(高清版)GBT 41501-2022 纤维增强塑料复合材料 双梁法测定层间剪切强度和模量

GB/T41501—2022/ISO19927:2018纤维增强塑料复合材料双梁法测定层间剪切强度和模量(ISO19927:2018,IDT)国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T41501—2022/ISO19927:2018 12规范性引用文件 13术语和定义 1 3 46试样 6 7 7 710计算及结果表示 8 附录A(资料性)有关计算层间剪切模量G₁₃的附加细节 附录B(资料性)实验室间的研究 20ⅢGB/T41501—2022/ISO19927:2018本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国建筑材料联合会提出。本文件由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC39)归口。姆斯检测技术有限公司。谈源。1GB/T41501—2022/ISO19927:2018纤维增强塑料复合材料双梁法测定层间剪切强度和模量ISO291塑料试样状态调节和试验的标准环境(Plastics—Standardatmospheresforconditioningandtesting)ISO472塑料术语(Plastics—Vocabulary)ISO1268(所有部分)纤维增强塑料试验板制备方法(Fibre-reinforcedplastics—Methodsofproducingtestplates)ISO2602试验结果的统计处理和解释平均值的估计置信区间(Statisticalinterpretationoftestresults—Estimationofthemean—Confidenceinterval)ISO5893橡胶和塑料试验设备拉伸、弯曲和压缩型(恒速驱动)规范[Rubberandplasticstestequipment—Tensile,flexuralandcompressiontypes(constantrateoftraverse)—Specification]ISO16012塑料试样线性尺寸的测定(Plastics—Determinationoflineardimensionsoftestspecimens)3术语和定义2GB/T41501—2022/ISO19927:20183.1临界载荷criticalload注：见模式1～模式3。3.23.3由载荷-挠度曲线斜率计算出的剪切模量。3.4L3.53.5.1E3.5.2E₂23.5.33.5.43GB/T41501—2022/ISO19927:2018注2:3.5.1~3.5.4中所定义的工程弹性常数由制造商给出或测试得到，工程弹性常数用于计算层间剪切模量(见2——与层合板纵轴垂直的方向；和v₁2。4GB/T41501—2022/ISO19927:2018d——挠度测量点。图2DBS试样应力分布5仪器设备5.1试验机试验机符合ISO5893和5.1.2及5.1.3的规定。载荷的示值误差小于被测载荷的士1%(见ISO7500-1定义的1级)。5.2尺寸测量仪器精度为0.01mm或更优的尺寸测量仪器，用于测量试样的厚度h和宽度b。尺寸测量仪器应有与5.3加载装置跨距可调的5点弯曲夹具，如图3所示。加载压头及支座在跨距内均匀定位(公差为±0.2mm),如图4所示。加载压头及支座的圆角直径为6-8.1mm。典型加载装置如图5所示。5GB/T41501—2022/ISO19927:2018标引序号说明：2——支座；图3双梁剪切夹具标引序号说明：3——跨距；8——试样宽度；图4用于测定层间剪切强度和模量的试样及加载和支撑试样的位置6GB/T41501—2022/ISO19927:2018选用合适的位移传感器(如：DVRT型LVDT或单臂位移计)测量试样跨距内区中点处(即距外侧移的±1%(见ISO9513定义的1级)。位移测量装置应定期进行校准，并能溯源。6.1.1推荐试样尺寸A型试样的宽度b应为10mm±0.2mm,厚度h应为2mm±0.1mm,长度l应为30mm。A型B型试样的宽度b应为8mm±0.2mm,厚度h应为4mm±0.1mm,长度l应为60mm。