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加荷速度和试样尺寸对石墨模塑聚苯板熔结性测试结果的影响

时间:2021-01-09 11:52 点击次数:
    要:

熔结性是衡量聚苯颗粒之间粘结强度的一项重要指标,采用2种密度的石墨聚苯板,以三点弯曲试验测试了断裂弯曲负荷和弯曲变形2个指标。试验结果表明:加荷速度会对试样的断裂弯曲负荷和弯曲变形测试结果造成一定影响,但不同密度石墨板的结果随加荷速度的变化趋势不完全一致;尺寸对试样断裂弯曲负荷和弯曲变形测试结果的影响符合理论依据,采用250 mm×100mm×20 mm尺寸试件较120 mm×25 mm×20 mm尺寸试件测试获得的断裂弯曲负荷和弯曲变形值更大。

作者简介: 曾春燕,女,1989年生,工程师。地址:北京市朝阳区管庄,E-mail:zcy@ctc.ac.cn。;

收稿日期:2019-07-17

Effect of loading speed and sample size on test results of fusion performance of graphite molded plates

ZENG Chunyan AN Junhui SHANG Qingyi YIN Wei

China Building Material Test & Certification Group Co.Ltd.

Abstract:

The fusion performance is an important index to measure the bond strength between polystyrene particles. In this paper, two kinds of density graphite polystyrene plates are chosen as experiment materials,and the three-point bending test is used as the test method to test the fracture bending load and bending deformation. The test results show that the loading speed affects the fracture bending load and bending deformation test results of the sample,to a lesser extent. The results of different density graphite plates are not completely consistent with the varies of loading speed. The influence of the sample size on the test results of fracture bending load and the bending deformation are in line with the theoretical basis. The fracture bending load and the bending deformation obtained by the size of 250 mm×100 mm×20 mm are larger compared with the size of 120 mm×25 mm×20 mm.

 

Received: 2019-07-17

0前言

模塑聚苯板是较早应用在外墙保温领域的产品,具有质轻、保温性能好、稳定性高等特点,近年新推出的石墨聚苯板在保持传统聚苯板性能优势的基础上,通过在配料中加入少量的石墨烯,将导热系数降低30%左右,保温性能大幅提高,被广泛应用,尤其在低能耗、被动房领域得到大量采用。

模塑聚苯板的产品标准主要有GB/T 10801.1—2002《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》、JC/T 2441—2018《建筑绝热用石墨改性模塑聚苯乙烯泡沫塑料板》和系统材料标准GB/T29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》3个标准。普通模塑板和石墨模塑板可采用GB/T 10801.1—2002和GB/T 29906—2013进行检验,而JC/T 2441—2018只针对石墨聚苯板。3个标准均对熔结性提出了要求,包括弯曲变形(形变值)和断裂弯曲负荷(负荷值)2个指标,对于密度在20kg/m3左右的聚苯板,限值分别为弯曲变形20 mm和断裂弯曲负荷25 N。GB/T 10801.1—2002和JC/T 2441—2018中说明2个指标有1项满足要求即可,GB/T 29906—2013只对弯曲变形提出了要求。虽然3个标准对指标的限值要求一样,测试方法均有引用GB/T 8812.1—2007《硬质泡沫塑料弯曲性能的测定第2部分弯曲强度和表面弯曲弹性模量的测定》,但产品测试的方法说明中对试样的尺寸和加荷速度要求不完全统一。GB/T 10801.1—2002和GB/T 29906—2013要求试样尺寸为250 mm×100 mm×20 mm,加荷速度为50 mm/min;JC/T2441—2018要求试样尺寸250 mm×100 mm×20 mm,加荷速度为10 mm/min;GB/T 8812.1—2007要求试样尺寸为120mm×25 mm×20 mm,加荷速度为10 mm/min。GB/T 8812.1—2007作为主要用于测试泡沫塑料材料弯曲性能的方法标准,挤塑板、聚氨酯产品标准均直接引用此方法。本文旨在通过研究试样尺寸和加荷速度对石墨聚苯板熔结性测试结果的影响,为石墨聚苯板采用不同标准测试时的比较,也为石墨聚苯板与其他产品的比较提供数据依据,促进不同产品标准中测试条件的统一。

1 试验

1.1 试验样品

试验用样品为陈化时间超过28 d的密度分别为18 kg/m3和20 kg/m3的石墨模塑聚苯板,规格型号均为1200 mm×600mm×100 mm。分别从不同密度石墨模塑聚苯板的同一块样品上切下25块250 mm×100 mm×20 mm试样和25块120 mm×25 mm×20 mm试样,并分别编号。

1.2 测试方法

熔结性试验按照GB/T 8812.1—2007,采用三思公司的CMT-6104型微机控制电子万能试验机进行。试验原理:负荷压头以一定速度向支撑在2个支座上的试样施加负荷,负荷垂直于试样施加在2支点中央,直至试样断裂,记录试样断裂时的形变值和负荷值。本试验研究了试样尺寸和加荷速度对石墨聚苯板熔结性测试结果的影响,加荷速度分别为10、20、30、40、50 mm/min;试样尺寸分别为250 mm×100 mm×20 mm和120 mm×25 mm×20 mm,即跨距分别为200 mm和100 mm。试验方案见表1。每个编号试样的测试结果为5块试样的平均值。

