ASTM D3039/D3039M Tính chất kéo của vật liệu composite nền polyme

Tiêu chuẩn "Phương pháp Thử nghiệm Tiêu chuẩn ASTM D3039/D3039M về Tính chất Kéo của Vật liệu Composite Nền Polymer", do Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) phát triển, mô tả các tính chất kéo trong mặt phẳng của vật liệu composite nền polymer được gia cường bằng sợi có mô đun đàn hồi cao. Hình dạng vật liệu composite được giới hạn ở composite gia cường bằng sợi liên tục hoặc sợi ngắn, trong đó lớp vật liệu nhiều lớp cân bằng và đối xứng theo hướng thử nghiệm.

Trong phạm vi tiêu chuẩn này, các thuật ngữ và định nghĩa được nêu trong ASTM D3878 về sợi mô đun cao và vật liệu composite của chúng, ASTM D883 về nhựa, ASTM E6 về thử nghiệm cơ học, và ASTM E456 và ASTM E177 về thống kê được áp dụng. Trong trường hợp có sự xung đột giữa các thuật ngữ, ASTM D3878 sẽ được ưu tiên áp dụng hơn các tiêu chuẩn khác. Ngoài ra, các định nghĩa sau đây cũng được áp dụng:

Giá trị danh nghĩa là giá trị được gán cho một thuộc tính đo lường chỉ tồn tại trên danh nghĩa, nhằm mục đích nhận dạng thuận tiện. Dung sai có thể được áp dụng cho một giá trị danh nghĩa để xác định phạm vi chấp nhận được cho thuộc tính đó.
Vùng chuyển tiếp là vùng biến dạng của đường cong ứng suất-biến dạng hoặc biến dạng-biến dạng, tại đó có sự thay đổi đáng kể về độ dốc của đường cong trong một khoảng biến dạng nhỏ.
Biến dạng chuyển tiếp là giá trị biến dạng nằm giữa khoảng giữa của vùng chuyển tiếp giữa hai phần tuyến tính của một cặp đường cong ứng suất-biến dạng hoặc biến dạng-biến dạng tuyến tính. Nhiều vật liệu composite dạng sợi thể hiện hành vi song tuyến tính khi chịu lực, ví dụ như trong biểu đồ ứng suất dọc so với biến dạng dọc hoặc biến dạng ngang so với biến dạng dọc. Có một số lý do vật lý cho sự tồn tại của vùng chuyển tiếp. Các ví dụ phổ biến bao gồm nứt ma trận dưới lực kéo và tách lớp.

Trong quá trình thử nghiệm, một dải vật liệu mỏng, phẳng có tiết diện hình chữ nhật không đổi được đặt vào tay cầm của máy thử cơ học và chịu tải kéo đơn điệu trong khi ghi lại lực. Độ bền cực đại của vật liệu có thể được xác định từ lực cực đại chịu được trước khi phá hủy. Nếu ứng suất coupon được theo dõi bằng các đầu dò kéo hoặc chuyển vị, có thể xác định phản ứng ứng suất-biến dạng của vật liệu, từ đó có thể suy ra ứng suất kéo cực đại, mô đun đàn hồi kéo, hệ số Poisson và ứng suất chuyển tiếp.

Phương pháp thử nghiệm này được thiết kế để tạo ra dữ liệu về đặc tính chịu kéo cho các đặc tính vật liệu, nghiên cứu và phát triển, đảm bảo chất lượng, thiết kế và phân tích kết cấu. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng chịu kéo và do đó phải được báo cáo bao gồm: vật liệu, phương pháp chuẩn bị và đặt vật liệu, thứ tự xếp chồng mẫu, chuẩn bị mẫu, điều kiện mẫu, môi trường thử nghiệm, căn chỉnh và độ bám của mẫu, tốc độ thử nghiệm, thời gian ở nhiệt độ, hàm lượng lỗ rỗng và tỷ lệ phần trăm thể tích cốt thép.

Các tính năng hướng đến thử nghiệm có thể thu được từ phương pháp thử nghiệm này bao gồm:

Độ bền kéo cực đại
Ứng suất kéo cực đại
Mô đun đàn hồi dây kéo
Poisson oranı
Căng thẳng chuyển tiếp

Các biện pháp can thiệp được mô tả trong tiêu chuẩn này như sau:

Chuẩn bị vật liệu và mẫu: Thực hành sản xuất vật liệu kém, thiếu kiểm soát về sự liên kết sợi và hư hỏng do xử lý phiếu không đúng cách là những nguyên nhân đã biết gây ra tình trạng phân tán dữ liệu vật liệu cao trong vật liệu composite.
Lưu giữ: Tỷ lệ lỗi liên quan đến lưu giữ cao, đặc biệt khi kết hợp với độ phân tán dữ liệu vật liệu cao, là dấu hiệu cho thấy có vấn đề về lưu giữ mẫu. Các phương pháp lưu giữ mẫu được thảo luận chi tiết trong tiêu chuẩn này.
Căn chỉnh hệ thống: Uốn cong quá mức sẽ dẫn đến hỏng sớm và kết quả xác định mô đun đàn hồi không chính xác. Cần nỗ lực hết sức để loại bỏ hiện tượng uốn cong quá mức khỏi hệ thống thử nghiệm. Hiện tượng uốn cong có thể do kẹp không thẳng hàng, mẫu thử được lắp không đúng cách vào kẹp, hoặc vượt quá dung sai do chuẩn bị mẫu kém. Nếu có bất kỳ nghi ngờ nào về độ thẳng hàng trên một máy thử nghiệm cụ thể, cần kiểm tra độ thẳng hàng như đã thảo luận trong tiêu chuẩn này.
Hiệu ứng cạnh trong các tấm laminate lớp góc: Các tấm laminate chứa các lớp lệch trục bị hỏng sớm và độ cứng thấp hơn do các cạnh bị mềm. Do đó, cường độ và mô đun đàn hồi của các tấm laminate lớp góc có thể bị đánh giá thấp đáng kể. Đối với các tấm laminate bán đẳng hướng chứa nhiều lớp 0 độ, hiệu ứng này ít đáng kể hơn.

Tiêu chuẩn ASTM D3039/D3039M rất cần thiết vì nó cung cấp một phương pháp nhất quán và đáng tin cậy để đo các đặc tính chịu kéo của vật liệu composite nền polyme, chẳng hạn như sợi carbon hoặc nhựa gia cường sợi thủy tinh. Những lý do chính cho tầm quan trọng của tiêu chuẩn này là:

Cung cấp dữ liệu so sánh: Nếu không có phương pháp chuẩn hóa, các phòng thí nghiệm hoặc nhà sản xuất khác nhau có thể sử dụng các thiết lập thử nghiệm, kích thước mẫu hoặc tốc độ biến dạng khác nhau. Tiêu chuẩn này đảm bảo kết quả thử nghiệm kéo có thể lặp lại và so sánh được trong toàn ngành.
Hỗ trợ thiết kế vật liệu: Các kỹ sư sử dụng dữ liệu từ các thử nghiệm được mô tả trong tiêu chuẩn này, chẳng hạn như độ bền kéo, mô đun đàn hồi và hệ số Poisson, để:
- Dự đoán vật liệu sẽ hoạt động như thế nào dưới ứng suất
- Lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng chịu tải
- Thực hiện phân tích lỗi và đánh giá độ mỏi
Kiểm soát chất lượng: Các nhà sản xuất dựa vào tiêu chuẩn này để đảm bảo chất lượng, đảm bảo rằng mỗi lô vật liệu composite đều đáp ứng được kỳ vọng về thiết kế và hiệu suất.
Tuân thủ và chứng nhận: Nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là hàng không vũ trụ, ô tô và quốc phòng, yêu cầu vật liệu và linh kiện phải đáp ứng các tiêu chuẩn cụ thể. Tiêu chuẩn này cung cấp một chuẩn mực được công nhận về việc tuân thủ các yêu cầu của quy định và khách hàng.
An toàn kết cấu: Bằng cách đo chính xác các đặc tính chịu kéo, công nghệ này giúp các kỹ sư tránh thiết kế quá mức hoặc quá thấp, giảm nguy cơ hỏng hóc và sử dụng vật liệu không cần thiết.

Tổ chức của chúng tôi, với nhiều năm kinh nghiệm hỗ trợ các doanh nghiệp trên mọi lĩnh vực thông qua nhiều hoạt động thử nghiệm, đo lường, phân tích và đánh giá, sở hữu đội ngũ nhân viên hùng hậu, luôn theo sát sự phát triển khoa học công nghệ toàn cầu và không ngừng cải tiến. Trong bối cảnh này, chúng tôi cũng cung cấp dịch vụ thử nghiệm theo tiêu chuẩn "ASTM D3039/D3039M Standard Test Method for Tenile Properties of Polymer Matrix Composite Materials" (Phương pháp thử tiêu chuẩn ASTM D3039/D3039M về tính chất kéo của vật liệu composite nền polyme).