复合材料热压罐制品压缩试验规范

复合材料热压罐制品压缩试验规范1范围本规范规定了热压罐成型复合材料制品压缩性能试验的术语定义、试验原理、仪器设备、试样制备、试验条件、试验步骤、数据处理及试验报告要求。本规范适用于热压罐成型的连续纤维增强树脂基复合材料层合板、夹层结构芯材及整体成型构件的静态压缩性能测试，包括面内压缩、压缩模量、压缩强度及压缩破坏应变等参数的测定，其他工艺成型的复合材料制品压缩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/T1448纤维增强塑料压缩性能试验方法GB/T39613复合材料力学性能试验数据统计分析指南HB7237航空用碳纤维复合材料层合板压缩性能试验方法ASTMD695硬质塑料压缩性能的标准试验方法ASTMD3410/D3410M聚合物基复合材料面内压缩性能的标准试验方法3术语和定义GB/T1446界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1热压罐成型复合材料制品在热压罐内通过加压、加热并按特定工艺曲线固化成型的连续纤维增强树脂基复合材料制品，包括单向层合板、织物层合板、蜂窝夹层结构、泡沫夹层结构及整体共固化构件等。3.2面内压缩载荷沿复合材料层合板平面方向施加的压缩加载方式，分为纵向压缩（载荷平行于纤维主方向）和横向压缩（载荷垂直于纤维主方向）。3.3压缩强度试样在压缩载荷作用下发生破坏前承受的最大压缩应力，单位为MPa。3.4压缩弹性模量在压缩应力-应变曲线的线性弹性段，应力增量与对应的应变增量之比，单位为GPa。3.5端部增强层粘贴在试样两端夹持区域的增强片材，用于防止试样在夹持端发生提前剪切破坏，通常采用与试样基体匹配的玻璃纤维织物或碳纤维织物制备。4试验原理对标准几何尺寸的复合材料试样施加匀速连续增加的轴向压缩载荷，同时记录载荷值和对应的试样变形量，通过应力-应变曲线计算压缩弹性模量、泊松比等参数，当试样发生最大载荷下降或明显宏观破坏时，记录最大载荷并计算压缩强度。对于夹层结构试样，试验原理为测定面板在压缩载荷作用下的承载能力及芯材与面板的界面粘接性能，评估结构的压缩失稳临界载荷。5仪器设备5.1万能试验机应配备量程不小于100kN的电子万能试验机或液压万能试验机，载荷测量精度不低于±1%，示值相对误差不超过±1%。试验机应具备等速位移控制功能，位移控制精度不低于±0.01mm/min，横梁运行平稳无冲击。试验机上下压板应具有自动调心功能，压板平面度不低于0.02mm，表面硬度不低于HRC55，压板平行度误差不超过0.05mm/100mm。5.2应变测量装置采用电阻应变片或非接触式视频引伸计测量试样变形。电阻应变片灵敏系数误差不超过±1%，栅长应不小于5mm，适用于复合材料应变测量的专用应变片应匹配复合材料的热膨胀系数。非接触式视频引伸计的应变测量精度不低于±1με，采样频率不低于10Hz，可同时测量纵向和横向应变。5.3试样加工设备配备金刚石锯片的精密切割机，切割面粗糙度Ra不大于1.6μm，切割尺寸偏差不超过±0.1mm。端面磨床的端面平行度误差不超过0.02mm，可实现试样两端面的高精度研磨，保证端面与试样轴线的垂直度误差不超过0.1°。5.4环境调节设备恒温恒湿箱的温度控制精度为±2℃，湿度控制精度为±5%RH，可满足不同温湿度环境下的试样预处理需求。高低温试验箱的温度范围应覆盖-70℃~200℃，温度波动度不超过±1℃，用于极端温度环境下的压缩试验。5.5辅助工具包括千分尺（测量精度0.001mm）、游标卡尺（测量精度0.02mm）、电子天平（测量精度0.01g）、试样标记笔、砂纸、酒精及粘接剂等。