ASTM-C-297夹层结构平面拉伸强度标准试验方法中文版

ASTM 标准：C 297/C 297M04夹层结构平面拉伸强度标准试验方法本试验方法由ASTM的复合材料委员会D30审定，并由单层和层压板试验方法专业委员会D30.09直接负责。当前版本于2004年5月1日批准，2004年5月出版。最初出版于1952年批准，上一版本为：C 29794(1999)，于1999年批准。Standard Test Method for Flatwise Tensile Strengthof Sandwich Constructions本标准以固定标准号C 297/C 297M发布；标准号后面的数字表示最初采用的或最近版本的年号。带括号的数据表明最近批准的年号。上标（e）表明自最近版本或批准以后进行了版本修改。本标准已经被美国国防部批准使用。1 范围1.1 本试验方法适用于测量组合夹层壁板的夹芯、夹芯-面板胶接或者面板的平面拉伸强度。允许的夹芯材料形式包括连续的胶接表面（如轻质木材或泡沫）和不连续的胶接表面（如蜂窝）。1.2 以国际单位（SI）或英制单位（inchpound）给出的数值可以单独作为标准。正文中，英制单位在括号内给出。每一种单位制之间的数值并不严格等值，因此，每一种单位制都必须单独使用。由两种单位制组合的数据可能导致与本标准的不相符。1.3 本标准并未打算提及，如果存在的话，与使用有关的所有安全性问题。在使用本标准之前，本标准的用户有责任建立合适的安全与健康的操作方法，以及确定规章制度的适用性。2 引用标准2.1 ASTM标准有关的ASTM标准请访问ASTM网站，或者与ASTM客户服务联系。ASTM标准年鉴的卷标信息，参看ASTM网站标准文件摘要页。C 274夹层结构术语Terminology of Structural Sandwich ConstructionsD 792 置换法测量塑料的密度和比重（相对密度）的试验方法；Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by DisplacementD 883 与塑料有关的术语；Terminology Relating to PlasticsD 2584 固化增强树脂的灼烧损失试验方法；Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced ResinsD 2734 增强塑料孔隙含量试验方法；Test Method for Void Content of Reinforced PlasticsD 3039/D 3039M聚合物基复合材料拉伸性能试验方法Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite MaterialsD 3171 复合材料的组分含量试验方法；Test Methods for Constituent Content of Composites MaterialsD 3878 复合材料术语；Terminology for Composite MaterialsD 5229/D 5229M 聚合物基复合材料的吸湿性能及平衡状态调节试验方法；Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix Composite MaterialsE 4 试验机力标定操作规程；Practices for Force Verification of Testing MachinesE 6 与力学试验方法有关的术语；Terminology Relating to Methods of Mechanical TestingE 122 选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量的操作规程；Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot or ProcessE 177 ASTM试验方法中各项精度和偏差的使用的操作规程；Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test MethodsE 456 与质量和统计有关的术语；Terminology Relating to Quality