EN ISO 14130 Композиты из армированного волокном пластика — Определение кажущейся межслойной прочности на сдвиг методом короткого луча

Стандарт «EN ISO 14130 Композиты из армированного волокном пластика — Определение кажущейся межслойной прочности на сдвиг методом короткого луча», разработанный Международной организацией по стандартизации (ISO) и впоследствии опубликованный в качестве европейского стандарта в рамках усилий по гармонизации, описывает процедуру определения кажущейся межслойной прочности на сдвиг композитов из армированного волокном пластика методом короткого луча. Этот метод подходит для использования в композитах из армированного волокном пластика с термореактивными или термопластичными матрицами при условии достижения межслойного разрушения при сдвиге.

При использовании материалов, отличных от асимметричных и несбалансированных ламинированных материалов, на результаты могут влиять различные факторы, такие как удлинение/изгиб и скручивание. Этот метод не подходит для определения проектных параметров, но может использоваться для отбора материалов или в качестве теста контроля качества.

В принципе, стержень прямоугольного сечения подвергается изгибу, как простая балка, что приводит к межслойному сдвиговому разрушению. Стержень опирается на две опоры, а нагрузка прикладывается через нагрузочный элемент, расположенный посередине между опорами.

Данный тест по своей природе аналогичен методу трехточечной нагрузки (стандарт ISO 14125), используемому для определения изгибных свойств пластмасс. Однако для повышения уровня касательного напряжения относительно изгибного напряжения в образце и стимулирования межслойного сдвигового разрушения используется меньшее отношение длины пролета к толщине образца.

Подчеркивается, что полученный результат не является абсолютной величиной. Поэтому для описания измеряемой величины используется термин «кажущаяся межслойная прочность на сдвиг». Результаты испытаний, полученные на образцах разных размеров или образцах, испытанных в разных условиях, не являются непосредственно сопоставимыми.

Стандарт EN ISO 14130 относится к серии методов испытаний армированных волокном пластиковых композитов, широко используемых в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная, морская, ветроэнергетика и производство спортивного оборудования.

Данный стандарт определяет стандартизированную процедуру определения кажущейся межслойной прочности на сдвиг (межслойной прочности на сдвиг) армированных волокнами пластиковых композитов с использованием испытаний на сдвиг на коротком брусе (также известных как метод короткого бруса или испытание на трехточечный изгиб на коротком пролете).

В этом испытании создаются касательные напряжения путем приложения нагрузки в трехточечной конфигурации изгиба с намеренно малым зазором между слоями (ламинатами) композитного материала. Такая конфигурация способствует разрушению за счет межслойного сдвига, а не изгиба (скручивания) или сжатия внешних волокон.

Основные особенности этого метода заключаются в следующем:

• Принцип: Небольшой прямоугольный образец балки (вырезанный из ламинированной пластины) помещается на две опоры и нагружается с центрального конца до разрушения.
• Примерная геометрия: Типичное соотношение пролета к толщине невелико (приблизительно от 4:1 до 5:1), что максимизирует касательное напряжение по сравнению с изгибающим напряжением.
• Применимые материалы: армированные волокном пластмассы с термореактивными или термопластичными матрицами (например, стекловолокно/эпоксидная смола, углеродное волокно/эпоксидная смола, арамидные композиты).
• Расчетное значение: Кажущаяся межслойная прочность на сдвиг рассчитывается по формуле, приведенной в стандарте (это классический подход теории балок для определения максимального касательного напряжения в короткой балке).
• Важное замечание: полученное значение называется кажущейся межслойной прочностью на сдвиг, поскольку распределение напряжений не является абсолютно чистым сдвигом (присутствуют также некоторые изгибающие напряжения). Поэтому результаты не предназначены для получения окончательных разрешений на проектирование или для проведения расчетов несущих конструкций. Вместо этого они очень полезны для:
• Отбор и сравнение материалов
• Контроль качества на этапе производства.
• Контроль за согласованностью действий сторон.
• Оценка воздействия обработки, условий окружающей среды или повреждений.

Схема проведения испытаний следующая:

• Универсальная испытательная машина с трехточечным зажимным приспособлением для изгиба (для опор и нагружающего конца заданы определенные диаметры цилиндров).
• Точное измерение размеров образца, скорости загрузки и условий окружающей среды.
• Необходимо проверить характер разрушения: достоверные результаты должны указывать на межслойное сдвиговое разрушение (расслоение), а не на раздавливание, растяжение подслоя или деформацию.

К стандартам, тесно связанным с данным стандартом, относятся:

• Стандартный метод испытаний ASTM D2344/D2344M для определения прочности на изгиб полимерных композитных материалов и ламинатов.
• ISO 14125 Волокнисто-армированные пластиковые композиты — Определение характеристик изгиба.
• Серия стандартов EN 2562 «Авиационная промышленность» — Углеволокнистые армированные пластмассы — Однонаправленные ламинаты — Испытание на изгиб параллельно направлению волокон.
• Серия стандартов EN 2563 для аэрокосмической отрасли - Углеволокнистые армированные пластмассы - Однонаправленные ламинаты - Определение кажущейся межслойной прочности на сдвиг.

Этот тест остается одним из наиболее распространенных и экономически эффективных способов оценки характеристик межслойного (по толщине) ламинированных композитов, особенно в целях обеспечения качества.

Вкратце, EN ISO 14130 — это международный стандарт, определяющий метод определения кажущейся межслойной прочности на сдвиг волокнистых пластиковых композитов с использованием испытаний на сдвиг короткого бруса. Этот стандарт широко используется в аэрокосмической, автомобильной, морской и строительной отраслях для оценки качества сцепления между слоями ламината.

Основная цель стандарта EN ISO 14130 — измерение сопротивления слоистых композитных материалов межслойному сдвиговому разрушению. В волокнистых композитах разрушение обычно происходит между слоями (расслоение), а не в самих волокнах. Этот тест представляет собой быстрый метод оценки:

• прочность межслойной связи
• Качество производства ламината
• Влияние смоляных систем
• Влияние производственных дефектов

Благодаря относительно небольшому размеру образца, этот метод полезен для контроля качества и сравнения материалов.

В этом стандарте используется конфигурация трехточечного изгиба с очень короткой длиной пролета. При нагружении балки распределение напряжений вызывает высокое касательное напряжение между слоями ламината, что приводит к межслойному сдвиговому разрушению раньше, чем к нормальному изгибному разрушению.

Стандарт EN ISO 14130 широко используется при оценке следующих параметров:

• Композиты из углеродного волокна
• Армированные стекловолокном пластмассы
• Арамидные волокнистые композиты
• Термореактивные и термопластичные композитные ламинаты

Типичные области применения:

• Авиационные конструкции
• Автомобильные композитные компоненты
• Лопасти ветряной турбины
• Морские композитные конструкции
• спортивное оборудование

На протяжении многих лет наша организация, располагающая компетентным и опытным персоналом, понимает потребности своих клиентов, предоставляет им необходимые передовые услуги по тестированию и помогает в создании, внедрении и совершенствовании систем управления. В рамках этой деятельности мы также предоставляем услуги по тестированию в соответствии со стандартом EN ISO 14130.