ASTM D3039/D3039M Ťahové vlastnosti kompozitných materiálov s polymérnou matricou

Norma „ASTM D3039/D3039M Štandardná skúšobná metóda pre ťahové vlastnosti polymérnych kompozitných materiálov“, ktorú vyvinula Americká spoločnosť pre testovanie a materiály (ASTM), opisuje rovinné ťahové vlastnosti polymérnych kompozitných materiálov vystužených vysokomodulovými vláknami. Formy kompozitných materiálov sú obmedzené na kompozity vystužené kontinuálnymi vláknami alebo strižovými vláknami, kde je laminát vyvážený a symetrický vzhľadom na smer testu.

Na účely tejto normy sa uplatňujú pojmy a definície uvedené v norme ASTM D3878 pre vysokomodulové vlákna a ich kompozity, v norme ASTM D883 pre plasty, v norme ASTM E6 pre mechanické skúšky a v norme ASTM E456 a ASTM E177 pre štatistiku. V prípade konfliktu medzi pojmami má norma ASTM D3878 prednosť pred ostatnými normami. Okrem toho sa uplatňujú nasledujúce definície:

• Nominálna hodnota je hodnota priradená merateľnej vlastnosti, ktorá existuje iba v názve, na účely pohodlnej identifikácie. Na nominálnu hodnotu možno použiť tolerancie na definovanie prijateľného rozsahu pre danú vlastnosť.
• Prechodová oblasť je oblasť deformácie krivky napätia a deformácie alebo deformácie a deformácie, kde dochádza k významnej zmene sklonu krivky v malom intervale deformácie.
• Prechodové napätie je hodnota napätia v strednom rozsahu prechodovej oblasti medzi dvoma v podstate lineárnymi časťami dvojice lineárnych kriviek napätia a napätia alebo napätia a napätia. Mnohé vláknité kompozitné materiály vykazujú v podstate bilineárne správanie počas pôsobenia sily, ako je vidieť napríklad v grafoch pozdĺžneho napätia oproti pozdĺžnemu napätiu alebo priečneho napätia oproti pozdĺžnemu napätiu. Existuje niekoľko fyzikálnych dôvodov existencie prechodovej oblasti. Medzi bežné príklady patrí praskanie matrice pôsobením ťahovej sily a delaminácia vrstiev.

Počas skúšok sa tenký, plochý pás materiálu s konštantným obdĺžnikovým prierezom umiestni do čeľustí mechanického testovacieho stroja a monotónne sa zaťažuje ťahom, pričom sa zaznamenáva sila. Medzu pevnosti materiálu možno určiť z maximálnej sily pôsobiacej pred porušením. Ak sa namáhanie v kupóne monitoruje pomocou snímačov napätia alebo posunutia, možno určiť odozvu materiálu na napätie a deformáciu, z ktorej možno odvodiť medzu ťahového napätia, modul pružnosti v ťahu, Poissonov pomer a prechodové napätie.

Táto testovacia metóda je navrhnutá na získanie údajov o pevnosti v ťahu pre materiálové vlastnosti, výskum a vývoj, zabezpečenie kvality a návrh a analýzu konštrukcií. Medzi faktory, ktoré ovplyvňujú odozvu v ťahu, a preto sa musia uviesť, patria: materiál, metódy prípravy a umiestnenia materiálu, poradie stohovania vzoriek, príprava vzorky, kondicionovanie vzorky, testovacie prostredie, zarovnanie a priľnavosť vzorky, rýchlosť skúšky, čas pri danej teplote, obsah pórov a objemové percento výstuže.

Medzi testovacie funkcie, ktoré možno získať touto testovacou metódou, patria:

• Konečná pevnosť v ťahu
• Konečné ťahové napätie
• Modul pružnosti v ťahu akordu
• Poissonov pomer
• Prechodný stres

Intervencie sú v tejto norme opísané takto:

• Príprava materiálu a vzorky: Známymi príčinami vysokého rozptylu údajov o materiáloch v kompozitoch sú zlé postupy výroby materiálu, nedostatočná kontrola usporiadania vlákien a poškodenie nesprávnym spracovaním vzorky.
• Retencia: Vysoké percento zlyhaní súvisiacich s retenciou, najmä v kombinácii s vysokým rozptylom materiálových údajov, je indikátorom problémov s retenciou vzorky. Metódy retencie vzorky sú podrobne opísané v tejto norme.
• Zarovnanie systému: Nadmerné ohýbanie povedie k predčasnému zlyhaniu a hrubo nepresným stanoveniam modulu. Malo by sa vynaložiť maximálne úsilie na odstránenie nadmerného ohýbania zo skúšobného systému. Ohýbanie môže byť spôsobené nesprávne zarovnanými úchytkami, nesprávne upevnenými vzorkami v úchytkách alebo mimo tolerancie v dôsledku zlej prípravy vzorky. Ak existujú akékoľvek pochybnosti o zarovnaní na konkrétnom skúšobnom stroji, zarovnanie by sa malo skontrolovať podľa tejto normy.
• Vplyv hrán v laminátoch s uhlovými vrstvami: Lamináty obsahujúce vrstvy mimo osi vykazujú predčasné zlyhanie a nižšiu tvrdosť v dôsledku zmäkčenia hrán. Preto je možné pevnosť a modul laminátov s uhlovými vrstvami výrazne podceniť. Pri kváziizotropných laminátoch obsahujúcich významné vrstvy s 0 stupňami je tento vplyv menej významný.

Norma ASTM D3039/D3039M je nevyhnutná, pretože poskytuje konzistentnú a spoľahlivú metódu merania pevnostných vlastností kompozitných materiálov s polymérnou matricou v ťahu, ako sú napríklad uhlíkové vlákna alebo plasty vystužené sklenenými vláknami. Hlavné dôvody dôležitosti tejto normy sú:

• Poskytuje porovnateľné údaje: Bez štandardizovanej metódy môžu rôzne laboratóriá alebo výrobcovia používať rôzne testovacie nastavenia, veľkosti vzoriek alebo rýchlosti deformácie. Táto norma zabezpečuje, že výsledky ťahových skúšok sú opakovateľné a porovnateľné v celom odvetví.
• Podporuje návrh materiálov: Inžinieri používajú údaje z testov opísaných v tejto norme, ako je pevnosť v ťahu, modul pružnosti a Poissonov pomer, na:
  • Predpovedanie správania materiálov pri namáhaní
  • Výber vhodných materiálov pre nosné aplikácie
  • Vykonávanie analýzy porúch a posúdenia únavy
• Kontrola kvality: Výrobcovia sa spoliehajú na túto normu pri zabezpečovaní kvality a zabezpečujú, aby každá šarža kompozitného materiálu spĺňala očakávania týkajúce sa dizajnu a výkonu.
• Súlad a certifikácia: Mnohé odvetvia, najmä letecký, automobilový a obranný priemysel, vyžadujú, aby materiály a komponenty spĺňali špecifické normy. Táto norma poskytuje uznávaný štandard pre súlad s regulačnými a zákazníckymi požiadavkami.
• Bezpečnosť konštrukcie: Presným meraním pevnostných vlastností v ťahu pomáha inžinierom vyhnúť sa nedostatočnému alebo nadmernému návrhu, čím sa znižuje riziko poruchy aj zbytočnej spotreby materiálu.

Naša organizácia, ktorá už roky podporuje podniky vo všetkých sektoroch prostredníctvom širokej škály testovacích, meracích, analytických a hodnotiacich aktivít, má silný tím zamestnancov, ktorí pozorne sledujú globálny vývoj vo vede a technike a neustále sa zlepšujú. V tejto súvislosti poskytujeme aj testovacie služby v súlade s normou „ASTM D3039/D3039M Štandardná skúšobná metóda pre ťahové vlastnosti polymérnych kompozitných materiálov“.