复合材料模压制品拉伸试验规范

复合材料模压制品拉伸试验规范1范围本规范规定了复合材料模压制品拉伸性能试验的术语定义、试验原理、试样制备、试验设备、试验条件、试验步骤、试验结果计算与表示、试验报告等内容。本规范适用于以纤维（碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等）为增强体、以树脂（环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等）为基体，通过模压工艺制备的板材、异型材及结构件试样的拉伸强度、拉伸弹性模量、泊松比、断裂伸长率等力学性能的测定。其他成型工艺制备的复合材料制品的拉伸试验可参照本规范执行。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/T2918塑料试样状态调节和试验的标准环境GB/T1447纤维增强塑料拉伸性能试验方法GB/T21464复合材料纤维增强塑料聚合物基复合材料拉伸性能测定ISO527-4塑料拉伸性能的测定第4部分：各向同性和正交各向异性纤维增强复合材料的试验条件3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1模压成型将一定量的预浸料或模压料放入金属模具型腔中，在一定温度和压力作用下，使物料熔融流动并充满型腔，同时发生固化反应，最终获得制品的成型工艺。3.2拉伸强度试样在拉伸载荷作用下直至断裂过程中，单位横截面积所承受的最大拉伸应力，单位为MPa。3.3拉伸弹性模量在拉伸试验的弹性变形阶段，应力与对应的应变的比值，表征材料抵抗弹性变形的能力，单位为GPa。3.4泊松比在单向拉伸载荷作用下，试样横向应变与纵向应变的比值的绝对值，无量纲。3.5断裂伸长率试样断裂时，标距范围内的伸长量与原始标距长度的百分比。4试验原理对符合规定尺寸的复合材料模压试样施加轴向静态拉伸载荷，记录载荷-位移曲线或载荷-应变曲线，根据试样几何参数计算不同载荷下的应力和应变，最终得到材料的拉伸强度、弹性模量、泊松比、断裂伸长率等性能参数。对于正交各向异性的复合材料模压制品，需分别测定材料沿纤维方向（0°方向）和垂直纤维方向（90°方向）的拉伸性能。5试样制备5.1取样要求试样应从同一批次、同一模压工艺制备的制品上截取，取样位置应避免制品的浇口、飞边、气泡、分层等缺陷区域。对于板材类制品，应按照材料的纤维铺设方向分别标记0°和90°取样方向；对于异形结构件，应根据实际使用受力方向确定取样方向，且每个方向的有效试样数量不得少于5个。若进行仲裁试验，每个方向的有效试样数量应不少于10个。5.2试样形状与尺寸5.2.1Ⅰ型试样（哑铃型试样）适用于厚度小于6mm的薄型复合材料模压板，试样总长度为200mm±2mm，平行段长度为60mm±1mm，平行段宽度为15mm±0.2mm，过渡圆弧半径为60mm±2mm，夹持端宽度为40mm±0.5mm。对于厚度大于等于6mm且小于等于25mm的试样，可采用等宽矩形试样，试样总长度为250mm±2mm，标距长度为100mm±1mm，宽度为25mm±0.2mm，夹持端长度为75mm±2mm。5.2.2带加强片试样当复合材料拉伸强度大于1000MPa时，为避免试样在夹持端发生挤压破坏，需在试样两端粘贴加强片。加强片材料可选用厚度为2mm~3mm的铝合金板或玻璃纤维布层压板，加强片长度为50mm±2mm，宽度与试样宽度一致，粘贴时采用环氧树脂胶粘剂，胶粘剂层厚度控制在0.1mm~0.2mm，粘贴后需在室温下放置24h以上或按照胶粘剂固化规范进行固化处理。5.3试样加工要求试样切割应采用金刚石砂轮切割机或水切割设备，避免加工过程中产生分层、纤维断裂、热损伤等缺陷。试样边缘应光滑无毛刺，平行段边缘的缺口深度不得超过0.1mm，试样宽度和厚度的测量精度应达到0.01mm。加工完成后，应在试样平行段中部标记原始标距，标记不得损伤试样表面，标距长度的误差不得超过±0.5%。5.4试样状态调节试验前，试样应按照GB/T2918的规定进行状态调节，标准环境条件为：温度23℃±2℃，相对湿度50%±10%，状态调节时间不少于24h。如果产品标准或使用环境有特殊要求，可按照规定的环境条件进行状态调节，如高温环境、低温环境、湿热环境等。6试验设备6.1万能材料试验机试验机的测力误差应不超过±1%，试验力的示值相对误差应在量程的10%~90%范围内满足1级精度要求。试验机应配备可调节的楔形夹持装置，夹持面应带有防滑齿纹，确保试验过程中试样不发生打滑。对于需要测定应变的试验，应配备精度不低于1级的引伸计，引伸计的标距应与试样标距一致，应变测量范围应覆盖试样断裂时的最大应变。6.2环境试验箱若试验需要在高低温或湿热环境下进行，环境试验箱的温度控制精度应达到±1℃，湿度控制精度应达到±5%，箱体内温度均匀性偏差不超过2℃。