ASTM D3410 Pengukuran Sifat Kompresi Material Komposit Matriks Polimer dengan Pembebanan Geser

Metode Uji Standar ASTM D3410 untuk Pembebanan Geser Sifat Tekan Material Komposit Matriks Polimer dengan Penampang Melintang Tak Berpenyangga, yang dikembangkan oleh American Society for Testing and Materials (ASTM), menjelaskan metode pengujian untuk menentukan sifat tekan bidang datar dari material komposit matriks polimer yang diperkuat dengan serat modulus tinggi.

Bentuk material komposit terbatas pada komposit bertulang serat kontinu atau diskontinu yang sifat elastisnya secara khusus ortotropik terhadap arah pengujian. Prosedur pengujian ini menerapkan gaya tekan pada sampel melalui geser pada antarmuka penahan baji. Jenis transfer gaya ini berbeda dari prosedur berikut:

Metode uji standar ASTM D695 di mana gaya tekan ditransmisikan ke sampel melalui pembebanan ujung.
Metode uji standar ASTM D6641 di mana gaya tekan ditransmisikan melalui kombinasi geser dan beban ujung.
Metode uji standar ASTM D5467 di mana gaya tekan ditransmisikan dengan memberikan lenturan empat titik pada balok sandwich inti sarang lebah berlapis tipis.

Metode pengujian ini berlaku untuk komposit yang terbuat dari pita searah, penyisipan serat basah, tekstil (misalnya, kain), serat pendek, atau bentuk produk serupa. Beberapa bentuk produk mungkin memerlukan penyimpangan dari metode pengujian ini.

Metode pengujian ini dirancang untuk menghasilkan data kekuatan tekan untuk sifat material, penelitian dan pengembangan, jaminan mutu, serta desain dan analisis struktural. Faktor-faktor yang memengaruhi respons tekan, dan oleh karena itu perlu dilaporkan, meliputi: material, metode persiapan dan pelapisan material, urutan penumpukan sampel, persiapan sampel, pengkondisian sampel, lingkungan pengujian, penyelarasan dan penjepitan sampel, kecepatan pengujian, waktu retensi suhu, kandungan rongga, dan persentase penguatan volumetrik. Karakteristik arah pengujian yang dapat diperoleh dari metode pengujian ini meliputi:

kekuatan tekan pamungkas
Regangan tekan maksimum
Modulus elastisitas kompresi (linier atau balok)
Rasio Poisson pada tekanan
Regangan transisi

ASTM D3410 adalah metode pengujian standar yang digunakan untuk menentukan sifat tekan material komposit matriks polimer. Standar ini sangat penting untuk komposit polimer yang diperkuat serat karbon, serat kaca, serat aramid, dan lainnya, karena kekuatan tekan dan modulus kompresi merupakan sifat desain yang sangat penting. Standar ini menyediakan prosedur laboratorium terkontrol untuk memberikan beban tekan pada sampel komposit dan mengukur responsnya hingga terjadi patahan.

Metode pengujian yang dijelaskan terutama dirancang untuk komposit matriks polimer dengan serat kontinu atau diskontinu. Tidak seperti uji kompresi konvensional di mana ujung sampel dikompresi secara langsung, standar ASTM D3410 menggunakan alat penjepit yang menerapkan beban tekan melalui pembebanan geser pada ujung sampel. Pendekatan ini membantu mengurangi beberapa masalah yang terkait dengan uji kompresi konvensional, khususnya penghancuran dan ketidakstabilan ujung sampel.

Tujuan utama standar ASTM D3410 adalah untuk mendefinisikan sifat-sifat tekan penting dari material komposit. Sifat-sifat tersebut meliputi:

Kekuatan tekan
Regangan tekan pada patahan
Modul tekanan
Perilaku tegangan-regangan
Sifat patahan

Sifat-sifat ini penting karena material komposit dapat berperilaku sangat berbeda di bawah tegangan dan kompresi. Misalnya, komposit serat karbon mungkin memiliki kekuatan tarik yang sangat tinggi tetapi kekuatan tekan yang jauh lebih rendah karena mekanisme berikut:

Pembengkokan mikro serat
Penggulungan serat
Retak matriks
Pemisahan serat/matriks
Pemisahan lapisan

Standar ASTM D3410 menyediakan metode standar untuk mengukur perilaku ini.

Pada struktur di mana komponen komposit dikenai beban tekan, kinerja tekan sangat penting. Contohnya meliputi:

Komponen struktural otomotif
Struktur pesawat terbang
Komponen kedirgantaraan
Struktur turbin angin
Bejana tekan
Peralatan olahraga
Struktur komposit industri
Panel komposit dan laminasi

Tanpa uji kompresi yang terstandarisasi, hasil dari laboratorium yang berbeda dapat bervariasi secara signifikan karena perbedaan geometri sampel, metode pembebanan, penyelarasan, dan peralatan uji. Oleh karena itu, standar ASTM D3410 membantu memberikan hasil uji yang berulang dan dapat dibandingkan.

