خواص کششی مواد کامپوزیتی ماتریس پلیمری ASTM D3039/D3039M

استاندارد "ASTM D3039/D3039M روش آزمون استاندارد برای خواص کششی مواد کامپوزیت ماتریس پلیمری" که توسط انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) تدوین شده است، خواص کششی درون صفحه‌ای مواد کامپوزیت ماتریس پلیمری تقویت شده با الیاف مدول بالا را توصیف می‌کند. اشکال مواد کامپوزیتی به کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف پیوسته یا الیاف منگنه محدود می‌شوند که در آنها لایه لایه نسبت به جهت آزمایش متعادل و متقارن است.

برای اهداف این استاندارد، اصطلاحات و تعاریف ارائه شده در ASTM D3878 برای الیاف مدول بالا و کامپوزیت‌های آنها، ASTM D883 برای پلاستیک‌ها، ASTM E6 برای آزمایش مکانیکی و ASTM E456 و ASTM E177 برای آمار اعمال می‌شوند. در صورت وجود تضاد بین اصطلاحات، ASTM D3878 بر سایر استانداردها اولویت دارد. علاوه بر این، تعاریف زیر نیز اعمال می‌شود:

• مقدار اسمی، مقداری است که به یک ویژگی قابل اندازه‌گیری که فقط به صورت اسمی وجود دارد، به منظور شناسایی راحت‌تر، اختصاص داده می‌شود. می‌توان برای یک مقدار اسمی، تلرانس‌هایی را اعمال کرد تا محدوده قابل قبولی برای آن ویژگی تعریف شود.
• ناحیه انتقالی، ناحیه‌ای از کرنش در منحنی تنش-کرنش یا کرنش-کرنش است که در آن تغییر قابل توجهی در شیب منحنی در یک بازه کرنش کوچک رخ می‌دهد.
• کرنش انتقالی، مقدار کرنش در محدوده میانی ناحیه انتقالی بین دو بخش اساساً خطی از یک جفت منحنی تنش-کرنش یا کرنش-کرنش خطی است. بسیاری از مواد کامپوزیتی رشته‌ای، رفتار اساساً دو خطی را در طول اعمال نیرو نشان می‌دهند، همانطور که برای مثال در نمودارهای تنش طولی در مقابل کرنش طولی یا کرنش عرضی در مقابل کرنش طولی دیده می‌شود. دلایل فیزیکی متعددی برای وجود ناحیه انتقالی وجود دارد. نمونه‌های رایج شامل ترک خوردگی ماتریس تحت نیروی کششی و لایه لایه شدن لایه‌ها است.

در طول آزمایش‌ها، یک نوار نازک و صاف از ماده با سطح مقطع مستطیلی ثابت در گیره‌های یک دستگاه آزمایش مکانیکی قرار داده می‌شود و به صورت یکنواخت تحت کشش قرار می‌گیرد و نیرو ثبت می‌شود. مقاومت نهایی ماده را می‌توان از حداکثر نیروی تحمل شده قبل از شکست تعیین کرد. اگر تنش کوپن با مبدل‌های کششی یا جابجایی اندازه‌گیری شود، می‌توان پاسخ تنش-کرنش ماده را تعیین کرد که از آن می‌توان تنش کششی نهایی، مدول الاستیسیته کششی، نسبت پواسون و تنش انتقالی را استخراج کرد.

این روش آزمایش برای تولید داده‌های خواص کششی برای خواص مواد، تحقیق و توسعه، تضمین کیفیت و طراحی و تحلیل سازه طراحی شده است. عواملی که بر پاسخ کششی تأثیر می‌گذارند و بنابراین باید گزارش شوند عبارتند از: جنس، روش‌های آماده‌سازی و قرارگیری مواد، ترتیب چیدن نمونه‌ها، آماده‌سازی نمونه، شرایط نمونه، محیط آزمایش، ترازبندی و گرفتن نمونه، سرعت آزمایش، زمان در دما، محتوای فضای خالی و درصد حجمی آرماتور.

