The Definitive Guide to ASTM D790 Flexure Testing of Plastics

How to Perform a Flexural Test on Plastics According to ASTM D790

Written by Kayla Thackeray 

ASTM D790 is a testing method to determine the flexural (bending) properties of reinforced and unreinforced plastics, high-modulus composites, and electrical insulation materials. This guide is designed to introduce you to the basic elements of an ASTM D790 flexure test, and will provide an overview of the testing equipment, software, and specimens needed. However, anyone planning to conduct ASTM D790 testing should not consider this guide an adequate substitute for reading the full standard.

Is ASTM D790 the Right Standard for You?

ASTM D790 is one of several tests designed to measure the flexural properties of plastics. It is not designed to measure tensile properties, and anyone needing to quantify the tensile properties of plastic materials should refer to ASTM D638. Please note that this standard is not intended to determine flexural strength for materials that don’t break or yield within 5% strain. Such materials may be more suitable for 4-point bend testing in accordance with ASTM D6272.

Differences between ASTM D790 and ISO 178

ASTM D790 is very similar to ISO 178, though it differs in several key points:

  • ISO 178 requires the use of either a deflectometer or compliance correction in order to determine modulus. In ASTM D790 this is only a recommendation, and modulus can be calculated by crosshead displacement alone.
  • Preferred specimen sizes are different, and because test speed is dependent on specimen depth, test speeds between the standards may vary. The preferred depth of ASTM D790 specimens is 3.2 mm. The preferred depth for ISO 178 specimens is 4 mm.  
  • ASTM D790 allows only one test speed, whereas ISO 178 allows a second (faster) test speed to be used after modulus is measured.

ASTM D790

What Does it Measure?

ASTM D790 measures the flexural properties of a material while under a bending strain or deflection. This test is conducted on a universal testing system using a three-point bend fixture at a rate proportional to the depth of the specimen. ASTM D790 testing is used to determine the following mechanical properties:

Tangent modulus - Also known as flexural modulus, this is the slope of the initial linear portion of the load deflection curve and is a measurement of the material's stiffness

Secant modulus - The slope between the origin and a predefined point on the load deflection curve

• Chord modulus - The slope between two predefined points on the load deflection curve

Flexural strength - The maximum flexural stress obtained during a bend test

• Flexural Stress at Break - The flexural stress at which a specimen breaks during a bend test. For some materials, the specimen breaks before a yield point, in which cases the flexural strength equals the flexural stress at break.

Test Method

ASTM D790 describes two different test procedures intended for different types of material. Procedure A, which is the preferred method, employs a strain rate of 0.01 mm/mm/min. Procedure B employs a strain rate of 0.10 mm/mm/min and is intended for materials that may not break at 5% strain if tested at the lower rate. ASTM D790 allows strain measurement to be taken from either crosshead displacement or the readings of an extensometer, described as Type 1 and Type 2 testing respectively.

The required test speed for ASTM D790 is expressed as a function of specimen support span, specimen depth, and strain rate. Bluehill® Universal's Expression Builder allows users to input test speed as a function instead of as a static number. After the test operator enters the specimen measurements, the software will automatically modify the test speed according to the equation.

Test System

ASTM D790 testing can be done on either a tabletop or floor model universal testing machine with a variety of accessories that can be configured to optimize your testing. Because every laboratory has different needs, several different system configurations are available.

A sample basic configuration can be seen below. This test set up includes a 3400 Series test system with a 3-point bend fixture and no extensometer, meaning that strain in this case must be measured by crosshead displacement (Type 1 testing). Whenever strain is measured via crosshead displacement, compliance correction is recommended, though not required. 3400 series test frames can also be used in conjunction with extensometry for Type 2 testing.

ASTM D790に準じた試験の設定

ASTM D790に準じた試験の設定

1. Instron 3400

2. Bluehill Universalダッシュボード(2490-696)

3. 2530シリーズロードセル

4. 3点曲げ治具(2810-400)

5. たわみ計プランジャー(2810-403)

 

高度なオプション

6800シリーズ試験システムは、再現性の向上と高い試験処理能力を求めるユーザーにとって、より高度で効率性の高い選択肢となります。このシステムはタイプ1の試験にも使用できますが、より正確なひずみを報告するために、伸び計とたわみ計に依存するタイプ2の試験に最もよく使用されています。

ASTM D790に準じた試験の設定

ASTM D790に準じた試験の設定

1. Instron 6800

2. Bluehill Universalダッシュボード(2490-696)

3. 2580シリーズロードセル

4. 3点曲げ治具(2810-400)

