测试方法的使用者应使用ASTM E691的原理，根据自己的实验室条件和材料或在实验室检建立相关数据。对于这些数据，A.3中的原理应该是有效的。

A.3表A.1和A.2中r和R的概念：如果S r和S R是由大量充足的数据计算出来的，并且每个试验结果是由5个试样的测试结果得出的，则：

a）重复性：如果由同一个实验室得出的两个试验结果的差大于该材料的r值，则应判断这两个值不等价。r间隔表示了同一材料的两个试验结果之间的临界差，试验结果应由同一操作者使用同一设备在同一实验室中进行测试得出。

b）再现性：如果由不同实验室得出的两个试验结果的差大于该材料的R值，则应判断这两个值不等价。R间隔表示了同一材料的两个试验结果之间的临界差，试验结果应由不同操作者使用不同设备在不同实验室中进行测试得出。

c）根据a）和b）进行的判断大约有95%（0.95）的置信概率。

表A.1在规定挠度为3.5%时弯曲应力的精密度数据

单位为MPa

表A.2弯曲模量的精密度数据

单位为MPa

附录B

（资料性附录）

试验速度对测试弯曲性能结果的影响

参考文献

[1]ISO472，塑料——词汇表

[2]ISO527-2，塑料——拉伸性能测定——第2部分：模塑和挤出塑料的测试条件

[3]ISO1209-1，硬质泡沫塑料——弯曲性能测定——第1部分：基本弯曲试验

[4]ISO1209-2，硬质泡沫塑料——弯曲性能测定——第2部分：弯曲强度和表观弯曲弹性模量的测定

[5]ISO10350-1，塑料——可比单点数据的获得和表示——第1部分：模塑材料

[6]ISO10350-2，塑料——可比单点数据的获得和表示——第2部分：长纤维增强材料

[7]ISO14125，纤维增强塑料——弯曲性能测试

[8]ASTM E691，进行实验室间试验确定试验方法精密度的标准实行方法