ویژگی‌های آزمون‌محور که می‌توان از این روش آزمون به دست آورد عبارتند از:

• استحکام کششی نهایی
• تنش کششی نهایی
• مدول الاستیک وتر کششی
• نسبت پواسون
• استرس انتقالی

مداخلات در این استاندارد به شرح زیر توصیف شده‌اند:

• آماده‌سازی مواد و نمونه: شیوه‌های ضعیف تولید مواد، عدم کنترل تراز الیاف و آسیب ناشی از پردازش نامناسب کوپن، از علل شناخته شده پراکندگی بالای داده‌های مواد در کامپوزیت‌ها هستند.
• نگهداری: درصد بالایی از خرابی‌های مربوط به نگهداری، به ویژه هنگامی که با پراکندگی بالای داده‌های مواد همراه باشد، نشانه‌ای از مشکلات نگهداری نمونه است. روش‌های نگهداری نمونه به تفصیل در این استاندارد مورد بحث قرار گرفته است.
• هم‌ترازی سیستم: خمش بیش از حد منجر به خرابی زودرس و تعیین مدول بسیار نادرست می‌شود. باید تمام تلاش‌ها برای حذف خمش بیش از حد از سیستم آزمایش انجام شود. خمش می‌تواند ناشی از هم‌ترازی نامناسب گیره‌ها، نصب نادرست نمونه‌ها در گیره‌ها یا خارج از تلرانس به دلیل آماده‌سازی ضعیف نمونه باشد. اگر در مورد هم‌ترازی در یک دستگاه آزمایش خاص شکی وجود دارد، هم‌ترازی باید همانطور که در این استاندارد بحث شده است، بررسی شود.
• اثرات لبه در لمینت‌های لایه زاویه‌دار: لمینت‌های حاوی لایه‌های خارج از محور، به دلیل نرم شدن لبه، شکست زودرس و سختی کمتری را نشان می‌دهند. بنابراین، می‌توان استحکام و مدول لمینت‌های لایه زاویه‌دار را به طور قابل توجهی دست کم گرفت. برای لمینت‌های شبه‌ایزوتروپیک حاوی لایه‌های قابل توجه 0 درجه، این اثر کمتر قابل توجه است.

استاندارد ASTM D3039/D3039M ضروری است زیرا روشی سازگار و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری خواص کششی مواد کامپوزیتی ماتریس پلیمری، مانند الیاف کربن یا پلاستیک‌های تقویت‌شده با فایبرگلاس، ارائه می‌دهد. دلایل اصلی اهمیت این استاندارد عبارتند از:

• داده‌های قابل مقایسه ارائه می‌دهد: بدون یک روش استاندارد، آزمایشگاه‌ها یا تولیدکنندگان مختلف ممکن است از تنظیمات آزمایش، اندازه نمونه‌ها یا نرخ کرنش‌های مختلف استفاده کنند. این استاندارد تضمین می‌کند که نتایج آزمایش کشش در سراسر صنعت قابل تکرار و قابل مقایسه هستند.
• پشتیبانی از طراحی مواد: مهندسان از داده‌های آزمایش‌های شرح داده شده در این استاندارد، مانند مقاومت کششی، مدول الاستیسیته و نسبت پواسون، برای موارد زیر استفاده می‌کنند:
  • پیش‌بینی رفتار مواد تحت تنش
  • انتخاب مصالح مناسب برای کاربردهای تحمل بار
  • انجام تحلیل شکست و ارزیابی خستگی
• کنترل کیفیت: تولیدکنندگان برای تضمین کیفیت به این استاندارد متکی هستند و اطمینان حاصل می‌کنند که هر دسته از مواد کامپوزیت، انتظارات طراحی و عملکرد را برآورده می‌کند.
• انطباق و صدور گواهینامه: بسیاری از صنایع، به ویژه هوافضا، خودرو و دفاع، به مواد و قطعاتی نیاز دارند که استانداردهای خاصی را رعایت کنند. این استاندارد، معیار شناخته شده‌ای برای انطباق با الزامات نظارتی و مشتری ارائه می‌دهد.
• ایمنی سازه: با اندازه‌گیری دقیق خواص کششی، به مهندسان کمک می‌کند تا از طراحی بیش از حد یا کمتر از حد نیاز جلوگیری کنند و خطر خرابی و استفاده غیرضروری از مواد را کاهش دهند.

سازمان ما که سال‌هاست از طریق طیف گسترده‌ای از فعالیت‌های آزمایش، اندازه‌گیری، تجزیه و تحلیل و ارزیابی، از کسب‌وکارها در تمام بخش‌ها پشتیبانی می‌کند، دارای تیمی قوی از کارکنان است که از نزدیک پیشرفت‌های جهانی در علم و فناوری را دنبال می‌کنند و دائماً در حال بهبود خود هستند. در این زمینه، ما همچنین خدمات آزمایش را مطابق با استاندارد "ASTM D3039/D3039M Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials" ارائه می‌دهیم.