ASTM D790：目標 & 特徵值
ASTM D790 中規定的3 點彎曲測試描述了剛性和半剛性塑膠的傳統標準化表徵方法。 透過這些測試所測定的彎曲性能對於設計者、工程師和材料製造商等而言都非常重要，以確保所使用的塑膠材料符合其預期應用的要求。
根據 ASTM D790 的典型測試結果為：
- 彎曲模量：彎曲模量為材料剛性的量度，顯示材料對抵抗彎曲負載的能力。 ASTM D790 標準提供了三種彎曲模量的計算方法，每種方法都會產生不同的結果：
- 切線模數（彈性模數）
在彈性範圍內，應力與對應應變的比值。 - 割線模數
在應力-應變曲線上任意選定點的應力與對應應變的比值。 - 弦線模數
應力-應變曲線上兩個指定點之間的斜率。
- 切線模數（彈性模數）
- 彎曲強度： 彎曲強度提供有關材料斷裂前可承受的最大彎曲負載資訊。
- 彎曲應力於指定彎曲應變處
- 降伏點與試樣斷裂處的彎曲應力與彎曲應變
ASTM D790 試樣尺寸
為了根據 ASTM D790 測試塑料，試樣是透過注射成型生產，或者透過機械加工由片材、板材或模製組件加工而成。
- 根據 ASTM D790，針對塑膠成型材料，一般會使用橫截面為3.2 mm x 12.7 mm 且長度為 127 mm的試樣。 指定的厚度與支撐比為 16 時，支撐跨距為 51 毫米。此外，該標準也對厚度大於 3.2 毫米但小於 1.6 毫米試樣定義了一系列附加要求。
- 為了測試層壓熱固性材料和片材的電絕緣性，試樣可能需要加工至 25.4 毫米或 12.7 毫米的厚度。若相較於抗拉強度，剪切強度極低，則厚度對支撐件的比必須增加至 32 或甚至 40 以避免剪切斷裂。
- 高強度纖維複合材料的測試係根據厚度-支撐件距離比為 16、32 或 40 的拉伸剪切強度比進行的。 對於高度各向異性的材料，若要判定正確的模量，甚至可能需要 60 的比值。
在測量彎曲測試的試樣尺寸時必須十分小心。 由於試樣厚度是按彎曲應力的二次方計算，因此測量誤差結果也是二次函數。 當試樣高度為 3.2 毫米（標稱值），只要測量誤差達 0.1 毫米，就能導致彎曲應力誤差超過 5%。 因此，會採用符合 ASTM D5947 規定的千分尺測量試樣的厚度。
ASTM D790：力和變形的測量
根據 ASTM D790 力的測量必須在相關範圍內進行，準確度為顯示值的 ±1%。 載荷測量系統是根據ASTM E4進行校正。
根據 ASTM D790，支架之間中心的變形可以透過橫樑的位置（type I）或直接透過額外的位移傳感器系統（type II）來進行測量：
- 測量橫樑位置時，必須符合 ASTM E2309 中的 B 準確度。 在直接測量變形情況下，測試根據 ASTM E83 進行，其中必須遵守 B-2 測定模量，並遵守 C 測定其他應變。
- 為根據類型 I 透過橫樑位置測量偏轉， testXpert 測試軟體 提供了測試設備固有變形的自動修正，其中測試配置的實際變形曲線被測定並儲存在測試軟體中。
ZwickRoell 提供滿足這些要求的各種 type II 型位移傳感器系統，但與其他測試方法結合的能力尤其不同：
- 用於壓縮和彎曲測試的機械傳感器，設計有直接放置在試樣下方的感測器臂
- 搭配 makroXtens 和 multiXtens 機械延伸計使用的感測器臂
- 帶有標記、用於光學延伸計 videoXtens 的測量裝置
ASTM D790 測試速度
根據 ASTM D790 的測試方法及其對測試速度產生的影響：
