复合材料拉挤型材压缩试验规范

复合材料拉挤型材压缩试验规范1范围本规范规定了纤维增强复合材料拉挤型材轴向压缩性能试验的术语定义、试验原理、试验设备、试样制备、试验条件、试验步骤、数据处理及试验报告要求。本规范适用于以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等连续纤维为增强体，以不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等为基体，经拉挤成型工艺制备的实心型材、空心型材及异形截面型材的常温轴向压缩性能测试，包括压缩强度、压缩弹性模量、泊松比及压缩破坏应变等参数的测定。高温、低温或湿热环境下的压缩试验可参照本规范调整环境条件后执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1446纤维增强塑料性能试验方法总则GB/T39615碳纤维增强复合材料拉挤型材通用技术条件ISO14126纤维增强塑料复合材料层压板面内压缩性能测定ASTMD695硬质塑料压缩性能标准试验方法ASTMD644复合材料拉挤型材压缩性能标准试验方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1拉挤型材pultrudedprofile将连续纤维浸渍树脂基体后，在牵引机的拉力作用下通过加热模具固化成型，具有恒定截面形状的长条状复合材料制品。3.2轴向压缩axialcompression载荷作用方向与拉挤型材的纤维主取向方向平行的压缩加载方式。3.3压缩强度compressivestrength试样在压缩载荷作用下发生破坏前承受的最大压缩应力。3.4压缩弹性模量compressivemodulusofelasticity在压缩应力-应变曲线的线性弹性段，应力与应变的比值。3.5端部破坏endcrushing试样在靠近夹持端的位置发生的局部压溃现象，通常由端面加工缺陷、应力集中或夹持方式不当导致。3.6整体失稳globalbuckling长细比较大的试样在压缩载荷作用下发生的横向弯曲失稳现象，不属于材料本身的压缩强度破坏模式。4试验原理对标准试样沿拉挤轴向施加匀速递增的压缩载荷，通过力传感器实时记录载荷值，通过应变测量装置记录试样标距段的轴向及横向应变，绘制应力-应变曲线，根据曲线及试样尺寸计算压缩强度、弹性模量等性能参数。试验过程中需通过端部增强、合理设计试样长细比等方式避免端部破坏、整体失稳等无效破坏模式，确保测试结果反映材料的本征压缩性能。5试验设备5.1万能试验机应采用符合GB/T16491要求的电子万能试验机或液压万能试验机，试验机的力值测量误差不超过±1%，试验速度可在0.1mm/min~10mm/min范围内无级调节。试验机应配备刚性上下压板，压板工作面的平面度公差不大于0.02mm，表面硬度不低于HRC55，压板尺寸应大于试样的横截面尺寸。上下压板应具有自动调心功能，确保加载面与试样轴线完全垂直，避免偏载。5.2应变测量系统可采用电阻应变片或引伸计测量试样应变。电阻应变片的灵敏系数误差不超过±1%，栅长不小于5mm，对于纤维取向波动较大的型材，应变片栅长应不小于3倍的最大纤维束宽度。引伸计的标距误差不超过±0.5%，应变测量误差不超过±1%，量程应覆盖试样的预期破坏应变（通常不小于5%）。5.3试样加工设备应配备精度不低于0.02mm的数控铣床、金刚石锯片切割机及端面磨床，用于试样的切割及端面加工。切割过程中应采用水冷方式避免树脂基体过热降解，端面磨削后端面的平面度公差不大于0.01mm，端面与试样轴线的垂直度公差不大于0.1°。5.4环境调节设备若试验需在非常温环境下进行，应配备温度控制精度±2℃的高低温试验箱，或湿度控制精度±3%RH的湿热环境箱。试样在环境箱中达到温度平衡的时间不少于2h，厚度超过10mm的试样每增加1mm平衡时间增加5min。6试样制备6.1取样要求应从同一批次、同一规格的拉挤型材上取样，取样位置应避开型材两端至少1m的工艺不稳定段。对于空心型材和异形型材，取样时应保持型材的原始截面形状，不得切割破坏截面的完整性。若型材截面尺寸过大无法直接进行试验，可从型材的平直腹板、翼板等部位截取标准矩形截面试样，但需在试验报告中明确注明取样位置及试样的纤维取向。每组有效试样数量不少于5个，离散系数超过10%时应增加试样数量至8个。6.2试样尺寸设计6.2.1实心矩形截面试样标准试样的横截面尺寸为宽度b=15mm，厚度h=10mm，试样长度L根据长细比λ=μL/i确定，其中μ为长度系数（两端铰支时取1.0，两端固定时取0.5），i为截面回转半径（矩形截面i=h/√12）。为避免整体失稳，长细比应不大于10，此时试样长度L=10i×2=10×(10/3.464)×2≈57.7mm，实际取60mm。若测试压缩弹性模量，试样标距段长度应不小于3倍的厚度，即30mm。6.2.2空心截面及异形截面试样对于方管、圆管等空心型材，试样长度L应满足L/D≤3（D为截面的最小回转直径），同时L≥3t（t为型材壁厚），避免发生局部屈曲。