化工检测

ASTM D790是塑料及复合材料弯曲性能测试的全球通用标准，主要评估材料在三点或四点弯曲载荷下的弯曲模量、弯曲强度及断裂应变等指标。跨度设置作为测试的关键参数，直接决定了试样所受弯曲应力与剪切应力的比例，是确保测试结果符合“弯曲破坏”而非“剪切破坏”的核心前提。本文结合标准要求与实操经验，详细解析ASTM D790下跨度设置的规则、影响因素及注意事项。

ASTM D790中跨度设置的核心原则——L/d比值要求

ASTM D790-21标准明确规定，跨度L（支座间距离）与试样厚度d（矩形截面）或直径D（圆形截面）的比值（L/d或L/D）是跨度设置的核心依据。标准推荐的比值为16:1，但允许根据材料刚性调整——刚性较低的材料（如软聚乙烯、弹性体）可采用32:1的比值，刚性极高的材料（如陶瓷填充塑料）则可维持16:1甚至更小比值（需备注）。

这一原则的本质是平衡弯曲应力与剪切应力。根据材料力学，三点弯曲中剪切应力与弯曲应力的比值为1/(2(L/d))：若L/d=16:1，剪切应力仅为弯曲应力的3.1%，试样会因弯曲应力断裂；若L/d=32:1，比值降至1.6%，更适合软材料。若比值过小（如<10:1），剪切应力会超过弯曲应力，导致试样“剪断”而非“弯断”。

需注意，标准中“厚度d”指测试区域的平均厚度——矩形截面取垂直弯曲方向的尺寸，圆形截面取直径，发泡塑料取致密层厚度。若试样厚度不均（如三点测量差超5%），则需重新制备，避免d值偏差影响跨度计算。

试样厚度测量的准确性对跨度计算的影响

跨度L由d计算得出（L=k×d，k为16或32），因此d的测量精度直接决定跨度准确性。ASTM D790要求用≥0.01mm精度的量具测量试样两端及中点的厚度，取平均值作为d值；若三点差超0.05mm或厚度的5%，试样不合格。

实操中常见错误包括：仅测一端厚度、用0.1mm精度卡尺、忽略注塑件浇口痕迹。例如，试样实际平均d=2.0mm，若测量值为1.8mm，按16:1计算的跨度会从32mm变为28.8mm，L/d降至16:1以下，增加剪切破坏风险。

对发泡塑料，需测量“致密层厚度”而非整体厚度。如某发泡PE整体厚度5mm，但致密层仅1mm，此时d取1mm，跨度设为16mm（16:1），而非80mm（16:5），否则会因L过大导致试样过度变形。

不同材料刚性对应的跨度比值选择

跨度比值的调整本质是适配材料刚性：刚性越高，抗剪切能力越强，可采用更小比值；刚性越低，需增大比值避免剪切破坏。

硬塑料（如PC、ABS，弯曲模量>1000MPa）优先选16:1。例如，3mm厚PC试样，跨度设为48mm（16×3），测试时试样因弯曲应力集中在中点断裂，断裂面呈斜向。

软塑料（如LDPE、PP，弯曲模量100-1000MPa）或弹性体选32:1。例如，2mm厚LDPE试样，跨度设为64mm（32×2），此时剪切应力仅为弯曲应力的1.6%，试样会逐渐变形直至弯曲断裂。

弹性体（如TPE，弯曲模量<100MPa）可采用更大比值（如40:1），但需在报告中备注。若硬塑料误用32:1，会因L过大导致试样蠕变，弯曲模量测试值偏低；软塑料误用16:1，则会剪断试样，结果无效。

试样截面类型（矩形/圆形）的跨度调整

矩形截面是ASTM D790最常用的试样类型（推荐尺寸：d=1-13mm，b=12.7或25.4mm，长度>跨度+2d）。圆形截面（如塑料棒）的跨度原则与矩形一致，即L/D=16:1或32:1（D为直径）。

例如，5mm直径PC棒用16:1，跨度80mm；

3mm直径LDPE棒用32:1，跨度96mm。需注意，圆形截面的最大剪切应力出现在中性轴，比矩形截面更易发生剪切破坏，因此L/D比值需更严格。

不规则截面（如异形型材）需等效为矩形或圆形截面。例如，某PVC型材截面面积25mm²、宽度10mm，等效厚度d_e=25/10=2.5mm，硬PVC按16:1设跨度40mm，等效计算需在报告中说明，确保可追溯。

跨度设置与剪切-弯曲应力平衡的关系

三点弯曲中，试样同时受弯曲应力（中点上下表面）与剪切应力（中点中性轴或支座处）。ASTM D790的L/d比值要求，是将剪切应力控制在弯曲应力的10%以内，确保“弯曲破坏”为主要模式。

以矩形截面为例，最大弯曲应力σ_b=3FL/(2bd²)，最大剪切应力τ_max=3F/(4bd)，两者比值τ_max/σ_b=1/(2(L/d))。若L/d=16:1，比值为3.1%；L/d=32:1，比值为1.6%；若L/d=10:1，比值升至5%，剪切应力增加，试样可能同时承受弯曲与剪切破坏。

判断破坏模式的方法：弯曲破坏的断裂面为斜向（45°-60°），有弯曲变形痕迹；剪切破坏的断裂面垂直于长度方向，无变形。若出现剪切破坏，需增大L/d比值（如从16:1改32:1）重新测试。

实操中跨度校准的具体步骤

ASTM D790要求试验机跨度每6个月校准一次，步骤如下：1、调整支座间距至预设L；

2、用≥0.05mm精度量具测实际跨度；

3、若偏差超±0.5%或±0.2mm，调整支座至符合要求；

4、记录校准信息存入档案。

日常测试前需“即时校准”：将试样放支座上，测两端接触点距离，确保与预设L一致。例如，预设L=48mm，需用卡尺确认实际跨度为48±0.2mm，避免支座倾斜或滑动导致偏差。

支座安装需平行（误差<0.1°）、水平（误差<0.5mm/m），否则试样受力不均，实际跨度会偏离预设值。例如，左支座倾斜1°，48mm跨度会缩小约0.8mm，L/d比值降低。

常见跨度设置错误的识别与修正

实操中常见错误包括：1、混淆d与b（将宽度当厚度，如d=2mm误算为12mm，跨度设为192mm，L/d=1.33:1）；

2、软材料用16:1（如LDPE试样剪断）；

3、调整支座后未校准（实际跨度偏差超0.5%）；

4、试样未居中（偏向一侧，实际跨度缩小）。

修正方法：1、明确d为垂直弯曲方向的尺寸，b为平行方向；

2、预弯试验判断刚性（变形大则用32:1）；

3、调整支座后必测实际跨度；

4、用对中器确认试样中点与压头对齐。

例如，某测试人员将2mm厚PE试样跨度设为32mm（16:1），试样沿支座剪断（断裂面垂直）。修正为32:1（跨度64mm）后，试样斜向断裂，弯曲强度结果有效。