复合材料模压制品弯曲试验规范

复合材料模压制品弯曲试验规范1范围本规范规定了复合材料模压制品弯曲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、结果计算及试验报告要求。本规范适用于玻璃纤维增强树脂基、碳纤维增强树脂基、玄武岩纤维增强树脂基等各类纤维增强热固性、热塑性复合材料模压制品的弯曲强度、弯曲模量、弯曲应变等力学性能测定，也适用于夹层结构模压制品的面层弯曲性能测试。对于异型模压制品，可参照本规范规定裁取标准试样开展试验。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/T1449纤维增强塑料弯曲性能试验方法GB/T39615碳纤维增强塑料弯曲性能试验方法GB/T2918塑料试样状态调节和试验的标准环境ISO14125纤维增强塑料复合材料弯曲性能测定ASTMD790未增强和增强塑料及电气绝缘材料弯曲性能标准试验方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1弯曲强度flexuralstrength试样在弯曲负荷作用下达到破坏或规定挠度时所承受的最大弯曲应力，单位为兆帕（MPa）。3.2弯曲弹性模量flexuralmodulusofelasticity在弯曲应力-应变曲线的线性弹性区域内，应力与对应的应变之比，反映材料抵抗弯曲变形的能力，单位为吉帕（GPa）。3.3跨度span弯曲试验中两个支座支承刃口之间的距离，单位为毫米（mm）。3.4挠度deflection试样跨中位置在负荷作用下产生的垂直方向位移，单位为毫米（mm）。3.5模压制品moldedcompositeproduct通过模压成型工艺制备的复合材料制品，即将预浸料、短切纤维模塑料、片状模塑料（SMC）、团状模塑料（BMC）等原料置于金属模具中，在一定温度和压力下固化成型得到的制品。4试验原理采用三点弯曲或四点弯曲加载方式，将矩形截面试样水平放置在两个对称布置的支座上，在跨中（三点弯曲）或两个等分加载点（四点弯曲）对试样施加匀速增加的弯曲负荷，使试样产生弯曲变形直至破坏或达到规定挠度。通过记录负荷-挠度曲线，结合试样尺寸、跨度等参数，计算得到材料的弯曲强度、弯曲模量、弯曲应变等性能指标。三点弯曲加载时，试样跨中截面同时承受最大弯矩和最大剪切力，适用于材料常规弯曲性能快速检测；四点弯曲加载时，两个加载点之间的试样段处于纯弯曲状态，剪切应力为零，测试结果更准确反映材料的弯曲本征性能，适用于高性能复合材料的弯曲性能表征和仲裁试验。5试验设备5.1万能材料试验机试验机应符合GB/T16491的规定，测力精度等级不低于1级，负荷测量误差不超过±1%。试验机应配备可调节速度的加载系统，加载速度调节范围应覆盖0.5mm/min~500mm/min，速度误差不超过设定值的±10%。试验机需配备位移测量装置，位移测量精度不低于0.01mm，测量误差不超过±1%。宜配备引伸计直接测量试样跨中挠度，避免试验机横梁位移包含系统间隙变形导致的误差。5.2弯曲夹具弯曲夹具由支座和压头组成，支座和压头的刃口应采用硬质合金或淬火钢制造，硬度不低于HRC55，刃口半径应符合以下要求：当试样厚度h≤3mm时，刃口半径为(1.0±0.1)mm；当3mm<h≤10mm时，刃口半径为(3.0±0.2)mm；当h>10mm时，刃口半径为(5.0±0.2)mm。支座和压头的长度应大于试样宽度，保证试样在整个宽度方向均匀受力。支座应可调节间距，间距测量精度不低于0.5mm。夹具应保证加载过程中压头与支座刃口平行，且与试样长度方向垂直，加载力作用线与试样纵轴垂直并通过跨中点。5.3尺寸测量器具游标卡尺精度不低于0.02mm，千分尺精度不低于0.001mm，钢直尺精度不低于1mm。对于厚度大于50mm的试样，可采用精度不低于0.1mm的大量程测厚仪。