and StatisticsE 1309数据库中纤维增强聚合物基复合材料的标识指南Guide for the Identification of Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite Materials in DatabasesE 1434数据库中纤维增强聚合物基复合材料的力学性能试验数据记录指南Guide for Recording Mechanical Test Data of Fiber-Reinforced Composite Materials in DatabasesE 1471计算机材料性能数据库中纤维、填料及蜂窝芯材料的标识指南Guide for the Identification of Fibers, Fillers, and Core Materials in Computerized Material Property Databases3 术语3.1 定义术语D 3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语。术语D 883定义了与塑料有关的术语。术语E 6定义了与力学试验有关的术语。术语E 456和操作规程E 177定义了与统计有关的术语。当各个标准定义的术语之间发生矛盾时，术语D 3878优先于其他标准。3.2 符号：A试样横截面面积。CV给定性能的样本离散系数（以百分数表示）。极限平面拉伸强度。Pmax试样破坏前承受的最大载荷。sn-1给定性能的样本的标准差。xi给定性能在一个样本中单个试样的试验结果。给定性能在一个样本中的平均值或均值（估计平均值）。4 试验方法概述4.1 本试验方法中，夹层结构承受与夹层平面垂直的单轴拉伸载荷，载荷通过厚的加载块传递到夹层结构上，而加载块直接粘贴于夹层结构的面板或夹芯上。4.2 平面拉伸强度唯一可接受的破坏模式是夹层结构内部的破坏，而加载块-夹层结构之间的脱胶破坏是不可接受的破坏模式。5 意义与用途5.1 对于夹层壁板，夹芯-面板胶接的整体性必须维持面板的稳定性，并能使得面板和夹芯之间传递载荷。本试验方法能提供关于夹芯-面板胶接面强度和质量的信息，并且可以得到夹芯材料的平面拉伸强度数据。当主要用于胶接夹层壁板的质量控制试验时，本试验方法也可以得到用于结构设计性能、材料规范以及研究和研制的平面拉伸强度数据。5.2 影响平面拉伸强度并应该在报告中给出的因素包括：面板材料、夹芯材料、胶粘剂材料、材料制备方法、面板铺层顺序和总厚度、夹芯集合尺寸（单元尺寸）、夹芯密度、胶粘剂厚度、试件几何尺寸、试件制备、试件状态调节、试验环境、试件对中度、加载方法、试验速度、面板的孔隙含量、胶粘剂的孔隙含量以及面板的增强体体积百分比。从本试验方法可获得的性能参数为平面拉伸强度。6 影响因素6.1 材料和试件制备粗糙的材料制备方法、缺乏控制的纤维定位以及不适当的试样加工引起的损伤，是引起复合材料中材料数据高度分散的已知因素。影响夹层复合材料的特定材料因素包括夹芯密度的变化以及面板基体材料和夹芯胶粘剂的树脂固化程度。夹层壁板试件制备时，导致数据分散性的重要因素包括夹芯与面板之间的胶接不完全或不均匀、夹芯与面板单元不对中、接头的存在、空隙或其他的夹芯-面板不连续、面外弯曲、面板厚度的变化以及表面粗糙度。6.2 系统对中度过度弯曲引起试样提前破坏。应尽量消除由试验系统引起的过度弯曲。夹头对中度不好、不合适的试件加工或者粘贴的加载块和加载夹具不对中，均可能导致弯曲。如果怀疑试验机的对中度，应采用试验方法D 3039/D 3039M中论述的方法检查其对中度。6.3 几何尺寸影响夹层结构平面拉伸强度的特定几何参数包括：夹芯单元的几何形状、夹芯厚度、试件形状（正方形或圆形）、胶粘剂厚度、面板厚度及面板的单层厚度。6.4 环境试验时的环境条件将对试验结果产生影响，在不同环境下进行试验的试件，其强度和破坏模式可能有明显的差别。对于每一种面板、胶粘剂和夹芯材料，应单独评定最严酷的环境条件。图1 平面拉伸试验装置6.5 状态调节经过湿度调节的试件如果不能合适地粘贴到加载块上，则必须在状态调节前进行粘贴。与不粘贴加载块的试验相比，加载块粘贴后将对试件内部的吸湿量产生影响。7 设备7.1 千分尺采用公称直径为45mm0.160.20in的千分尺，其球形面放在不规则表面一侧，例如层压板真空袋一侧表面，平的基准面放在机械加工平面或很光滑的模具一侧表面。