Prinsip dasarnya relatif sederhana. Spesimen komposit ditempatkan dalam alat penekan khusus. Alat penekan tersebut memberikan gaya tekan aksial pada spesimen melalui pembebanan geser di ujung-ujung spesimen. Seiring peningkatan beban, mesin uji mencatat gaya yang diberikan dan deformasi/regangan yang sesuai. Data beban dan regangan yang dihasilkan dapat digunakan untuk membuat kurva tegangan-regangan.

Spesimen biasanya berupa sampel komposit yang relatif sempit dan pipih, dirancang agar sesuai dengan alat penekan. Karakteristik spesimen utama meliputi:

Jenis bahan
Arsitektur serat
Orientasi serat
Urutan pelapisan laminasi
tebal
lebar
panjangnya
Kondisi permukaan

Dimensi dan persiapan sampel sangat penting karena dimensi yang salah atau kerusakan dapat menyebabkan kegagalan dini dan hasil yang menyesatkan. Sampel harus bebas dari cacat berikut:

Retak
Pemisahan lapisan
Kerusakan tepi
kesenjangan
Kerusakan pemrosesan

Pengaturan pengujian tipikal mencakup hal-hal berikut:

Mesin uji universal: Mesin ini menerapkan gaya penjepit terkontrol pada sampel.
Perlengkapan kompresi: Diperlukan perlengkapan khusus untuk mentransfer beban kompresi ke sampel melalui mekanisme pembebanan geser yang sesuai.
Sel beban: Sel beban mengukur gaya yang diterapkan pada suatu sampel.
Sistem pengukuran regangan: Tergantung pada konfigurasi pengujian, regangan dapat diukur menggunakan perangkat berikut:
- meter tegangan
- Ekstensometer
- Sistem pengukuran deformasi lain yang sesuai
Sistem pengumpulan data: Sistem ini mencatat hal-hal berikut:
- Beban yang diterapkan
- Perpindahan atau regangan
- Zaman
- Parameter uji relevan lainnya

Secara umum, proses pengujian mengikuti langkah-langkah berikut:

Langkah 1 Persiapan sampel: Sampel komposit diproduksi dan diproses sesuai dimensi yang dibutuhkan. Sampel diperiksa untuk mengetahui adanya cacat yang terlihat.
Langkah 2 Pengkondisian: Sampel dapat dikondisikan di bawah kondisi lingkungan tertentu sebelum pengujian. Hal ini sangat penting untuk komposit polimer karena sifat-sifatnya dapat dipengaruhi oleh:
- suhu
- Maupun
- Penyerapan kelembaban
Langkah 3 Penyiapan perlengkapan: Sampel ditempatkan di dalam perlengkapan kompresi. Penyelarasan yang tepat sangat penting.
Langkah 4 Penerapan Beban Kompresi: Mesin uji menerapkan beban kompresi pada kecepatan yang ditentukan. Sampel dipantau secara terus menerus selama pembebanan.
Langkah 5 Patah Tulang: Beban terus diberikan hingga sampel mencapai kondisi patah tulang akibat tekanan. Mekanisme kegagalan yang umum meliputi:
- Pemintalan serat
- Pengeritingan serat
- Retak matriks
- Pemisahan lapisan
- Kegagalan pemotongan
- Penghancuran lokal
Langkah 6 Pencatatan hasil: Data beban dan regangan dianalisis untuk menentukan karakteristik tekanan yang dibutuhkan.

Memahami bagaimana sampel mengalami patahan sama pentingnya dengan mendapatkan nilai kekuatan numerik. Modus patahan yang umum meliputi:

Puntiran serat: Rotasi atau pembengkokan lokal serat di bawah tekanan.
Pembengkokan mikro serat: Ketidakstabilan serat dalam skala kecil.
Keretakan matriks: Keretakan pada matriks polimer.
Pemisahan lapisan: Pemisahan antara lapisan laminasi.
Patahan geser: Patahan yang disebabkan oleh tegangan geser yang berlebihan.
Kerusakan ujung: Kerusakan lokal di dekat ujung sampel.
Lenturan global: Ketidakstabilan sampel secara keseluruhan.

Oleh karena itu, hasil tes harus dievaluasi bersamaan dengan mode refraksi yang biasanya diamati.

Selama bertahun-tahun, organisasi kami, dengan tim yang kompeten dan berpengalaman, telah memahami kebutuhan klien, menyediakan layanan pengujian canggih yang mereka butuhkan, dan membantu mereka dalam pembentukan, implementasi, dan peningkatan sistem manajemen. Dalam kerangka kerja ini, kami juga menyediakan layanan pengujian sesuai dengan standar ASTM D3410.