ASTM D6641/D6641M Kompressionsegenskaber for polymermatrixkompositmaterialer

Standarden "ASTM D6641/D6641M Standard Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials Using a Combined Load-Compression (CLC) Test Fixture" udviklet af American Society for Testing and Materials (ASTM) beskriver trykstyrken og hårdhedsegenskaberne for polymermatrixkompositmaterialer ved hjælp af en kombineret belastnings-kompression (CLC) testfixture. Denne testmetode kan anvendes på generelle kompositter, der er afbalancerede og symmetriske.

Prøven kan være uden flige (metode A) eller med flige (metode B), alt efter behov. Et krav for vellykket testning er, at prøveenderne ikke knuses under testen. Prøver uden flige er generelt egnede til brug med materialer med lav ortotropi, såsom tekstiler, kompositter af hakkede fibre og laminater med maksimalt 50 procent 0-graders laminering eller tilsvarende. Materialer med højere ortotropi, herunder ensrettede kompositter, kræver generelt flige.

Trykkraft introduceres i prøven ved kombineret ende- og forskydningsbelastning. Til sammenligning er testmetoden beskrevet i ASTM D3410/D3410M en ren forskydningsbelastningskompressionstestmetode, og ASTM D695 inkluderer en ren endebelastningstestmetode. Unidirektionelle (0-graders lagorientering) kompositter og multidirektionelle kompositlaminater, stofkompositter, hakkede fiberkompositter og lignende materialer kan testes.

Denne testmetode er designet til at producere data om trykegenskaber for materialeegenskaber, forskning og udvikling, kvalitetssikring samt strukturelt design og analyse. Tabelformede prøver (procedure B), der typisk anvendes ved testning af ensrettede kompositter, ligner den kombinerede belastningskompressions (CLC) testmetode (kombineret forskydningsendebelastning), ASTM D3410/D3410M standarden (forskydningsbelastning) og ASTM D695 standarden (endebelastning).

Fordelene ved kombineret belastning bliver særligt tydelige ved testning af materialer med lavere styrke (Procedure A), hvor kombinerede belastningskompressionsprøver (CLC) uden tab kan anvendes. Det er muligvis ikke muligt at teste prøver af de samme materialer uden tab ved hjælp af nogen af de to andre metoder. Ved testning af specifikke laminater bruges ofte data om kombineret belastningskompression (CLC) til at udlede 0-graders lagstyrke, og lamineringsteori bruges til at beregne den 0-graders ensrettede laminatstyrke.

Faktorer, der påvirker trykresponset, omfatter: materialetype, materialeforberedelses- og placeringsmetoder, rækkefølgen af prøvernes stabling, prøveforberedelse, prøvekonditionering, testmiljø, testhastighed, tid ved temperatur, hulrumsindhold og volumenprocent armering. Kompositegenskaber i testretningen, der kan opnås fra denne testmetode, omfatter:

ultimativ trykstyrke
ultimativ trykstress
Kompressivt (lineært eller korde-) elasticitetsmodul
Poissons forhold i tryk

I ASTM D6641-standarden refererer metode A og metode B til to forskellige procedurer til måling af kompositmaterialers trykegenskaber, afhængigt af hvordan tøjningen måles:

Metode A: Tøjningsmåling (med tøjningsmålere eller ekstensometre): Tøjningen måles ved hjælp af tøjningsmålere eller et ekstensometer, der påføres direkte på testprøven. Denne metode muliggør bestemmelse af trykmodul (E), Poisson-forhold og spændings-tøjningsadfærd ud over trykstyrken. Aksiale tøjningsmålere eller ekstensometre anvendes i disse tests. Tværgående tøjningsmålinger udføres eventuelt for at bestemme Poisson-forholdet. Fordele ved denne metode, giver høj nøjagtighed i modulbestemmelse og en komplet spændings-tøjningskurve.
Metode B: Kun styrke (ingen spændingsmåling): Kun trykstyrken måles; der anvendes ingen strain gauges eller ekstensometre. Denne metode er unik, idet den kun bruges, når den ultimative trykstyrke er nødvendig. I disse tests måles kun belastning (via en vejecelle på testmaskinen). Fordelene ved denne metode er dens enklere opsætning og dens hurtigere og billigere karakter, når spændingsdata ikke er påkrævet.

Poisson-forholdet udtrykker forholdet mellem det proportionale fald i lateral dimension og den proportionale stigning i længden i en elastisk belastet materialeprøve. Poisson-forholdet er en essentiel konstant i analyser til bestemmelse af materialers (plast eller metallers) træk- og udbøjningsegenskaber.

Metode A giver fuld mekanisk karakterisering, mens metode B giver hurtig styrkevurdering.

Kombineret belastningskompression (CLC) refererer til metoden til at påføre trykkraft på et testeksemplar ved hjælp af en kombination af:

Endebelastning (direkte aksial kompression fra enderne)
Forskydningsbelastning (kraft overført fra prøvens overflader gennem forskydningsgrebsinteraktionen)

Denne teknik bruges til at bestemme kompressionsegenskaberne af fiberforstærkede polymermatrixkompositter i ASTM D6641-standarden.

Kompressionstest af kompositmaterialer kan være problematisk, når:

Udbøjning af tynde prøver
Knusning ved lastindgangspunkter (ender)
Glidning eller ujævn belastning i fastholdelsesbaserede systemer

Den kombinerede belastningstilgang løser disse problemer ved at fordele belastningen:

Endebelastning giver aksial trykkraft
Forskydningsbelastning hjælper med at overføre lasten jævnt gennem sidegrebene

Fordele ved kombineret belastningskomprimering inkluderer:

Minimerer Euler-knækning (især i tynde prøver)
Reducerer lokaliseret knusning på håndtag eller spidser
Giver nøjagtig måling af både styrke og modul
Kan håndtere ensrettede og flersrettede laminater
Giver ensartede og gentagelige resultater

Kombinerer fordelene ved skæring og endebelastning

Vores organisation, som i årevis har støttet virksomheder på tværs af alle sektorer gennem en bred vifte af test-, måle-, analyse- og evalueringsaktiviteter, har et stærkt team af medarbejdere, der nøje følger den globale udvikling inden for videnskab og teknologi og konstant forbedrer sig. I denne sammenhæng tilbyder vi også testtjenester i overensstemmelse med "ASTM D6641/D6641M Standard Test Method for Compression Properties of Polymer Matrix Composite Materials Using the Combined Load Compression (CLC) Test Fixture".