测量器具应定期经计量检定合格，且在有效期内使用。5.4环境调节设备恒温恒湿箱温度控制精度为±2℃，相对湿度控制精度为±5%，满足试样状态调节的环境要求。对于高温或低温弯曲试验，应配备可容纳弯曲夹具的环境试验箱，温度控制精度±1℃，温度均匀度不超过±2℃。6试样制备6.1试样取样模压制品的取样部位应符合产品标准或供需双方协议规定，优先选取制品受力关键区域、厚度均匀的平整部位。取样时应避免在制品的飞边、浇口、流痕、气泡、缺料等缺陷区域裁取试样，也不应在制品的拐角、加强筋等非均匀结构区域取样。对于平板类模压制品，应沿制品的0°（主纤维方向）、90°（垂直主纤维方向）两个方向分别取样；对于各向同性的短切纤维模压制品，可任意方向取样。取样数量应满足每组有效试样不少于5个，仲裁试验每组不少于10个。6.2试样形状与尺寸试样为矩形截面的直条，表面应平整，无裂纹、分层、划伤等缺陷，边缘应光滑无毛刺。试样尺寸应根据加载方式和材料厚度确定：6.2.1三点弯曲试样跨度L与试样厚度h的比值（跨厚比）应符合以下规定：对于纤维增强热固性复合材料，L/h=16±1；对于纤维增强热塑性复合材料，L/h=20±1；对于夹层结构试样，L/h≥30，且保证试样破坏发生在弯曲应力最大区域，而非剪切破坏。试样宽度b为(15.0±0.5)mm，当试样厚度h>10mm时，宽度b取2倍试样厚度，且不小于10mm。试样总长度应大于跨度+50mm，保证试样伸出支座两端的长度不小于10mm。6.2.2四点弯曲试样跨度L（外支座间距）与试样厚度h的比值同三点弯曲要求，两个加载点之间的距离为L/3，即内跨距为外跨距的1/3。试样总长度应大于L+60mm，宽度要求与三点弯曲一致。6.3试样加工试样裁取可采用金刚石锯片切割、水切割等冷加工方式，严禁采用热切割方式避免材料受热发生性能变化。加工过程中应避免试样产生分层、微裂纹等损伤，加工后应对试样边缘进行倒角或打磨，去除边缘毛刺和锐角，倒角半径不超过0.5mm。加工完成的试样应逐件检查，若存在明显内部缺陷、尺寸偏差超过规定值的试样应予以废弃。试样的尺寸偏差应满足：长度偏差±2mm，宽度偏差±0.2mm，厚度偏差±0.1mm，试样两侧边平行度偏差不超过0.1mm，上下表面平行度偏差不超过0.05mm。6.4试样状态调节试样应按照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。对于吸湿性较强的复合材料，状态调节时间应延长至48h以上，或按产品标准规定的条件进行调节。如果试验在非标准环境下进行，应在试验报告中注明环境条件。对于高温或低温试验，试样应在试验温度下放置足够时间，确保试样内部温度达到试验温度，保温时间不少于2h，厚度大于20mm的试样每增加1mm厚度，保温时间延长3min。7试验条件7.1加载方式选择常规质量检测、快速性能筛选可采用三点弯曲加载方式；材料性能定级、仲裁试验、高性能复合材料弯曲性能表征应采用四点弯曲加载方式。如果产品标准或供需双方有明确规定，按规定选择加载方式。7.2加载速度加载速度应根据跨厚比和材料特性确定，保证试样在1min~10min内发生破坏或达到规定挠度，加载速度计算公式为：v=0.01×L²/(6×h)式中：v——加载速度，单位为毫米每分钟（mm/min）；L——跨度，单位为毫米（mm）；h——试样厚度，单位为毫米（mm）。也可根据材料类型选择推荐加载速度：热固性复合材料模压制品加载速度为(2±0.4)mm/min，热塑性复合材料模压制品加载速度为(5±1)mm/min，高韧性复合材料可适当提高加载速度，但最大不超过20mm/min。仲裁试验时加载速度按公式计算值确定。7.3试验环境除非另有规定，试验应在标准环境条件下进行，环境温度波动不超过±2℃，相对湿度波动不超过±10%。试验过程中应避免气流直吹试样和试验机，避免阳光直射。对于高温弯曲试验，试验温度应低于材料玻璃化转变温度至少10℃；对于低温弯曲试验，试验温度应高于材料脆化温度至少10℃，避免材料发生非典型性破坏。