表1 试验方案     下载原表

表1 试验方案

2 结果与讨论

2.1 加荷速度对石墨模塑板熔结性测试结果的影响

不同密度石墨模塑板在不同加荷速度和试样尺寸条件下的形变和负荷测试结果见表2。

表2 不同密度石墨模塑板在不同加荷速度和试样尺寸条件下的形变和负荷     下载原表

表2 不同密度石墨模塑板在不同加荷速度和试样尺寸条件下的形变和负荷

注:形变比值和负荷比值为相同加荷速度下,大尺寸试件测试结果与小尺寸试件测试结果的比值。

从表2可以看出,在相同试样尺寸条件下,形变值和负荷值随加荷速度有相似的变化规律,依据胡克定律,材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系,虽然聚苯板的弯曲过程后期有一段非弹性变形,但总体来说,同一种材料断裂负荷值大的时候,相应的变形值也大。密度为18 kg/m3的石墨板不管是采用大尺寸还是小尺寸试件,形变值和负荷值均在加荷速度为30 mm/min时达到最大值。密度20 kg/m3的石墨板采用大尺寸试件测试时,形变值在30 mm/min时达到最大,负荷值在40 mm/min时达到最大;当采用小尺寸试件进行测试时,形变值和负荷值均在40 mm/min时达到最大。理论上,在试样尺寸相同时,加荷速度越大,对应的应变速率越大,试样在加载过程中响应应变的时间变短,应变硬化集中,试样的负荷值会越大。但本试验结果显示,负荷值与加载速度并不呈线性相关,分析认为,聚苯板是一种塑性材料,应变速率对试样应变集中的影响不如刚性材料明显,超某个应变速率后,试样负荷值反而降低。

2.2 试样尺寸对石墨模塑板熔结性测试结果的影响

由表2可知,密度18 kg/m3和20 kg/m3的石墨板,相同加荷速度条件下,采用大尺寸试件进行测试时,负荷值是采用小尺寸测试时的1.8~2.0倍。同一密度的试样由同一块板材上裁切,理论上其弯曲强度应一致,即不管是以多大尺寸测试,最终计算的弯曲强度值应相等。依据弯曲强度的计算公式[1],采用小尺寸时R=0.015 F,而采用大尺寸时R=0.0075 F,理论上,当加荷速度一致时,采用大尺寸测试获得负荷值应是采用小尺寸测试获得的负荷值的2倍,这与实际测试结果一致,但样品的尺寸偏差和均匀性等均会对结果造成一定影响,同密度板材的弯曲强度值并不完全相等,所以负荷值的比值不完全正好是2倍。

 

 

式中:R———弯曲强度,Pa;

F———负荷值,N;

L———2个支座间的跨距,m;

b———试样宽度,m;

d———试样厚度,m。

从表2还可以看出,相同加荷速度条件下,采用大尺寸试件进行测试时,形变值是采用小尺寸试件测试时的2.5倍左右。同一密度的试样由同一块板材上裁切,理论上其弹性模量值也应一致。依据弹性模量的计算公式[1],采用小尺寸时E=1.25Ft/Xt,而采用大尺寸时E=2.5Ft/Xt。若假定石墨模塑板的变形为全程线性变形,由以上分析可知,采用大尺寸时Ft是采用小尺寸时的2倍,那么理论上采用大尺寸时的变形量应是采用小尺寸时的4倍。但是石墨模塑聚苯板的弯曲变形过程不是全程线性,在加载后期会有一段非线性变形,断裂负荷值和变形值的取值是试样断裂时的取值,而计算弹性模量时的变形值,取的是线性变形阶段切线所对应的变形和变形对应的力值,所以采用大尺寸测试获得形变值和采用小尺寸测试获得的形变值并不是理论上的4倍,而是2.5倍左右。

 

 

式中:E——弯曲弹性模量,Pa;

Ft———相应于变形Xt时的负荷,N;

Xt———相应变形,m。

试样尺寸对石墨模塑板熔结性测试结果有显著的影响,同理可推测试样尺寸对挤塑板、酚醛板等泡沫板材弯曲变形(变形值)测试结果也会有类似的影响。所以统一不同产品标准对弯曲性能测试的尺寸的要求,更有利于对不同产品标准的同一指标进行对比。

3 结论

(1)在相同试样尺寸条件下,形变值和负荷值随加荷速度有相似的变化规律。密度为18 kg/m3的石墨聚苯板无论是采用大尺寸还是小尺寸,形变值和负荷值均在加荷速度为30mm/min时达到最大值。密度为20 kg/m3的石墨聚苯板采用大尺寸进行测试时,形变值在30 mm/min时达到最大,负荷值在40 mm/min时达到最大;当采用小尺寸进行测试时,形变值和负荷值均在40 mm/min时达到最大。

(2)相同加荷速度条件下,采用大尺寸进行测试时,负荷值是采用小尺寸测试时的1.8~2.0倍,形变值是采用小尺寸测试时的2.5倍左右。

(3)基于试样尺寸和加荷速度对石墨聚苯板熔结性能的影响,类推至其他外墙保温材料,建议在编制产品标准时,统一同种和同类产品相同检测项目的测试方法和条件,便于同种产品以及同类产品之间的相互对比。模塑板和挤塑板均为外墙保温材料,现行产品标准中对两者的弯曲变形值指标要求一致,但方法中对测试尺寸和加载速度的要求却不一致,2种产品无法直接进行性能上的比较。


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