6试样制备6.1试样设计6.1.1单向层合板试样单向层合板压缩试样的标准尺寸为：长度130mm±0.5mm，宽度12.7mm±0.1mm，厚度2mm±0.1mm。两端粘贴端部增强层，增强层长度为40mm±1mm，厚度为0.5mm±0.05mm，增强层纤维方向与试样主受力方向一致。对于厚度大于4mm的厚层合板试样，宽度应调整为厚度的6倍，长度调整为厚度的30倍，保证试样发生破坏时为中部纯压缩破坏而非端部破坏。6.1.2织物层合板试样平纹、斜纹或缎纹织物增强层合板试样尺寸为：长度110mm±0.5mm，宽度25mm±0.1mm，厚度4mm±0.1mm。端部增强层采用相同织物制备，增强层长度35mm±1mm，粘贴时保证织物经纬方向与试样一致。6.1.3夹层结构试样蜂窝夹层结构压缩试样尺寸为：边长100mm±0.5mm的正方形试样，厚度为结构实际厚度，最大厚度不超过50mm。试样边缘应无毛刺、分层，面板与芯材粘接良好，无脱粘缺陷。泡沫夹层结构试样尺寸与蜂窝夹层结构一致，若泡沫芯材强度低于面板，可适当增大试样尺寸至150mm×150mm。6.1.4构件取样试样从整体热压罐制品上截取的试样，应保留原有的铺层方向和成型工艺特征，取样位置应明确标记在制品图纸上，试样尺寸根据构件厚度和受力方向调整，保证试样有效试验段长度不小于厚度的10倍。6.2取样要求试样应从同一批次热压罐成型的制品或同炉制备的标准试板上截取，每批试验的试样数量不少于5个有效试样。取样时应避免在制品的浇口、流道、拼接缝及成型缺陷集中区域取样，试样纤维方向与设计方向的偏差不超过±1°。对于对称铺层层合板，铺层顺序偏差不超过±1层，总体厚度偏差不超过±5%。6.3加工要求采用金刚石切割机进行粗切割，切割时使用冷却液降低切割热对树脂基体的影响，切割进给速度不超过5mm/min。粗切割后的试样采用端面磨床进行端面研磨，每次研磨量不超过0.05mm，直至两端面平行度误差小于0.02mm，端面与试样轴线垂直度误差小于0.1°。加工完成的试样表面应无裂纹、分层、划伤等缺陷，边缘无毛刺。6.4端部增强层粘贴首先用120目砂纸打磨试样端部粘贴区域，然后用无水乙醇擦拭干净，晾干后涂抹环氧树脂粘接剂，将裁剪好的增强层对齐粘贴在试样两侧，施加均匀压力排除粘接层气泡，在室温下固化24h或按粘接剂固化制度进行固化。固化后的增强层边缘应整齐，与试样粘接牢固，无空鼓、脱粘现象。6.5试样状态调节试验前应将试样放置在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%RH的环境中调节状态，调节时间不少于24h。对于有湿度饱和要求的试样，应在恒温恒湿箱中放置至试样质量变化率小于0.01%/天。对于高低温环境试验的试样，应在试验温度下保温不少于30min，保证试样内部温度达到试验温度。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%RH的标准环境下进行。7.2加载速度单向层合板和织物层合板的压缩试验加载速度为1mm/min±0.2mm/min，夹层结构试样的加载速度为0.5mm/min±0.1mm/min。对于高应变率试验，加载速度可根据需求调整，但应在试验报告中明确标注。7.3特殊环境试验高温试验温度偏差不超过±2℃，低温试验温度偏差不超过±1℃，湿度试验的湿度控制精度为±5%RH。在高低温环境下试验时，试验机夹具和试样应同时达到设定温度，保温时间不少于1h。