- 針對小幅變形即斷裂的材料，最好是根據 方法 A使用0.01 分鐘-1的應變速率。
- 根據方法 B，使用十倍高的應變速率 0.1 min-1測試伸長率高達 5% 時既不斷裂也不顯示降服點的材料。
對於操作員來說，這些資訊意味著在試驗機上設定的測試速度必須根據試樣厚度和支撐跨距或支撐跨度與試樣厚度的比率來計算。 該函數可以輕鬆地儲存在testXpert測試軟體中，並且計算過程可以自動化。
針對 3.2 x 12.7 x 127 毫米、支撐比為 16 的標準試樣，根據 ASTM D790 其測試速度為：
- 根據方法Ａ： 1.4 mm/min
- 根據方法Ｂ： 13.7 mm/min
符合 ASTM D790 標準的自動化3點彎曲測試
特別在當涉及需測試大量的試樣時，這些須由許多人員完成。 針對塑膠進行自動化測試的測試系統可以減輕合格的實驗室人員的例行公事，並確保測試結果的可再現性。 這使得員工可承擔其他更為複雜的任務，例如：讀取並解釋測試結果、評估新的材料或是參與其他研究活動等。
對於符合ASTM D790標準的3點彎曲測試的自動化性能，我們建議使用roboTest N、roboTest L 或 roboTest R 測試系統。 透過簡單的轉換或是將數種測試治具納入同一套系統以整合不同的測試，如根據 ASTM D638 執行的拉伸測試以及根據 ASTM D790 執行的彎曲測試。
透過 testXpert 進行可靠的 ASTM D790 測試
使用我們的 testXpert 智能測試軟體，操作員即可快速上手並輕鬆執行測試。操作員只會看到須由他們負責完成的具體任務，並逐步引導他們依據 ASTM D790 完成測試。
- 所有ASTM D790標準定義的特徵值和設定皆已納入標準測試程式，保證符合標準。 testXpert測試軟體逐步引導使用者完成測試。
- 使用者只會看到他們必須完成的步驟，這些都是由用戶管理功能所建立。
- 依據 ASTM D790 的試樣尺寸透過連接千分尺和數位卡尺直接傳送至測試軟體，不僅節省了時間，還能避免錯誤。
- testXpert協助您實現最大測試效率， 您可以提升高達30%的測試速度。
有關 ASTM D790 的常見問題
這兩個標準都提供了測定塑膠彎曲性能的方法，但在應用、試樣幾何形狀和測試程序方面有所不同。 因此，其測試結果不具有可比性。 在測試塑膠時，由於測試試樣的尺寸會影響材料的結構，因此預期會出現差異。 其他的影響變數來自於不同的測試速度及測定模組數值的差異所引起。
根據 ISO 178 和 ASTM D790 對塑膠進行彎曲測試的結果往往在規模上類似，但是無法直接進行比較。 原因是彎曲試驗中不同的應變率、模量值的不同計算方法、試樣生產過程中可能出現的差異。
彎曲模量是材料剛性的量度，顯示材料抵抗彎曲負荷的能力。 彎曲強度提供有關材料斷裂前可承受的最大彎曲負載資訊。
彎曲應力根據 ASTM D790 和 ISO 178 計算，作為支撐之間中心的試樣的極限纖維應力。 標準中提供的公式是基於理想負載情況。 不考慮在彎曲試驗過程中因試樣變形增加而導致的支撐件上的角度誤差或摩擦力。 此計算僅對於小彎曲角度足夠準確。
支撐件之間或支撐件與模具之間的角度誤差會導致測試開始時試樣與測試工具間出現點接觸。 隨著負載的增加，試樣發生扭轉變形並達到了線性支撐。 這些初始變形在應力應變圖中可見，即所謂的曲線腳，意味著初始測量範圍內的梯度增加。 割線模量和弦模量的值可能會受此影響顯著，而根據 ASTM D790 的切線模量對此影響較不敏感。