8试验步骤8.1试样尺寸测量在试样跨中位置测量试样的宽度和厚度，每个尺寸测量三次，取算术平均值，精确到0.01mm。对于宽度和厚度沿长度方向有变化的试样，应在受力最大的截面处测量尺寸。测量完成后对试样进行编号，记录试样的取样方向、取样部位、外观缺陷等信息。8.2夹具安装与调试根据选定的加载方式和跨度要求调整支座间距，使用钢直尺或游标卡尺测量跨度，误差不超过±1%。安装压头，调整压头与支座的平行度，确保压头刃口与支座刃口平行，平行度误差不超过0.1mm/m。空载运行试验机，检查夹具是否对中，加载力零点是否校准，位移测量装置是否清零。对于配备引伸计的试验系统，应安装和校准引伸计，确保引伸计能够准确测量试样跨中挠度。8.3试样安放将试样水平放置在支座上，调整试样位置，使试样长度方向与支座刃口垂直，跨中点与压头加载点重合，试样两端伸出支座的长度相等。安放时应避免对试样施加预负荷，放置完成后试验机加载头刚好接触试样表面时的负荷应不超过满量程的0.5%，若超过则需重新调整试样位置。对于有方向性的试样，应保证试样的受力面与模压成型时的受压面一致，或按产品标准规定的受力方向安放。8.4加载试验设定加载速度，启动试验机开始加载，加载过程中应保持速度稳定，无冲击和抖动。连续记录负荷和对应的挠度值，数据采集频率不低于10Hz，保证负荷-挠度曲线完整准确。加载过程中观察试样的破坏情况，当试样发生断裂、分层、负荷骤降超过最大负荷的10%，或挠度达到试样厚度的1.5倍时（对于韧性材料未发生破坏的情况），停止加载。记录最大负荷、破坏时的挠度、破坏形式等信息。如果试样破坏位置不在跨中（三点弯曲）或两个加载点之间（四点弯曲），而是位于支座边缘或加载点边缘，该试样结果无效，应重新补做试样。8.5异常情况处理试验过程中如果出现试验机故障、数据记录异常、试样提前在非受力区域破坏等情况，该次试验无效，应更换试样重新进行试验。同一组试样中无效试样数量超过20%时，应检查试样制备过程和试验操作是否存在问题，排除问题后重新取样进行全部试验。9结果计算9.1弯曲强度计算三点弯曲试验时，弯曲强度σf按以下公式计算：σf=(3×Fmax×L)/(2×b×h²)式中：σf——弯曲强度，单位为兆帕（MPa）；Fmax——最大负荷，单位为牛（N）；L——跨度，单位为毫米（mm）；b——试样宽度，单位为毫米（mm）；h——试样厚度，单位为毫米（mm）。四点弯曲试验时，弯曲强度σf按以下公式计算：σf=(Fmax×L)/(b×h²)对于在达到最大负荷前挠度已超过1.5倍试样厚度的韧性材料，取挠度为1.5倍厚度时的负荷计算弯曲强度，记为“规定挠度弯曲强度”，并在报告中注明。9.2弯曲弹性模量计算从负荷-挠度曲线上选取线性弹性段的两个点，对应的负荷为F1和F2（F2>F1，且F1不超过最大负荷的10%，F2不超过线性段最大负荷的90%），对应的挠度为δ1和δ2，弯曲弹性模量Ef按以下公式计算：三点弯曲：Ef=(L³×(F2-F1))/(4×b×h³×(δ2-δ1))四点弯曲：Ef=(23×L³×(F2-F1))/(108×b×h³×(δ2-δ1))式中Ef单位为吉帕（GPa），计算结果保留三位有效数字。9.3弯曲应变计算弯曲最大应变εf按以下公式计算：εf=(6×δ×h)/L²式中：εf——弯曲应变，无量纲，通常以百分数表示；δ——对应负荷下的挠度，单位为毫米（mm）。破坏时的弯曲应变取最大负荷对应的挠度计算，或按规定挠度对应的应变计算。9.4结果统计每组有效试样的试验结果应计算算术平均值、标准差和变异系数。对于离散性较大的结果，可按GB/T4883的规定剔除异常值，但剔除的异常值数量不得超过组内试样数量的20%。弯曲强度平均值保留三位有效数字，弯曲模量平均值保留两位有效数字，变异系数保留两位小数。10试验报告试验报告应至少包含以下内容：a)本规范编号及试验依据