6.1.2可选试样尺寸可选试样的宽度和厚度之比应为5,长度和厚度之比应为15,与A型试样保持一致。6.2试样制备6.2.1通则试验板的制备应按ISO1268(所有部分)或其他规范/协议，试验板能加工出一批试样(至少5个)7GB/T41501—2022/ISO19927:2018标注。试样在机械加工过程中，不应出现影响材料性能的损伤，机械加工见ISO附录A。6.3试样检查满足形状和尺寸要求。试样长度方向任意一点的厚度偏差不应超过平均厚度的士5%。7试样数量应至少测试5个试样，并能获得可接受的层间剪切失效(检查可接受失效模式见9.5)。如需精密度更高的平均值，试样数量可多于5个，可由平均值的置信区间评估精密度(95%置信水9.1试验环境9.2试样尺寸试验跨距设置为试样厚度的10倍(例如：A型试样跨距为20mm,B型试样跨距为40mm),视待测试样的类型而定。9.3试验速度机试验速度的误差要求)见ISO5893。9.4数据采集89.5可接受失效模式检查并记录失效模式，如图7所示。试样应在中面或附近平面发生层间破坏，模式1～模式3是可接受的。模式4～模式7是不可接受的，应剔除不可接受的试样。应取备用试样重新进行试验，剔除试样的数量应被记录。9.6临界载荷记录临界载荷作为失效载荷，如图6和图7所示。9.7载荷-挠度曲线斜率在载荷-挠度曲线上，计算初始线性响应段切线的斜率，如图6所示。7000-7000-6500-E-玻璃纤维织物/环氧树脂层合板(试样编号43)6.0001/2跨距和厚度之比为55500-5000发生分层时对应的4500-临界载荷4000-y3500-3000-2500-20001000-0XY——载荷，单位为牛(N);1——斜率。图6显示初始线性响应段切线斜率的典型载荷-挠度曲线10计算及结果表示10.1层间剪切强度按公式(1)计算层间剪切强度r13max:T13max=33Fei/64bh……(1)式中：b——试样宽度，单位为毫米(mm);计算层间剪切强度的算术平均值；如需要，按ISO2602计算标准差和平均值的95%置信区间。层间剪切强度保留3位有效数字。9GB/T41501—2022/ISO19927:201810.2层间剪切模量按公式(2)计算层间剪切模量G13。表1A材料B型试样的C₁、C₂和Dii¹的含义、单位和名义值符号含义单位名义值Di¹梁试样弯曲刚度矩阵的逆矩阵对角线上的第一个元素0.002782常数mm/kN常数0.0102G₁3——-—层间剪切模量，单位为吉帕(GPa);s——载荷-挠度曲线斜率的倒数，单位为毫米每千牛(mm/kN);A试样的横截面积(bh),单位为平方毫米(mm²);………………ks——矩形梁截面切变系数，数值取5/6,无量纲；L——跨距，单位为毫米(mm);EI,——梁试样的弯曲刚度，单位为千牛平方毫米(kN·mm²)。计算层间剪切模量的算术平均值；如需要，按ISO2602计算标准差和平均值的95%置信区间。层间剪切模量保留3位有效数字。GB/T41501—2022/ISO19927:2018失效模式载荷-挠度曲线模式1——可接受分层临界载荷试验停止点挠度/mm模式2——可接受带有轻微独立局部压碎的分层载荷/kN临界载荷试验停止点挠度/mm模式3——可接受带有独立局部压碎和剪切带的分层载荷/KN载荷/KN挠度/mm模式4——不可接受带有分层的剪切带破坏载荷/载荷/kN挠度/mm模式5——不可接受剪切带破坏模式6——不可接受局部压碎/压缩破坏载荷/载荷/kN挠度/mm模式7——不可接受以拉伸为主的弯曲破坏图7可接受和不可接受的失效模式和相关载荷-挠度曲线GB/T41501—2022/ISO19927:201811精密度通过实验室间的研究，本试验方法的精密度总结如下。此次研究涉及7个试验地点和3种不同的a)单向碳纤维/环氧树脂；b)平纹编织碳纤维/环氧树脂；c)8枚缎纹编织E-玻璃纤维/环氧树脂。关于精密度的更多细节见附录B和表2～表5。表2三种材料重复性、再现性和平均层间剪切强度材料厚度mm重复性条件再现性条件平均值F12maxMParSRA.碳纤维/环氧树脂124.24B.碳纤维/环氧树脂2286.044,187,2C.E-玻璃纤维/环氧树脂261.74材料厚度mm重复性条件再现性条件%r%%R%A,碳纤维/环氧树脂124.64B.