塑木型材弯曲性能的测试

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1、2005年中国工程塑料复台材料技术研讨会论文集塑木型材弯曲性能的测试温原戴东花(南京聚隆工程塑料有限公司肩京210062) (南京聚锋新材料有限公司南京210041)摘要介绍塑木型材的弯曲性能测试标准和塑料、木材相关测试标准之间的差异，并指出塑木复合材料作为一 种新型的材料，有其独特的测试要求，可作为相关厂家和研究者试验的参考。关键词塑未型材弯曲测试妻塑木复合材料是近lo年开发出来的一种新型复合材料，它利用PE、PP等塑料作为基体。通过混 配，添加20一60的天然纤维粉末，如木粉、稻糠 等，经挤出成型制成各种形状的型材，被广泛应用于 建筑、园林、运输、铁路等领域。塑木复合材料因其环保、可重复利

2、用等优良特 点，正越来越受到重视，应用领域也在不断扩展。由(H 于塑木复合材料具有全新的原料构成和特殊的工艺tA法；卜B法 要求，其制品不仅具备了塑料的优良性质，更综合了围I 四点弯曲方法试验示意图 天然纤维的许多特性，因此塑木复合材料的性能表笔者对有关的几个国标和ASTM D6109进行对 征有其独特的一面。而目前的塑料测试方法、木材 比，可以发现有以下的几点不同。 测试方法和各种人造板的测试方法并不完全适应塑I适用范围木复合材料。塑术材料专用测试方法的建立是近几GBT 93412000塑料弯曲性能试验方法 年来国际材料学科中研究的热点。 (等同采用IS01781993，以下简称GBT934

3、1)，适 目前，ISO、EN等标准化组织和我国的GB都没用于热塑性模塑和挤塑材料，热固性模塑材料，纤维有专门针对塑木复合材料的测试标准，只有ASTM 增强热固性和热塑性复合材料与热致液晶聚合物， 在近几年开发了一个系列标准用于塑木产品的测 不适合硬制微孔材料和含有微孔材料的夹层结构材 试。弯曲性能是表征塑木材料最重要的指标之一， 料；GBl4491983玻璃纤维增强塑料弯曲性能试 笔者就ASTM的相关标准进行简单的介绍，并和目 验方法(以下简称GBl449)，适用于玻璃纤维织物 前已有的塑料、木材的测试标准进行对比，以此说明 增强塑料板材和短切玻璃纤维增强塑料；GBl936，1 塑木复合材料在

4、测试中的特殊性。 。 1991术材抗弯强度试验方法(以下简称；值得注意的是，所有ASTM相关标准中对塑木GBl9361)适用于木材无疵小试样；而ASTM I)6109 复合产品的定义均做了严格的规定，要求所测试样 适用于横截面为矩形或正方形的塑木板材。 品的树脂含量必须大于50，树脂可以是单一的，实际上，GBT9341的定义是涵盖ASTM I)6109 也可以是混合的。同时ASTM声明，标准只适用于关于塑木型材定义的，尤其是现在国外的塑术型材 具备一定截面形状的塑木产品。不适合塑木材料的采用长玻纤进行增强的情况越来越多，双方定义的 测试。差异性就变的很模糊。另外值得注意的是，用长玻ASTM D

5、610997(未增强或增强塑木的弯曲性 纤增强的塑料适用标准GBT9341，而短玻纤增强的 能的测试方法(以下简称ASTM I)6109)中介绍了 塑料适用GBl449。 采用四点弯曲方法测试塑木型材的要求，试验示意2试验形式图见图1，这种测试方式是在IS03133(木材一静力 GBT9341和GBl449为三点法测试，GBl9361 弯曲极限强度的测定基础上制定的(我国相应的 和ASTM D6109为四点法测试。这是因为通常情况 国标是GBl93611991)。而塑料通常的测试是采 下，塑木型材的截面都很大，在测试中，层间的剪切 用三点弯曲法。 应力不能忽视，四点弯曲法可以得到比较纯粹的弯温