对于角钢、工字钢等异形型材，可参照等效截面回转半径设计试样长度，确保长细比不大于8。对于截面尺寸小于10mm的小型材，可直接采用原始长度作为试样长度，长细比可适当放宽至12。6.3端部增强处理对于强度较高的碳纤维拉挤型材或壁厚较薄的空心型材，为防止加载时端部发生局部压溃，应对试样两端进行增强处理。增强方式可采用粘贴玻璃纤维增强环氧贴片，贴片厚度为1mm~2mm，长度为15mm~20mm，粘贴前应对试样端部表面进行打磨粗化并用丙酮擦拭干净，粘贴后在室温下固化24h以上。增强贴片不得覆盖试样的标距段，端部增强后的试样总长度保持不变。6.4试样状态调节试样加工完成后应在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%的标准环境中状态调节至少24h。若产品标准有特殊环境要求，应按照产品标准规定的条件进行状态调节。状态调节后的试样应避免沾染油污、灰尘，不得产生划痕、裂纹等机械损伤。7试验条件7.1标准试验环境除非另有规定，试验应在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%的环境中进行。7.2加载速度试验采用位移控制加载，加载速度为1mm/min±0.2mm/min。对于模量较高、断裂应变小于1%的碳纤维拉挤型材，加载速度可调整为0.5mm/min±0.1mm/min，确保试样从加载到破坏的时间在1min~5min范围内。7.3对中要求试样放置在上下压板中心位置，几何对中偏差不大于0.5mm。预加载载荷为预期破坏载荷的5%，预加载后检查试样标距段的轴向应变分布，两侧应变偏差不超过5%即为对中合格，否则需重新调整试样位置。8试验步骤8.1试样尺寸测量用精度不低于0.01mm的千分尺测量试样标距段内3个不同位置的横截面尺寸，取算术平均值作为计算用尺寸。对于矩形截面，测量宽度和厚度；对于圆形截面，测量相互垂直的两个直径取平均值；对于异形截面，采用轮廓仪测量截面面积。8.2应变测量装置安装采用应变片测量时，应在试样标距段的两个相对侧面中心位置粘贴轴向应变片和横向应变片，应变片的轴线与试样拉挤轴向的平行度偏差不超过0.5°，粘贴后检查应变片的电阻值，电阻偏差不超过±0.5Ω方可使用。采用引伸计时，将引伸计固定在试样标距段的两侧，确保引伸计与试样轴线平行，固定力适中避免试样表面产生压痕。8.3试样安装将试样平稳放置在试验机下压板中心位置，调整上压板位置使其与试样端面轻微接触，确保整个端面均匀受力。启动自动调心功能，消除初始间隙。8.4预加载以0.5mm/min的速度加载至预期破坏载荷的5%，保持载荷30s，检查应变读数是否均匀，确认无异常后卸载至0。8.5正式加载按照设定的加载速度连续加载，直至试样发生破坏。记录加载过程中的载荷-位移曲线及应变数据，同时观察试样的破坏过程，记录初始裂纹出现的位置、扩展方向及最终破坏模式。若试样发生端部压溃、整体失稳等无效破坏，该试样数据应予舍弃。8.6环境试验步骤对于高低温或湿热环境试验，将安装好应变片的试样放入环境箱中，达到规定的状态调节时间后，在环境箱内完成加载过程，加载过程中环境参数波动不超过允许范围。9数据处理9.1压缩强度计算压缩强度σ_c按式（1）计算：σ_c=P_max/A（1）式中：P_max——试样承受的最大压缩载荷，单位为牛顿（N）；A——试样的初始横截面面积，单位为平方毫米（mm²）。对于发生渐进式破坏的试样，取载荷-位移曲线首次下降5%时对应的载荷作为最大载荷。9.2压缩弹性模量计算压缩弹性模量E_c按式（2）计算：E_c=(σ_2-σ_1)/(ε_2-ε_1)（2）式中：σ_1——应力-应变曲线线性段上的低应力点，取σ_1=0.002E_c（约为破坏强度的10%）对应的应力，单位为兆帕（MPa）；σ_2——应力-应变曲线线性段上的高应力点，取σ_2=0.005E_c（约为破坏强度的30%）对应的应力，单位为兆帕（MPa）；ε_1、ε_2分别为对应于σ_1和σ_2的轴向应变值。9.3泊松比计算压缩泊松比ν_c按式（3）计算：ν_c=|ε_t/ε_a|（3）式中：ε_t——与ε_a同一载荷水平下的横向应变；ε_a——轴向应变，取σ_1和σ_2之间的轴向应变平均值。9.4数据离散性处理每组试样的测试结果取算术平均值，同时计算标准差和变异系数。若单个试样的测试结果与平均值的偏差超过±15%，应检查该试样的加工质量和破坏模式，确认存在缺陷的可剔除该数据，剔除数据后每组有效试样数量不得少于5个。10试验报告试验报告应包含以下内容：a)本规范的编号及试验日期；b)复合材料拉挤型材的详细信息：包括纤维类型、树脂基体类型、成型工艺参数、生产厂家、产品规格、批次号等；c)试样信息：包括取样位置、截面类型、尺寸参数、端部增强方式、试样数量等；d)试验设备信息：包括试验机型号、力值校准日期、应变测量装置类型等；e)试验条件：包括环境温度、相对湿度、加载速度、对中方式等；f)测试结果：包括每个试样的压缩强度、压缩弹性模量、泊松比、破坏应变的个体值及平均值、标准差、变异系数；g)