碳纤维/环氧树脂224.244.7C.E-玻璃纤维/环氧树脂24表4三种材料重复性、再现性和平均层间剪切模量材料厚度mm重复性条件再现性条件平均值G13GParRA.碳纤维/环氧树脂124GB/T41501—2022/ISO19927:2018材料厚度mm重复性条件再现性条件平均值G13GPaSrRB.碳纤维/环氧树脂224C.E-玻璃纤维/环氧树脂24材料厚度mm重复性条件再现性条件%r%S%R%A.碳纤维/环氧树脂124B.碳纤维/环氧树脂224C.E-玻璃纤维/环氧树脂2412试验报告a)本文件名称及执行文件编号；e)试样制备方法；i)试验结果的平均值；j)失效模式；k)关于试样是否有被剔除的声明及有剔除时的理由；1)如需要，给出标准差和平均值的95%置信区间；m)任何未按本文件规定的操作以及可能影响试验结果的任何事件。GB/T41501—2022/ISO19927:2018(资料性)有关计算层间剪切模量G₁3的附加细节A.1通则用能量法求解层间剪切模量。为便于分析，图4转换为带有附加符号的图A.1。图A.1用于测定层间剪切强度和模量的试样及加载和支撑试样的位置A.2卡氏第二定理的应用由于梁的外加载荷和支撑结构对称，所以只需考虑四个区域中的一半。中心支座(B)处的总挠度由公式(A.1)和公式(A.2)给出：……(A.1)……(A.2)梁左侧两个区域弯矩、剪力的表达式及其对Rs的导数分别由公式(A.3)～公式(A.10)给出：……(A.3),M=R当………………—RA+V=0∴V=R当…………)GB/T41501—2022/ISO19927:2018……(A.10))由于支座B处的挠度一定为零，所以结合公式(A.3)～公式(A.10),解出公式(A.1)中的全部积分项，可得出公式(A.11):……(A.11)A.3单位载荷法(F₀)的应用为保持梁的变形特性，在外加载荷与中心支座之间的两个中点处，分别施加两个单位载荷F,如图A.2所示。图A.2用于测定层间剪切强度和模量的试样及加载和支撑试样的位置(单位载荷法)RA的关系式由公式(A.12)给出：……(A.12)梁左侧两个区域剪力的表达式及其对F。的导数分别由公式(A.13)～公式(A.18)给出：……(A.15)……(A.16)……(A.18)梁左侧两个区域弯矩的表达式及其对F。的导数分别由公式(A.19)～公式(A.24)给出：GB/T41501—2022/ISO19927:2018………………A.4卡氏第二定理的应用根据卡氏第二定理可得出：将公式(A.11)代入公式(A.25)中的Rg,s(即△/P)为载荷-挠度曲线斜率的倒数，对于本文件涉及的双梁法，k即为ks,重新化简可得出：k³A²L²(98304EIs—25L³)G²+32EIkgA(36864EIs—129L³)G—36864E²I²L=0式中，ks取5/6,这是考虑层间剪切应力沿厚度方向变化的某一标准通用取值。公式(A.26)的根在公式(2)中给出，正根为层间剪切模量Gia的值。GB/T41501—2022/ISO19927:2018——-5个参与机构，共7个试验地点；包括1所大学、1个材料供应商的2个独立试验地点、1个终端用户的2个独立试验地点、1个试验机制造商和1个国家级检测机构。三种不同的复合材——每组试验结果的平均值至少用5个有效测试数据来计算。——第11章中给出了根据ISO5725(所有部分)获得的精密度数据。y180y180400试验地点1试验地点2试验地点3试验地点4试验地点5试验地点6试验地点7Y——DBS法测定ILS强度(MPa);——2mm厚度A材料(单向碳纤维/环氧树脂);——4mm厚度A材料(单向碳纤维/环氧树脂)。GB/T41501—2022/ISO19927:2018YY——DBS法测定ILS强度(MPa);—2mm厚度B材料(平纹编织碳纤维/环氧树脂);——4mm厚度B材料(平纹编织碳纤维/环氧树脂)。图B.2DBS法测定B材料(平纹编织碳纤维/环氧树脂)的ILS强度数据YY——DBS法测定ILS强度(MPa);——2mm厚度C材料(8枚缎纹编织E-玻璃纤维/环氧树脂);——4mm厚度C材料(8枚缎纹编织E-玻璃纤维/环氧树脂)。