5. たわみ計プランジャー(2810-403)

 

ひずみ測定装置

タイプ2の試験では、ひずみ測定装置(伸び計)を使用する必要があります。1つ目の最も高度なオプションは、インストロンのAVE2という非接触式ビデオ伸び計です。AVE2は、試験片に物理的に接触したり、試験空間に入ったりすることなく、ひずみを報告します。下の写真に示す2つ目のオプションは、自動接触式伸び計AUTOX750で、オペレーターの接触を最小限にすることで試験処理能力を向上させます。最後に、2630シリーズのクリップ式伸び計は、高い試験処理能力を必要としない試験室に人気のあるオプションです。ASTM D790の試験では、3つの伸び計すべてと2810-403たわみ計を併用する必要があります。

伸び計

試験処理能力

試験処理能力の向上を必要とする試験室では、システム設定に変更を加えることができます。D790の試験は時間がかかるため、高い試験処理能力を必要とする試験室では、マルチステーション5900シリーズが選ばれています。また、試験片の測定、試験片の装填、試験、ひずみ測定、試験片の取り外しなどを組み込んだ全自動試験システムもあります。これらのシステムは、オペレーターによる介入なく何時間にもわたって動作でき、人為的エラーによるばらつきも抑えます。

試験片

ASTM D790の試験片は長方形で、成形、押出し、または板やシートから切断されたものです。ASTM D790の試験片の寸法は材料の厚みに依存し、規格では試験片の深さとして定義されています。厚みが3.2 mmを超えるシート材は、厚みに比例した幅とスパンを持ちます。厚みが3.2~1.6 mmのシート材は、幅が12.7 mm、スパンは試験片の厚みの16倍として定義されます。厚さ1.6 mm未満のシート材は50.8 mm×12.7 mmで、支持スパンは25.4 mmです。

電気絶縁材料の試験片の寸法は、その公称厚みに基づいて、異なる測定基準が設定されています。成形品は一般的に、深さ3.2 mm、幅12.7 mm、長さ127 mmです。試験片の深さの16倍に等しい支持スパンを使用します。高強度の強化複合材料は、試験片の外側の繊維で破壊が起こることを促すために、規格に記載された寸法を持つ必要があります。複合材料やその他の異方性材料の試験を行う際には、曲げの際に発生する力によってのみ破壊が起こるように注意する必要があります。また、最も強い繊維方向が試験される方向となるように、試験片を切断する必要があります。

ASTM D790の試験片

試験片の測定

試験片は、ASTM D5947に準じたマイクロメーターで測定する必要があります。試験片の幅と厚みを3回測定し、その平均値を報告します。Bluehill Universalの自動試験片測定装置(ASMD)機能により、オペレーターは最大2つのマイクロメーターや測定装置をコンピューターに接続し、測定値の平均値を直接ソフトウェアに入力することができます。これによって入力ミスが減り、効率性が向上します。

曲げ具

ASTM D790では、3点曲げ治具を使用します。この治具は、移動クロスヘッドに取り付けられたローディングノーズと、試験片の支持スパンの距離に合わせて調整可能な2つの試験片支持アンビルを持つ固定部材で構成されています。アンビルとローディングノーズの表面は、特に指定のない限り半径5 mmの円筒状とし、円筒状部材の長さは試験片の幅より長くする必要があります。

インストロンの曲げ治具は、試験精度を向上させるために、いくつかの重要な機能を備えています。アンビルの正確な位置決めと、ひずみ測定装置を使用するときのたわみ計の中心合わせを容易にするため、支持ビームの目盛付きの長さ単位を使用します。インストロンの曲げ治具には、試験片の幅に合わせて調整できるアライメントアームも付属しています。試験片のアライメントは結果に大きなばらつきをもたらすことがあり、試験ごとに試験片を一貫してアライメントするために適切な注意が必要であるからです。

2810-400
5 kNモデル | 2810-400

最近の規格変更について

ASTM D790の最新版は、2017年に発表されました。前バージョンである2015E2とは、いくつかの点で異なっています。

  • E2309により、タイプ1試験(クロスヘッド変位)の検証要件が、クラスDシステムからクラスBシステムへ変更されました。
  • タイプ2装置(たわみ計、伸び計)の規格を、クラスBからクラスB-2に変更しました。
  • 注10と付属書XIを追加し、コンプライアンス補正の説明と、その適用方法を記載しました。

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