6、原等：塑木型材弯曲性能的测试247应力。在三点弯曲法中，如果测试的挠度比较大，其(5，0士O1)mill；下压头尺寸R2=(2002)衄 剪应力也应得到矫正，矫正剪应力的方法在(试样厚度3mm)，或R2=(50O2)rr一(试样 DIN53452标准中有详细的说明。厚度h3 mm)。3试样尺寸GBl449规定上压头尺寸为蜀=(5001) (；BT9341中推荐的尺寸是长度z=(802)，下压头尺寸R：=(0502)mm(试样厚度h mm，宽度b=(10002)mm，厚度h=(403)，或R2=(2002)(试样厚度302)mm。其它试样，满足长厚比lh=201。mm)o GBl449只规定了仲

7、裁试验的试样尺寸，对于玻CBl936I中规定上下压头尺寸均为30 miirl。 璃纤维织物增强塑料板材，长度f80 mm，宽度6=在ASTMD6109中规定，压辊和支座应有圆柱 (15o5)mm，厚度h=(402)mm；对于短切玻形表面，为了避免因压辊下应力集中而形成过度凹 璃纤维增强塑料，长度f120 innl，宽度6=(15 痕或破坏，压辊或支座的半径应至少为05 in(12705)mill，厚度h=(6 4-0，2)ttlrrl。mm)。如果压辊接触试样处有明显凹痕或压裂，那 GBl9361规定的试样尺寸为，长度Z=(300么压辊半径应增大至试样厚度的15倍(最大值)。1)mrlrl，宽

8、度6=(20O5)mm，厚度h=(2005)压辊和试样接触处的弧度应该足够大，以免试样和mill机械加工时延顺纹方向。其边部接触(见图1)。ASTM D6109中规定测试试样是产品本身的形应该看出，对于塑料测试的CBT 9341，压头尺 式，除长度方向可以切削外，其余不得有任何改变或 寸和推荐试样的厚度比Rh=125，对于木材测试 机械加工。 的GBl9361Rh=15，显然，ASTND6109采用R ASTN标准对试样做这种特别的规定有其深刻 h=i5，并限制最小R=127 mlrl，表明塑木材料的 的原因。对于塑料来说，从板材中截取或通过注塑、表面硬度远比常见的塑料小，在试验过程中更容易模

9、压等手段制成标准试样，虽然在测试结果上有差 产生压痕从而影响试验结果。 异，但获得的数据还是可以比较的。而塑木型材在 7跨距 加工的过程中，材料在挤出截面上形成了差异化非GBT 9341和GBl449中都规定跨厚比应满足 常明显的分布，任何经过机械加工后的试样，甚至仅Lh=161，采用游标卡尺进行测量，结果精确到仅是进行表面打磨，都会使成型信息部分丧失，由此05。测试的数据可能有几倍的差别。这从另外一个角度 CBl9361中限定跨距为；240 mm，此时的跨 也表明，通过注塑、机械加工等手段把塑木材料制成厚比为12。测量精度要求达到01 mm。 标准试样后测得的性能，和用塑木型材本身测得的 而

10、ASTND6109中规定跨厚比为Lh=16：，要 性能之间，缺乏可比性。求范围较宽。由于标准对塑木型材的厚度范围并没4试样数量有进行限制，而事实上，厚度达到200 him的塑木型GBT 9341、GBl449和AmI I)6109均推荐采 材是很常见的，那么，这时的跨距可能会达到28用至少5个试样的平均法进行计算，这和GBl9361m，这对测试设备的要求就比较苛刻，塑木生产厂家 中规定3根试样有所不同。在进行测试设备选型时，一定要结合自己产品的实5试样状态调节和试验环境 际情况选择适合的仪器型号。ASTN D6109中要求试样至少应在(232)、8试验速率相对湿度(505)go的条件下预置40

11、 h后进行测 弯曲性能的试验速率主要取决于试样测试时的 试，试验环境与GBT 9341和GBl449中对塑料的 应变速率sr。GBT 9341中要求应变速率sr应尽 要求是一致的。在GBl9361中，进行弯曲性能测 可能接近每分钟l，推荐试样的试验速率是”=2 试的同时要测试木材本身的含水率，因此木材不做 manmin，而速度允许误差为20(口10 ram 试样状态调节，而试验环境的要求是温度(20 mi)和10(口10 mmmin)。2)，湿度(655)，和塑木测试环境不一致的。 CBl449要求，在弯曲强度的常规实验中”=106仪器压头半径ramrain。在测试弯曲模量时口=2 ramra