图B.3DBS法测定C材料(8枚缎纹编织E-玻璃纤维/环氧树脂)的ILS强度数据GB/T41501—2022/ISO19927:2018单位为兆帕材料和厚度A4mmB4mmb/t525252试样地点190.5787.8565.7460.38试样地点286.5383.5263.1057.65试样地点383.8185.9260.9059.07试样地点483,5093.5762.6660,29试样地点585.7685.8459.7659.72试样地点686.5486.6959.7859.76试样地点785.8787.0360.4957.49平均层间剪切强度MPa86.0887.2061.7859.19标准差MPa2.332.19离散系数%2.712.01Y全部分层仅A材料分层40-20DBS2mm仅A材料分层SBS4mmX全部分层DBS4mmSBS2mmX——DBS法和短梁法(SBS)分别测定2mm和4mm厚度试样；—A材料(单向碳纤维/环氧树脂);——B材料(平纹编织碳纤维/环氧树脂);—C材料(8枚缎纹编织E-玻璃纤维/环氧树脂)。图B.4在试验地点1测定三种复合材料的ILS强度数据GB/T41501—2022/ISO19927:2018表B.2DBS法测定L/2t为5的三种复合材料的ILS强度增加量(相比于SBS法)复合材料A(单向碳纤维/环氧树脂)B(平纹编织碳纤维/环氧树脂)C(8枚缎纹编织E-玻璃纤维/环氧树脂)试验方法SBS→DBSSBS→DBSSBS→DBS2mm厚度+27.4+19.8+11.24mm厚度+26.4+27.4+16.520[1]ISO527-4:1997,Plastics—Determinationoftensileproperties—part4:Testconditionsforisotropicandorthotropicfibre-reinforcedplasticcomposites[2]ISO2818,Plastics—preparationoftestspecimensbymachining[3]ISO5725-1:1994,Precisiontestmethods—part1:Guideforthedeterminationofrepeat-abilityandreproducibilityforastandardtestmethodbyinter-laboratorytest[4]ISO7500-1,Metallicmaterials—Verificationofstaticuniaxialtestingmachines—part1:Tension/compressiontestingmachines—Verificationandcalibrationoftheforce-measuringsystem[5]ISO9513,Metallicmaterials—Calibrationofextensometersystemsusedinuniaxialtesting[6]ISO14130,Determinationofapparentinterlaminarshearstrengthbyshort-beammethod[7]EN2377,Specificationforglassfibrereinforcedplastics.Testmethod.Determinationofapparentinterlaminarshears[8]EN2563,Carbonfibrereinforcedplastics.Unidirectionallaminates.Determinationoftheapparentinterlaminarshears[9]ASTMD2344,StandardTestMethodforShort-BeamStrengthofPolymerMatrixCompos-iteMaterialsandtheirLaminates[10]ASTMD3846,In-planeShearStrengthofReinforcedPlastics[11]ASTMD5379,StandardTestMethodforShearPropertiesofCompositeMaterialsbythe[12]ASTMD7078,Standard