8试验步骤8.1试样标记与测量用标记笔在试样中部标记应变片粘贴位置，应变片粘贴区域用2000目砂纸轻轻打磨，打磨方向与试样轴线成45°交叉打磨，用无水乙醇擦拭干净后粘贴应变片，应变片中心轴线与试样轴线重合度偏差不超过0.5°。采用千分尺测量试样宽度、厚度，在试样有效试验段的三个不同位置测量，取算术平均值，测量精度精确到0.001mm。记录试样编号、铺层方向、取样位置、几何尺寸等信息。8.2试验机准备开启试验机预热不少于30min，校准载荷和位移零点，根据试样预估最大破坏载荷选择合适的载荷量程，量程应使试样最大破坏载荷落在满量程的20%~80%范围内。调整上下压板的平行度，采用标准量块校验压板平行度，满足要求后安装试样。8.3试样安装将试样放置在下压板中心位置，调整试样轴线与压板中心线重合，偏差不超过0.5mm。轻轻降下上压板，施加0.5%~1%预估破坏载荷的预载荷，检查试样是否对中，应变片数据是否正常。采用非接触式引伸计时，调整摄像头位置，使试样标记点清晰出现在采集视野内，设置应变采集参数。8.4试验加载启动试验机，按设定的加载速度匀速加载，同时同步采集载荷、位移、应变数据，采样频率不低于10Hz。加载过程中观察试样变形和破坏情况，记录破坏发生的位置和形式，当载荷下降至最大载荷的70%或试样发生明显宏观破坏时，停止试验。若试样破坏发生在端部增强层内或夹持区域，该试样视为无效试样，应补做试验。8.5破坏形态记录试验完成后，观察试样破坏形态，区分中部压缩破坏、端部剪切破坏、分层破坏、界面脱粘破坏、屈曲失稳破坏等类型，拍摄破坏试样的宏观照片，记录裂纹扩展方向、分层位置等特征信息。对于夹层结构试样，记录面板褶皱、芯材压溃、面板与芯材脱粘等破坏特征。9数据处理9.1压缩应力计算压缩应力σ按公式（1）计算：σ=F/(b×h)（1）式中：σ——压缩应力，单位为MPa；F——压缩载荷，单位为N；b——试样宽度，单位为mm；h——试样厚度，单位为mm。9.2压缩弹性模量计算压缩弹性模量E按公式（2）计算：E=(σ2-σ1)/(ε2-ε1)（2）式中：E——压缩弹性模量，单位为GPa；σ2——应力-应变曲线线性段上的第二点应力，单位为MPa；σ1——应力-应变曲线线性段上的第一点应力，通常取100MPa（碳纤维增强复合材料），单位为MPa；ε2——对应σ2的应变值；ε1——对应σ1的应变值。9.3压缩强度计算压缩强度σc按公式（3）计算：σc=Fmax/(b×h)（3）式中：σc——压缩强度，单位为MPa；Fmax——试样承受的最大压缩载荷，单位为N。若试样发生屈曲失稳破坏，应注明失稳临界应力作为压缩强度参考值，并在试验报告中明确破坏类型。9.4数据统计按GB/T39613的要求进行数据统计，计算每组试样的算术平均值、中位数、标准差和变异系数。剔除离散度超过±3倍标准差的异常数据，每组有效试样数量不少于5个，若有效试样数量不足，应补充试验。9.5不确定度评定根据试验设备精度、试样尺寸测量误差、加载速度偏差、应变测量误差等因素，评定压缩性能参数的测量不确定度，扩展不确定度的置信水平取95%。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的其他标准；b)试验材料信息：复合材料牌号、纤维类型、基体树脂型号、铺层设计、热压罐成型工艺参数（成型压力、固化温度、保温时间等）；c)试样信息：试样类型、取样位置、几何尺寸、端部增强层参数、预处理条件；d)试验设备信息：试验机型号、引伸计类型、环境设备参数；e)试验条件：环境温度、湿度、加载速度、试验温度（特殊环境试验）；f)试验结果：每组试样的压缩强度、压缩弹性模量、破坏应