ASTM D3039/D3039M สมบัติแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โพลิเมอร์

มาตรฐาน "ASTM D3039/D3039M วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับคุณสมบัติแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์" ซึ่งพัฒนาโดยสมาคมทดสอบและวัสดุแห่งสหรัฐอเมริกา (ASTM) อธิบายคุณสมบัติแรงดึงในระนาบของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์ที่เสริมด้วยเส้นใยโมดูลัสสูง วัสดุคอมโพสิตมีรูปแบบจำกัดเฉพาะวัสดุคอมโพสิตเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องหรือเส้นใยสั้น ซึ่งแผ่นลามิเนตมีความสมดุลและสมมาตรตามทิศทางการทดสอบ

สำหรับวัตถุประสงค์ของมาตรฐานนี้ คำศัพท์และคำจำกัดความที่กำหนดไว้ใน ASTM D3878 สำหรับเส้นใยโมดูลัสสูงและวัสดุผสม ASTM D883 สำหรับพลาสติก ASTM E6 สำหรับการทดสอบเชิงกล และ ASTM E456 และ ASTM E177 สำหรับสถิติ มีผลบังคับใช้ ในกรณีที่มีข้อขัดแย้งระหว่างคำศัพท์ ASTM D3878 จะมีอำนาจเหนือกว่ามาตรฐานอื่นๆ นอกจากนี้ คำจำกัดความต่อไปนี้ยังมีผลบังคับใช้ด้วย:

• ค่าที่กำหนด (nominal value) คือค่าที่กำหนดให้กับคุณสมบัติที่วัดได้ ซึ่งปรากฏเฉพาะในชื่อเท่านั้น เพื่อความสะดวกในการระบุ ค่าความคลาดเคลื่อนอาจถูกนำมาใช้กับค่าที่กำหนดเพื่อกำหนดช่วงที่ยอมรับได้สำหรับคุณสมบัตินั้น
• บริเวณเปลี่ยนผ่านคือบริเวณความเครียดของเส้นโค้งความเค้น-ความเครียดหรือความเครียด-ความเครียด ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในความชันของเส้นโค้งจะเกิดขึ้นในช่วงความเครียดขนาดเล็ก
• ความเครียดทรานซิชัน คือค่าความเครียดในช่วงกลางของช่วงทรานซิชันระหว่างส่วนเชิงเส้นสองส่วนของเส้นโค้งความเค้น-ความเครียดเชิงเส้น หรือ ความเครียด-ความเครียด วัสดุคอมโพสิตแบบเส้นใยหลายชนิดแสดงพฤติกรรมแบบสองเส้นโดยพื้นฐานระหว่างแรงที่ใช้ ดังเช่นที่เห็นในกราฟของความเค้นตามยาวเทียบกับความเครียดตามยาว หรือความเครียดตามขวางเทียบกับความเครียดตามยาว มีเหตุผลทางกายภาพหลายประการที่ทำให้เกิดช่วงทรานซิชัน ตัวอย่างที่พบบ่อย ได้แก่ การแตกร้าวของเมทริกซ์ภายใต้แรงดึง และการแยกชั้นของชั้น

ในระหว่างการทดสอบ จะมีการนำแผ่นวัสดุแบนบางที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าคงที่มาวางไว้ในด้ามจับของเครื่องทดสอบเชิงกล และรับแรงดึงแบบโมโนโทนิกในขณะที่บันทึกแรง ความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุสามารถคำนวณได้จากแรงสูงสุดที่คงอยู่ก่อนเกิดการแตกหัก หากตรวจสอบความเค้นคูปองด้วยตัวแปลงสัญญาณแรงดึงหรือตัววัดการเคลื่อนตัว จะสามารถคำนวณการตอบสนองของความเค้น-ความเครียดของวัสดุ ซึ่งจากนั้นสามารถหาค่าความเค้นดึงสูงสุด โมดูลัสแรงดึงของความยืดหยุ่น อัตราส่วนปัวซอง และความเค้นทรานซิชันได้

วิธีทดสอบนี้ออกแบบมาเพื่อสร้างข้อมูลสมบัติแรงดึงสำหรับคุณสมบัติของวัสดุ การวิจัยและพัฒนา การประกันคุณภาพ และการออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้าง ปัจจัยที่มีผลต่อการตอบสนองแรงดึงและจำเป็นต้องรายงาน ได้แก่ วัสดุ วิธีการเตรียมและวางวัสดุ ลำดับการเรียงซ้อนตัวอย่าง การเตรียมตัวอย่าง การปรับสภาพตัวอย่าง สภาพแวดล้อมในการทดสอบ การจัดแนวและการจับยึดตัวอย่าง ความเร็วในการทดสอบ เวลาที่อุณหภูมิ ปริมาณช่องว่าง และเปอร์เซ็นต์ของเหล็กเสริม

คุณสมบัติที่เน้นการทดสอบที่สามารถได้รับจากวิธีการทดสอบนี้ ได้แก่:

• ความแข็งแรงแรงดึงสูงสุด
• แรงดึงสูงสุด
• โมดูลัสยืดหยุ่นของคอร์ดแรงดึง
• อัตราส่วนปัวซอง
• ความเครียดในช่วงเปลี่ยนผ่าน

การแทรกแซงมีอธิบายไว้ในมาตรฐานนี้ดังนี้:

