ASTM D3039/D3039M Draghållfasthetsegenskaper hos polymermatriskompositmaterial

Standarden "ASTM D3039/D3039M Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials", utvecklad av American Society for Testing and Materials (ASTM), beskriver draghållfasthetsegenskaperna i planet hos polymermatriskompositmaterial förstärkta med högmodulfibrer. Kompositmaterialformer är begränsade till kompositer förstärkta med kontinuerliga fibrer eller stapelfibrer där laminatet är balanserat och symmetriskt i förhållande till testriktningen.

I denna standard gäller termerna och definitionerna i ASTM D3878 för högmodulfibrer och deras kompositer, ASTM D883 för plaster, ASTM E6 för mekanisk provning samt ASTM E456 och ASTM E177 för statistik. Vid konflikt mellan termer har ASTM D3878 företräde framför de andra standarderna. Dessutom gäller följande definitioner:

• Ett nominellt värde avser ett värde som tilldelats en mätbar egenskap som endast existerar i namn, i syfte att underlätta identifiering. Toleranser kan tillämpas på ett nominellt värde för att definiera ett acceptabelt intervall för egenskapen.
• Övergångsregionen är ett töjningsområde i en spänning-töjning- eller töjning-töjningskurva där en signifikant förändring i kurvans lutning sker över ett litet töjningsintervall.
• Övergångstöjningen är töjningsvärdet i mitten av övergångsområdet mellan två väsentligen linjära delar av ett par linjära spänning-töjnings- eller töjnings-töjningskurvor. Många filamentösa kompositmaterial uppvisar väsentligen bilinjärt beteende under kraftapplicering, vilket till exempel ses i grafer över longitudinell spänning kontra longitudinell töjning eller tvärgående töjning kontra longitudinell töjning. Det finns flera fysikaliska orsaker till existensen av ett övergångsområde. Vanliga exempel inkluderar matrissprickbildning under dragkraft och lagerdelaminering.

Under testerna placeras en tunn, platt materialremsa med konstant rektangulär tvärsnitt i greppen på en mekanisk testmaskin och belastas monotont med spänning medan kraften registreras. Materialets brottgräns kan bestämmas utifrån den maximala kraft som upprätthölls före brott. Om kupongspänningen övervakas med spännings- eller förskjutningsgivare kan materialets spännings-töjningsrespons bestämmas, från vilken den brottgränsande dragspänningen, dragelasticitetsmodulen, Poissons förhållande och övergångsspänningen kan härledas.

Denna testmetod är utformad för att producera data om draghållfasthet för materialegenskaper, forskning och utveckling, kvalitetssäkring samt strukturell design och analys. Faktorer som påverkar draghållfastheten och därför måste rapporteras inkluderar: material, materialberedning och placeringsmetoder, provstaplingsordning, provberedning, provkonditionering, testmiljö, provuppriktning och grepp, testhastighet, tid vid temperatur, porhalt och volymprocent armering.

Testorienterade funktioner som kan erhållas från denna testmetod inkluderar:

• Ultimat draghållfasthet
• Ultimat dragspänning
• Draghållfasthetsmodul för strängkorda
• Poissons förhållande
• Övergångsstress

Interventioner beskrivs i denna standard enligt följande:

• Material- och provberedning: Dåliga materialtillverkningsmetoder, bristande kontroll över fiberjustering och skador från felaktig provbitsbearbetning är kända orsaker till hög spridning av materialdata i kompositer.
• Retention: En hög andel retentionsrelaterade fel, särskilt i kombination med hög spridning av materialdata, är en indikation på problem med provretention. Metoder för provretention diskuteras i detalj i denna standard.
• Systemuppriktning: Överdriven böjning leder till förtida fel och grovt felaktiga modulbestämningar. Alla ansträngningar bör göras för att eliminera överdriven böjning från testsystemet. Böjning kan orsakas av feljusterade grepp, prover som är felaktigt monterade i greppen eller utanför toleransen på grund av dålig provberedning. Om det råder någon tvekan om uppriktningen på en viss testmaskin bör uppriktningen kontrolleras enligt beskrivningen i denna standard.
• Kanteffekter i vinkelskiktslaminat: Laminat som innehåller lager utanför axeln uppvisar för tidigt brott och lägre hårdhet på grund av kantmjukning. Därför kan hållfastheten och modulen hos vinkelskiktslaminat underskattas avsevärt. För kvasi-isotropa laminat som innehåller betydande 0-graders lager är effekten mindre signifikant.

ASTM D3039/D3039M-standarden är viktig eftersom den tillhandahåller en konsekvent och tillförlitlig metod för att mäta draghållfasthetsegenskaperna hos polymermatriskompositmaterial, såsom kolfiber eller glasfiberförstärkta plaster. De främsta skälen till denna standards betydelse är:

• Ger jämförbara data: Utan en standardiserad metod kan olika laboratorier eller tillverkare använda olika testuppställningar, provstorlekar eller töjningshastigheter. Denna standard säkerställer att dragprovningsresultaten är repeterbara och jämförbara inom branschen.
• Stödjer materialdesign: Ingenjörer använder data från de tester som beskrivs i denna standard, såsom draghållfasthet, elasticitetsmodul och Poissons förhållande, för att:
  • Att förutsäga hur material kommer att bete sig under stress
  • Val av lämpliga material för bärande applikationer
  • Utföra felanalyser och utmattningsbedömningar
• Kvalitetskontroll: Tillverkare förlitar sig på denna standard för kvalitetssäkring och säkerställer att varje parti kompositmaterial uppfyller design- och prestandaförväntningarna.
• Efterlevnad och certifiering: Många industrier, särskilt flyg-, fordons- och försvarsindustrin, kräver att material och komponenter uppfyller specifika standarder. Denna standard ger ett erkänt riktmärke för efterlevnad av myndighets- och kundkrav.
• Strukturell säkerhet: Genom att noggrant mäta draghållfasthetsegenskaper hjälper det ingenjörer att undvika under- eller överdimensionering, vilket minskar både risken för fel och onödig materialanvändning.

Vår organisation, som i åratal har stöttat företag inom alla sektorer genom ett brett utbud av test-, mät-, analys- och utvärderingsaktiviteter, har ett starkt team av medarbetare som noggrant följer den globala utvecklingen inom vetenskap och teknik och ständigt förbättrar sig. I detta sammanhang tillhandahåller vi även testtjänster i enlighet med standarden "ASTM D3039/D3039M Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials".