ASTM D3039/D3039M Свойства на опън на полимерно-матрични композитни материали

Стандартът „ASTM D3039/D3039M Стандартен метод за изпитване на опънни свойства на полимерни матрични композитни материали“, разработен от Американското дружество за изпитване и материали (ASTM), описва свойствата на опън в равнината на полимерни матрични композитни материали, подсилени с високомодулни влакна. Формите на композитни материали са ограничени до композити, подсилени с непрекъснати влакна или щапелни влакна, където ламинатът е балансиран и симетричен спрямо посоката на изпитване.

За целите на този стандарт се прилагат термините и определенията, дадени в ASTM D3878 за високомодулни влакна и техните композити, ASTM D883 за пластмаси, ASTM E6 за механични изпитвания и ASTM E456 и ASTM E177 за статистика. В случай на противоречие между термините, ASTM D3878 има предимство пред другите стандарти. Освен това се прилагат следните определения:

Номинална стойност се отнася до стойност, присвоена на измеримо свойство, което съществува само по име, с цел удобна идентификация. Към номинална стойност могат да се прилагат допустими отклонения, за да се определи приемлив диапазон за свойството.
Преходната област е област на деформация на крива напрежение-деформация или деформация-деформация, където настъпва значителна промяна в наклона на кривата в рамките на малък интервал на деформация.
Преходната деформация е стойността на деформацията в средния диапазон на преходната област между две по същество линейни части от двойка линейни криви на напрежение-деформация или деформация-деформация. Много нишковидни композитни материали проявяват по същество билинейно поведение по време на прилагане на сила, както се вижда например в графиките на надлъжно напрежение спрямо надлъжно деформация или напречно деформация спрямо надлъжно деформация. Има няколко физически причини за съществуването на преходна област. Често срещани примери включват напукване на матрицата под действието на сила на опън и деламинация на слоя.

По време на тестовете тънка, плоска лента от материал с постоянно правоъгълно напречно сечение се поставя в хватките на механична изпитвателна машина и се натоварва монотонно на опън, докато силата се записва. Крайната якост на материала може да се определи от максималната сила, понесена преди разрушаване. Ако напрежението на купона се следи с датчици за опън или изместване, може да се определи реакцията на напрежение-деформация на материала, от която могат да се извлекат крайното опънно напрежение, модулът на еластичност при опън, коефициентът на Поасон и преходното напрежение.

Този метод за изпитване е предназначен за получаване на данни за свойствата на опън за свойства на материалите, научноизследователска и развойна дейност, осигуряване на качеството, както и за структурно проектиране и анализ. Факторите, които влияят на реакцията на опън и следователно трябва да бъдат докладвани, включват: материал, методи за подготовка и поставяне на материалите, ред на подреждане на пробите, подготовка на пробите, кондициониране на пробите, тестова среда, подравняване и сцепление на пробите, скорост на изпитване, време при температура, съдържание на кухини и обемен процент армировка.

Тестово-ориентираните характеристики, които могат да бъдат получени от този метод на тестване, включват:

Крайна якост на опън
Крайно опънно напрежение
Модул на еластичност на опънната хорда
Коефициент на Поасон
Преходен стрес

Интервенциите са описани в този стандарт, както следва:

Подготовка на материалите и пробите: Лошите практики за производство на материалите, липсата на контрол върху подравняването на влакната и повредите от неправилна обработка на пробите са известни причини за голямо разсейване на данните за материалите в композитите.
Задържане: Високият процент на неуспехи, свързани със задържането, особено в комбинация с голямо разсейване на данните за материалите, е индикация за проблеми със задържането на пробите. Методите за задържане на пробите са разгледани подробно в този стандарт.
Подравняване на системата: Прекомерното огъване ще доведе до преждевременна повреда и грубо неточни определяния на модула. Трябва да се положат всички усилия за елиминиране на прекомерното огъване от изпитвателната система. Огъването може да бъде причинено от неправилно подравнени захвати, неправилно монтирани образци в захватите или извън допустимите граници поради лоша подготовка на образеца. Ако има някакво съмнение относно подравняването на дадена изпитвателна машина, подравняването трябва да се провери, както е обсъдено в този стандарт.
Ефекти на ръба в ъглослойни ламинати: Ламинатите, съдържащи слоеве извън осите, показват преждевременно разрушаване и по-ниска твърдост поради омекване на ръбовете. Следователно, якостта и модулът на ъглослойните ламинати могат да бъдат значително подценени. За квазиизотропни ламинати, съдържащи значителни 0-градусови слоеве, ефектът е по-малко значителен.

Стандартът ASTM D3039/D3039M е от съществено значение, защото осигурява последователен и надежден метод за измерване на свойствата на опън на полимерни матрични композитни материали, като например въглеродни влакна или пластмаси, подсилени с фибростъкло. Основните причини за важността на този стандарт са:

Осигурява сравними данни: Без стандартизиран метод, различните лаборатории или производители могат да използват различни тестови настройки, размери на образците или скорости на деформация. Този стандарт гарантира, че резултатите от изпитванията на опън са повторяеми и сравними в цялата индустрия.
Поддържа дизайна на материалите: Инженерите използват данни от описаните в този стандарт тестове, като например якост на опън, модул на еластичност и коефициент на Поасон, за да:
- Прогнозиране на поведението на материалите под напрежение
- Избор на подходящи материали за носещи приложения
- Извършване на анализ на повреди и оценки на умора
Контрол на качеството: Производителите разчитат на този стандарт за осигуряване на качеството, като гарантират, че всяка партида композитен материал отговаря на очакванията за дизайн и производителност.
Съответствие и сертифициране: Много индустрии, особено аерокосмическата, автомобилната и отбранителната, изискват материалите и компонентите да отговарят на специфични стандарти. Този стандарт предоставя признат еталон за съответствие с регулаторните и клиентските изисквания.
Структурна безопасност: Чрез точно измерване на свойствата на опън, това помага на инженерите да избегнат недостатъчно или прекалено проектиране, намалявайки както риска от повреда, така и ненужното използване на материали.

Нашата организация, която от години подкрепя бизнеса във всички сектори чрез широк спектър от дейности по тестване, измерване, анализ и оценка, разполага със силен екип от служители, които следят отблизо световните развития в науката и технологиите и непрекъснато се усъвършенстват. В този контекст, ние също така предоставяме услуги по тестване в съответствие със стандарта „ASTM D3039/D3039M Стандартен метод за изпитване на свойствата на опън на полимерни матрични композитни материали“.