• การเตรียมวัสดุและตัวอย่าง: แนวทางการผลิตวัสดุที่ไม่ดี การขาดการควบคุมการจัดตำแหน่งของเส้นใย และความเสียหายจากการประมวลผลคูปองที่ไม่เหมาะสม เป็นสาเหตุทราบกันดีว่าข้อมูลวัสดุที่กระจัดกระจายในวัสดุผสมมีจำนวนมาก
• การคงสภาพ: ความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการคงสภาพมีเปอร์เซ็นต์สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับการกระจายตัวของข้อมูลวัสดุในปริมาณสูง บ่งชี้ถึงปัญหาการคงสภาพตัวอย่าง วิธีการคงสภาพตัวอย่างจะอธิบายโดยละเอียดในมาตรฐานนี้
• การจัดวางระบบ: การดัดงอที่มากเกินไปจะนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรและการกำหนดค่าโมดูลัสที่ไม่แม่นยำอย่างมาก ควรพยายามอย่างเต็มที่เพื่อกำจัดการดัดงอที่มากเกินไปออกจากระบบทดสอบ การดัดงออาจเกิดจากการจัดวางตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง การติดตั้งชิ้นงานในการจัดวางตำแหน่งไม่ถูกต้อง หรือความคลาดเคลื่อนจากการเตรียมชิ้นงานที่ไม่ดี หากมีข้อสงสัยเกี่ยวกับการจัดวางบนเครื่องทดสอบใด ๆ ควรตรวจสอบการจัดวางตำแหน่งตามที่ได้อธิบายไว้ในมาตรฐานนี้
• ผลกระทบด้านขอบในแผ่นลามิเนตชั้นมุม: แผ่นลามิเนตที่มีชั้นนอกแกนจะเกิดการแตกหักก่อนเวลาอันควรและมีความแข็งต่ำกว่าเนื่องจากขอบอ่อนตัวลง ดังนั้น ความแข็งแรงและโมดูลัสของแผ่นลามิเนตชั้นมุมจึงอาจต่ำกว่าความเป็นจริงอย่างมาก สำหรับแผ่นลามิเนตกึ่งไอโซทรอปิกที่มีชั้น 0 องศาอย่างมีนัยสำคัญ ผลกระทบดังกล่าวจะมีนัยสำคัญน้อยกว่า

มาตรฐาน ASTM D3039/D3039M มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นวิธีการที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ในการวัดสมบัติแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์ เช่น คาร์บอนไฟเบอร์หรือพลาสติกเสริมแรงไฟเบอร์กลาส เหตุผลหลักที่ทำให้มาตรฐานนี้มีความสำคัญ ได้แก่:

• ให้ข้อมูลเปรียบเทียบ: หากไม่มีวิธีการมาตรฐาน ห้องปฏิบัติการหรือผู้ผลิตที่แตกต่างกันอาจใช้รูปแบบการทดสอบ ขนาดตัวอย่าง หรืออัตราความเครียดที่แตกต่างกัน มาตรฐานนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลการทดสอบแรงดึงสามารถทำซ้ำได้และเปรียบเทียบได้ทั่วทั้งอุตสาหกรรม
• รองรับการออกแบบวัสดุ: วิศวกรใช้ข้อมูลจากการทดสอบที่อธิบายไว้ในมาตรฐานนี้ เช่น ความแข็งแรงแรงดึง โมดูลัสของความยืดหยุ่น และอัตราส่วนปัวซอง เพื่อ:
  • การคาดการณ์ว่าวัสดุจะมีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้ความกดดัน
  • การเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานรับน้ำหนัก
  • การดำเนินการวิเคราะห์ความล้มเหลวและการประเมินความล้า
• การควบคุมคุณภาพ: ผู้ผลิตพึ่งพามาตรฐานนี้ในการรับรองคุณภาพ เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุคอมโพสิตแต่ละชุดตรงตามความคาดหวังด้านการออกแบบและประสิทธิภาพ
• การปฏิบัติตามข้อกำหนดและการรับรอง: อุตสาหกรรมหลายประเภท โดยเฉพาะอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และการป้องกันประเทศ กำหนดให้วัสดุและส่วนประกอบต้องเป็นไปตามมาตรฐานเฉพาะ มาตรฐานนี้เป็นเกณฑ์มาตรฐานที่ได้รับการยอมรับสำหรับการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบและข้อกำหนดของลูกค้า
• ความปลอดภัยของโครงสร้าง: การวัดคุณสมบัติแรงดึงอย่างแม่นยำช่วยให้วิศวกรหลีกเลี่ยงการออกแบบที่ต่ำเกินไปหรือมากเกินไป ซึ่งช่วยลดทั้งความเสี่ยงต่อความล้มเหลวและการใช้วัสดุที่ไม่จำเป็น

องค์กรของเราให้การสนับสนุนธุรกิจในทุกภาคส่วนมายาวนาน ผ่านกิจกรรมการทดสอบ การวัด การวิเคราะห์ และการประเมินที่หลากหลาย เรามีทีมงานที่แข็งแกร่งซึ่งติดตามความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับโลกอย่างใกล้ชิดและพัฒนาตนเองอย่างต่อเนื่อง ในส่วนนี้ เรายังให้บริการทดสอบตามมาตรฐาน "ASTM D3039/D3039M วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับสมบัติแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์"