仪器的精度应是其最小读数在试件长度、宽度和厚度尺寸的1%以内。对于典型试件的几何尺寸，精度为25m0.001in的仪器能满足对试件厚度、长度和宽度的测量。7.2 加载夹具加载夹具应自动对中，并且不施加偏心载荷，图1给出了满足要求的试验夹具。加载块应足够坚硬，以在加载时使得粘贴的夹芯或面板保持平坦，已经发现40-50mm厚的加载块能满足要求。加载块的允许公差（以及对中要求）如图2所示。7.3 试验机试验机应与操作规程E 4相一致，并满足以下要求：7.3.1 试验机形式试验机应有一个完全固定的端头和一个可移动端头。7.3.2 传动机构试验机的传动机构应当能够使可移动加载头相对于固定加载头具有一个可控制的速度。可移动加载头的速度能够按照11.6节的规定可调。7.3.3 载荷指示器试验机的载荷传感器应能指示试件承受的总载荷。该装置应在规定的试验速率下无惯性滞后，且在整个载荷范围内给出的载荷精度应在显示值的1%以内。7.4 调节箱在非试验室环境下调节材料时，要求使用温度/蒸汽水平可控的环境调节箱，并能将温度保持在所要求温度的3C5F以内，相对湿度保持在所要求相对湿度的3%以内。调节箱的环境条件在正常范围内应能连续自动或手动控制。7.5 环境试验箱对于不同于大气环境的试验室条件的试验环境，要求采用环境试验箱。环境箱能使试件的工作段在力学试验期间保持在要求的试验环境下。图2 允许的胶接组合件公差8 取样和试件8.1 取样对每种试验情况至少应进行5个试件的试验，除非利用较少的试件可以得到有效的结果，如设计试验的情况。为了得到具有统计意义的数据，应参考操作规程E 122中所述的方法，并给出取样方法。8.2 几何形状试件应具有正方形或圆形截面、并且夹层壁板具有相同的厚度。对于不同类型的夹芯材料，试件面板的最小面积如下：8.2.1 连续粘接表面（例如轻质木材、泡沫）试件面板的最小面积为625mm21.0in2。8.2.2 非连续网格的粘接表面（例如蜂窝）要求的面板面积依赖于网格尺寸，以确保满足网格数量的最低要求。对于常用的网格尺寸，表1给出了最小面板面积的推荐值。试件至少应包含大约60个网格。表中列出的最大的面板面积（5625mm29.0in2）是本试验方法实际的最大极限。对于网格尺寸大于9mm0.375in的夹芯材料，试件可以包含较少的网格数量。表1 推荐的最小试件面板面积最小网格尺寸，mmin最大网格尺寸，mmin最小面板面积，mm2in23.00.1256251.03.00.1256.00.25025004.06.00.2509.00.37556259.08.3 试件制备对于本试验方法，试件的制备非常重要。从大壁板上切割试件时，应特别小心，以避免由于不适当的加工方法而引起切口、划痕、粗糙或不平的表面、或者分层，并通过水润滑的精确切割、碾磨或磨削，得到试件最终尺寸。对于多数材料体系，使用金刚砂工具是非常有效的。试件边缘的平直度和平行度应在规定的公差范围内。记录并报告试件的切割加工方法。8.4 标记为了便于区分试件，且能追溯到原材料，应对试件作标记，试件的标记应既不受试验的影响，又不影响试验。8.5 加载夹具的粘贴应使用合适的胶粘剂，将加载块与试件的夹芯或面板进行粘接。为了降低热暴露对夹芯-面板胶接的影响，推荐在室温下、或者比夹层结构的胶接温度至少低28C50F的条件下进行组合件的粘接。同样的，组合件的粘接压力不应大于最初的面板-夹芯胶接压力。粘接后组合件的允许公差（以及对中度要求）如图2所示。 9 标定9.1 所有测量仪器的精度应已标定过，并在有效使用期内。10 状态调节10.1 标准状态调节方法作为试验的一部分，除非规定了不同的环境条件，否则应按试验方法D 5229/D 5229M中的方法C对试件进行状态调节，并在标准试验室大气环境（233C735F和5010%相对湿度）中储存和试验。11 试验步骤11.1 试验前规定的参数：11.1.1 试件取样方法、试样几何形状和状态调节的随炉件（如果需要）。11.1.2 期望的性能和数据报告形式。注1试验前确定特定的材料参数、精度和数据的报告要求，以便适当的选择测试仪器和数据记录设备。估计试件的强度，以便于选择传感器、标定仪器和确定仪器设置。11.1.3 环境调节试验参数11.1.4 如果进行了试验，用于确定面板密度和增强体体积的取样方法、试件几何形状和试验参数。