试样放入试验箱后，应在设定环境条件下保持足够的恒温恒湿时间，确保试样内部温度与环境温度一致，恒温时间按照每毫米试样厚度1min计算，且不少于15min。6.3量具与测量工具千分尺的测量精度应不低于0.001mm，游标卡尺的测量精度应不低于0.02mm，钢直尺的测量精度应不低于0.5mm。所有量具应定期进行计量检定，确保在有效期内使用。7试验条件7.1试验速率试验应采用等位移速率控制，对于拉伸弹性模量和泊松比的测定，试验速率为1mm/min~2mm/min；对于拉伸强度和断裂伸长率的测定，试验速率为5mm/min~10mm/min。若材料断裂时间小于30s，应适当降低试验速率，确保断裂时间在30s~60s范围内。对于碳纤维增强环氧树脂模压制品，推荐试验速率为2mm/min（测模量）和5mm/min（测强度）。7.2环境条件除非另有规定，试验应在标准环境条件下进行：温度23℃±2℃，相对湿度50%±10%，试验过程中环境条件的波动不得超过上述范围。对于高温拉伸试验，温度范围可根据使用需求设定，最高不超过材料的玻璃化转变温度减20℃；低温拉伸试验温度最低可至-60℃，试验过程中温度波动不超过±2℃。8试验步骤试样外观检查：试验前逐一对试样进行外观检查，记录试样是否存在分层、气泡、裂纹、纤维外露等缺陷，存在明显缺陷的试样应予以废弃。试样尺寸测量：在试样平行段的两端及中部三个位置分别测量宽度和厚度，每个位置测量三次取平均值，宽度测量精度到0.01mm，厚度测量精度到0.001mm，取三个位置的最小横截面积作为试样的原始横截面积。试样装夹：将试样安装在试验机的上下夹持装置中，确保试样的轴线与试验机的加载轴线重合，同轴度误差不超过5%。先将试样上端夹紧，下端轻轻扶住，再夹紧下端，避免装夹过程中对试样施加预载荷。若使用引伸计，将引伸计正确安装在试样标距段的两侧，确保引伸计的刀口与试样表面紧密接触且不发生滑动。预加载：在正式加载前，对试样施加不超过预计破坏载荷5%的预载荷，检查试样装夹是否牢固，引伸计数据是否正常，然后卸载至零。正式加载：按照设定的试验速率开始加载，连续记录载荷-位移曲线和载荷-应变曲线，直至试样断裂。如果试样断裂位置不在标距段内，或断裂位置距离标距端点小于1/3标距长度，该试样的试验结果无效，应重新取样进行试验。断裂后记录：试样断裂后，记录最大载荷、断裂载荷、断裂位置、断裂形貌（如分层断裂、纤维拔出、基体开裂等），若试验过程中发生试样打滑、夹持端断裂等异常情况，应在试验记录中注明。高温/低温试验：若在非室温环境下进行试验，将装好试样的夹具放入环境试验箱，关闭箱门后按照规定的恒温时间保持温度稳定，然后按照上述步骤进行加载，加载过程中保持环境条件稳定。9试验结果计算与表示9.1拉伸强度计算拉伸强度$\sigma_t$按照下式计算：$$\sigma_t=\frac{P_{max}}{A}$$式中：$P_{max}$——试样断裂前承受的最大拉伸载荷，单位为N；$A$——试样原始横截面积，单位为$mm^2$。9.2拉伸弹性模量计算拉伸弹性模量$E_t$按照下式计算：$$E_t=\frac{\Delta\sigma}{\Delta\varepsilon}$$式中：$\Delta\sigma$——应力-应变曲线线性段的应力增量，单位为MPa；$\Delta\varepsilon$——对应于应力增量的纵向应变增量，无量纲。9.3泊松比计算泊松比$\nu$按照下式计算：$$\nu=\left|\frac{\Delta\varepsilon_t}{\Delta\varepsilon_l}\right|$$式中：$\Delta\varepsilon_t$——与纵向应变增量对应的横向应变增量，无量纲；$\Delta\varepsilon_l$——应力-应变曲线线性段的纵向应变增量，无量纲。9.4断裂伸长率计算断裂伸长率$\varepsilon_t$按照下式计算：$$\varepsilon_t=\frac{\DeltaL}{L_0}\times100%$$式中：$\DeltaL$——试样断裂时标距段的总伸长量，单位为mm；$L_0$——试样原始标距长度，单位为mm。9.5结果处理每组有效试样的试验结果以算术平均值表示，同时计算标准差和变异系数。当变异系数大于10%时，应检查试样制备和试验过程是否存在异常，必要时增加试样数量重新进行试验。对于离散性较大的结果，可按照Grubbs检验法剔除异常值，置信水平取95%。10试验报告试验报告应包括但不限于以下内容：本规范的编号及试验依据的其他标准；试样的基本信息：材料名称、增强体类型及含量、基体树脂类型、模压工艺参数、制品批号、取样方向、取样位置等；试样的形状、尺寸、是否粘贴加强片及加强片信息；试验设备信息：试验机型号、引伸计型号、环境试验箱型号及校准有效期；试验条件：试验温度、相对湿度、试验速率、状态调节条件；每个试样的试验结果：拉伸强度、拉伸弹性模量、泊松比、断裂伸长率、断裂位置、断裂形貌；每组试样的平均值、标准差、变异系