测量弯曲负载热变形温度

1.目的要求

（1）测试复合材料热变形性能。

（2）掌握ZWK-3型热变形仪的测试原理及操作方法。

2.实验原理

当试样浸在一种等速升温的液体传热介质中，在简支梁式的静弯曲负荷作用下，试样弯曲变形达到规定值时的温度为热变形温度。

试样放在跨度为I的两支座上，在跨度中间施加质量P，则试样的弯曲应力为式中，σ为试样弯曲正应力（kg／cm2）；P为在跨度中间施加在试样上的质量（kg）；l为两支点间跨距（cm）；b为试样宽度（cm）；h为试样高度（cm）。

由上式可知，只要根据试样的宽度和高度，就可计算出需加在简支梁中点的负载P：

但P是总负载，它还包括负载杆和压头的质量以及变形测量装置的附加力，故实际加载的质量应按下式计算：

式中，W 为实际加载质量（kg）；P为计算加载质量（kg）；R为负载杆及压头的质量（kg）；F为变形测量装置的附加质量（kg）。

接着应当确定试样在一定负载下，产生的最大变形值，即终点挠度值。试样的最大变形量完全取决于试样的高度，当试样高度变化时，其最大变形量也发生变化，试样高度与相应的最大变形量关系如表5-15所示。

表5-15　试样高度变化时相应的变形量

3.实验设备和材料

（1）ZWK-3型热变形仪。加热箱体包括电热装置、自动等速升温系统、液体介质存放浴槽和搅拌器等。浴槽内盛放温度范围合适和对试样无影响的液体传热介质，一般选用室温时黏度较低的硅油、变压器油、液体石蜡或乙二醇等。加热箱体的结构应保证实验期间传热介质以（12±1）℃／6 min的速度等速升温。

实验架是用来施加负载并测量试样形变的一种装置，它的结构如图5-14所示。实验架除包括图5-14所示的构件外，还包括搅拌器和冷却装置。负载由一组大小合适的砝码组成，加载后能使试样产生的最大弯曲正应力为18.5 kg／cm2或4.6 kg／cm2。负载杆压头的质量及变形测量装置的附加力视为负载中的一部分，应计入总负载中。

变形测量装置的精度为0.01 mm。

（2）增强纤维热塑性聚合物。试样应是截面为矩形的长条，其尺寸为：长度L=120 mm，高度h=10 mm，宽度b=6 mm。试样表面应平整光滑，无气泡，无锯切痕迹、凹痕或飞边等缺陷，每组试样至少两个。

图5-14　实验架

1—砝码；2—百分表；3—温度计；4—支架；5—负载杆及压头；6—试样。

4.实验步骤(www.xing528.com)

（1）将试样对称地放在试样支座上，高度为10 mm的一面垂直放置，放下负载杆，将试样压住。

（2）保温浴槽内传热介质的起始温度与室温相同，如果经证明试样在较高的起始温度下也不影响实验结果，则可提高起始温度。

（3）测量试样中点附近的高度h和宽度b，精确至0.05 mm，并按式（5-29）和式（5-30）计算实际应加的砝码质量。

（4）把装好试样的支架下降到浴槽内，试样应位于液面35 mm以下，加入步骤（3）中计算所得的砝码，使试样产生所要求的最大弯曲正应力（18.5 kg／cm2或4.6 kg／cm2）。

（5）5 min后再调节变形测量装置，使之示数为零。

（6）将仪器的升温速度调节为120℃／h。

（7）开启仪器进行实验，当试样中点弯曲变形量达到设定值后，仪器自动停止运行。

（8）实验结束后先将冷却水打开，使导热介质迅速冷却以备再次实验。最后切断外电源。

5.实验结果处理

按软件要求进行数据处理，并制作实验报告。

6.思考题

（1）测定复合材料弯曲负载热变形温度有何意义？

（2）试说明如何确定试样的终点挠度值。