11.2 一般说明11.2.1 报告试验方法的任何偏差，无论是有意还是无意的。11.2.2 如果报告了比重、密度、面板的增强体体积或空隙体积，那么必须从进行试验的同一块板上取样。比重和密度由试验方法D 792得到。由试验方法D 3171的基体溶解方法，或者，对于特定的增强材料，例如玻璃和陶瓷，用试验方法D 2584中的基体蒸发方法，来计算组分材料的体积百分比。试验方法D 2734中的空隙含量计算公式可用于试验方法D 2584和基体溶解方法。11.2.3 在最终的试件加工后，但在状态调节之前，测量试件的长度和宽度或直径，测量精度在尺寸的0.5%以内。测量试件的厚度，测量精度应在25mm0.001in之内。以mmin为单位记录试件的几何尺寸，结果保留三位有效数字。11.3 按照8.5的要求，将试件与加载块进行粘贴。11.4 按要求对粘接后的试件进行调节。如果试验环境与状态调节环境不同，则应在状态调节环境中存贮试件，直到试验开始。11.5 在最终的试件调节后，但在试验前，按11.2.3的要求重新测量试件的长度和宽度或直径。 11.6 试验速度设置试验速度，使得试件在3-6分钟内破坏。如果不能合理地估算材料的极限强度，则最初的试验应以标准速度进行，直到获得材料的极限强度和系统的柔度，从而可以调节试验速度。建议的标准夹头位移速度为0.50mm/min0.020in/min。11.7 试验环境如果可能，在与状态调节的液体暴露水平相同的情况下进行试验。然而，有许多实例，如对一个潮湿的试件进行升温试验，将其放置在普通试验机环境箱中是不切实际的。这种情况下，就可能需要对力学试验环境进行改进，例如，在无液体暴露控制下进行升温试验，但从调节箱内取出到试件破坏要有一个规定的时间限制。应记录对试验环境的任何改进。11.8 试件安装将试件/胶接加载块组合件放入试验机的试验夹具中。11.9 加载以特定的加载速率对试件施加拉伸载荷，同时记录数据，直到试件破坏。11.10 数据记录连续或定期记录载荷-夹头位移数据。记录最大载荷、破坏载荷以及破坏瞬间或尽可能接近破坏瞬间的夹头位移。11.11 破坏模式在加载块胶接处发生的胶粘剂破坏是不可接受的破坏模式，其数据应注明是无效的。下列的破坏模式是可以接受的。11.11.1 夹芯破坏夹层结构的夹芯的拉伸破坏。破坏时，部分夹芯可能保留在用于夹芯与加载块或面板胶接的胶粘剂上。11.11.2 夹芯-面板的胶粘剂破坏用于夹芯与加载块或面板胶接的胶层破坏，破坏时，胶层通常同时保留在面板和夹芯表面。11.11.3 夹芯-面板的胶层破坏用于夹芯与加载块或面板胶接的胶层破坏，破坏时，胶层通常保留在面板或夹芯表面，但不是两者都有。11.11.4 面板拉伸破坏面板的拉伸破坏，通常是由于纤维增强复合材料面板内复合材料单层之间的分层引起的。12 有效性12.1 对于在某些明显缺陷部位发生破坏的试件，除非该缺陷是一个待研究的变量，否则，不应计算其极限性能值。对于不能计算其极限性能值的试件，要重新进行试验。 12.2 如果样本母体中相当比例的试件在加载块的胶接处发生破坏，则应重新检查材料的载荷引入方法。考虑的因素包括夹具对中度、胶粘剂材料、试件表面特征以及试件机械加工端头的不平坦。13 计算13.1 极限强度用式(1)计算极限平面拉伸强度，结果保留三位有效数字。(1)式中：=极限平面拉伸强度，MPapsiPmax=破坏前的极限载荷，N1bfA=横截面积，mm2in213.2 统计对于每批试验，应计算极限平面拉伸强度的平均值、标准差和离散系数（百分数）：(2)(3)(4)式中：=样本的平均值；=样本的标准差；CV=样本的离散系数，以百分数表示；n=试件数量；=测量或导出的性能值。14 报告14.1 报告应最大程度地给出下列信息或含有这些信息的参考文献（对超出一个给定试验室范围的事项，如关于材料细节或壁板加工参数，委托方有责任给出有关报告。）：注2对于复合材料和复合材料力学试验，指南E 1309、E 1434和E1471包含了数据报告的建议。14.1.1 本试验方法的修订版本级别或发布日期。14.1.2 试验人员姓名。14.1.3 任何与本试验方法不同之处，试验时出现的异常情况以及试验时出现的设备问题。14.1.4 夹层壁板试件的所有组分材料的证明文件，对每一种材料均包括：材料规格、材料类型、制造商的材料牌号、制造商的批号或炉号、来源(如果不是由制造商提供)、检