12、in。在进CBT 9341规定仪器的上压头尺寸为R。=行弯曲强度的仲裁实验时外层纤维跨中应变速率248 2005年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集sr应满足每分钟I，此时的测试速率按式(1)进行B法为每分钟0，2一03(O0020003 计算。GBl449未规定测试速度允差。mmnlnlm抽)。，2。=告Sr (1)如果用4 llun厚的试样做比较，GBT9341中速Oil,率为2 ramrain，GBl449中速率为171 ramrain，式中：t试验速率，mmmin；ASTM D6109中速率为186 ramrain(A法)，相差L-跨距，mm；不大；但我们也同时要注意到，对于厚度越大

13、的塑木试样厚度，nllll； 型材，试验速率也越快，对于200 mm厚的塑木型Sr一外层纤维跨中应变速率，每分钟l 材，其试验速率可达到73 mmmin，这就对仪器的下(o01 mmmmrain)o 压头(支座)和底梁的空间提出了要求，如果测试大 GBl9361中只要求测试在12 rain破坏试 尺寸的塑木型材，至少应为150200 mm。这一情样，未对实验速率进行详细规定。 况，应在仪器选型中予以考虑。ASTM 136109中规定了A、B两种测试方式。对 另外，B法的测试速率只有A法的1513， 平面或厚板的产品用A法测试，应变速率岛应尽可 也是值得关注的，这表明对于边缘尖锐或有棱角的 能接

14、近每分钟1；对于边缘尖锐或有棱角的产品， 塑木产品，过快的试验速率可能提前导致型材局部 采用B法测试，应变速率所在02一03取值， 的破坏。从而引起数据失真。 试验速率按公式(2)进行计算，允差50。9结语，2 由于塑木材料是一种新型材料，ASTM在设计口=0185 x争x Sr (2)n塑木型材的弯曲测试标准时，综合了塑料和本材测式中：p一试验速率，mmmin；试的特点，并考虑了塑木材料本身的特性。ASTM跨距，m”； D610997在试验方式、压头设置上参考了木材的试样厚度，rtlm； 测试；在试样数量、状态调节、试验环境、跨距选择和 sr一外层纤维跨中应变速率； 试验速率上参考了塑料的测

15、试，而在试样要求和各 A法为每分钟1(001mmmmrain)； 试验参数的选定上，形成了塑木特有的要求。(上接第245页) 的因素或降低影响程度，获得准确的试验结果。 结构、内部缺陷等直接影响拉伸性能外，还有许多外参考文献1周祥兴部文娟张惠曦等实用塑料包装制品手册北京：中国在因素和人为因素，这些因素最终将影响试验结果。轻工业出版社，2000因此，试验人员必须具有高度的责任心，严格执行试 2周维祥塑料测试技术北京：化学工业出版社1999验标准和操作规程，才能消除影响试验结果准确性 3邢玉清简明塑辩大全哈尔滨：哈尔演工业大学出版社，2002FACTORS AFFECTING PLAS7CS TE

16、NSE TEST RESULTSZmng Hualzhi，Yah Gangehen，1ing Lirong(ResearchInstitute ofDaqin8 Petroeherrdeal CompanyDaqing 163714，China)Liu Jianlian(Chemical General Faetorj of Dnqing Pemchemieal Company，Daqmg 163714，China)ABSIRACT The factors affecting plastics tensile test results are analyzed，which inelutle n

17、ot only the component，raoleeule structure and internal defect of plastics，but also test inatrtunents，s“pIe preparation and proeesslng，test environment，operating processdata handling and operator，It is pointed out that these outside factors cbe redueed or avoided ifopemtlng and control suict ly。the aeeuraey oftest results can be improvedKEYWORDS plastics，matetial tester，tensile property