ASTM D3410 通过剪切载荷测量聚合物基复合材料的压缩性能

ASTM D3410 通过剪切载荷测量聚合物基复合材料的压缩性能

美国材料与试验协会 (ASTM) 制定的 ASTM D3410 标准试验方法,用于测定无支撑测量截面聚合物基复合材料的压缩性能的剪切载荷,描述了一种测定高模量纤维增强聚合物基复合材料面内压缩性能的试验方法。

ASTM D3410 通过剪切载荷测量聚合物基复合材料的压缩性能

复合材料的形式仅限于连续或不连续纤维增强复合材料,其弹性性能相对于测试方向具有正交各向异性。该测试程序通过在楔形夹持界面处施加剪切力来对试样施加压缩力。这种力传递方式与以下程序不同:

  • ASTM D695 标准测试方法,其中通过端部加载将压缩力传递到样品。
  • ASTM D6641 标准测试方法,其中压缩力通过剪切和端部加载的组合传递。
  • ASTM D5467 标准测试方法,通过对薄涂层蜂窝芯夹层梁进行四点弯曲来传递压缩力。

本测试方法适用于由单向带材、湿法纤维插入材料、纺织品(例如织物)、短纤维或类似产品形式制成的复合材料。某些产品形式可能需要对测试方法进行一些调整。

本测试方法旨在生成材料性能、研发、质量保证以及结构设计与分析所需的抗压强度数据。影响抗压响应并因此需要报告的因素包括:材料、材料制备和分层方法、试样堆叠顺序、试样制备、试样调节、测试环境、试样对准和夹持、测试速度、保温时间、孔隙率和体积增强百分比。本测试方法可获得的测试方向性特征包括:

  • 极限抗压强度
  • 极限压缩应变
  • 压缩(线弹性模量或梁弹性模量)
  • 压力下的泊松比
  • 过渡应变

ASTM D3410 是一种用于测定聚合物基复合材料压缩性能的标准测试方法。对于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和其他增强聚合物复合材料而言,该方法尤为重要,因为压缩强度和压缩模量是关键的设计性能。该标准提供了一种受控的实验室程序,用于对复合材料样品施加压缩载荷并测量其直至断裂的响应。

本文所述的测试方法主要针对具有连续或不连续纤维的聚合物基复合材料。与直接压缩试样尖端的传统压缩试验不同,ASTM D3410 标准采用夹具,通过对试样尖端施加剪切载荷来施加压缩载荷。这种方法有助于缓解传统压缩试验的一些问题,特别是试样尖端压碎和不稳定等问题。

ASTM D3410 标准的主要目的是定义复合材料的基本压缩性能。这些性能包括:

  • 抗压强度
  • 断裂处的压缩应变
  • 压力模块
  • 应力-应变行为
  • 断裂特性

这些特性非常重要,因为复合材料在拉伸和压缩下的表现可能截然不同。例如,碳纤维复合材料可能具有极高的拉伸强度,但由于以下机制,其压缩强度可能显著降低:

  • 纤维微弯曲
  • 纤维卷绕
  • 基体开裂
  • 纤维/基质分离
  • 层分离

ASTM D3410 标准提供了一种测量这种行为的标准化方法。

在复合材料构件承受压缩载荷的结构中,其抗压性能至关重要。例如:

  • 汽车结构件
  • 飞机结构
  • 航空航天部件
  • 风力涡轮机结构
  • 压力容器
  • 运动装备
  • 工业复合结构
  • 复合板材和层压板

如果没有标准化的压缩试验,由于样品几何形状、加载方法、对准方式和试验设备的差异,不同实验室的试验结果可能会有显著差异。因此,ASTM D3410 标准有助于提供可重复且可比较的试验结果。

基本原理相对简单。将复合材料试样置于特制的压缩夹具中。该夹具通过在试样两端施加剪切载荷,对试样施加轴向压缩力。随着载荷的增加,试验机记录施加的力和相应的变形/应变。所得的载荷和应变数据可用于构建应力-应变曲线。

试样通常为相对较窄、扁平的复合材料样品,设计用于安装在压缩夹具中。试样的主要特征包括:

  • 材质类型
  • 光纤架构
  • 纤维取向
  • 层压板层叠顺序
  • 厚
  • Genişlik
  • 长
  • 表面状况

样品尺寸和制备至关重要,因为尺寸不正确或损坏会导致样品过早失效和产生误导性结果。样品必须无以下缺陷:

  • 裂缝
  • 层分离
  • 边缘损伤
  • 空白
  • 加工损伤

典型的测试设置包括以下部分:

  • 万能试验机:该机器对样品施加可控的夹紧力。
  • 压缩夹具:需要一种特殊的夹具,通过合适的剪切加载机构将压缩载荷传递到样品上。
  • 称重传感器:称重传感器测量施加在样品上的力。
  • 应变测量系统:根据测试配置的不同,可以使用以下设备测量应变:
    • 电压表
    • 伸长计
    • 其他合适的变形测量​​系统
  • 数据采集​​系统:该系统记录以下内容:
    • 施加的载荷
    • 位移或应变
    • 扎曼
    • 其他相关测试参数

一般来说,测试过程遵循以下步骤:

  • 第一步:样品制备:制备复合材料样品并加工成所需尺寸。检查样品是否存在可见缺陷。
  • 步骤 2:调节:样品可在测试前于指定的环境条件下进行调节。这对于聚合物复合材料尤为重要,因为其性能会受到以下因素的影响:
    • 温度
    • 也不
    • 吸湿性
  • 步骤三:夹具设置:将样品放置在压缩夹具中。正确对准至关重要。
  • 步骤 4 施加压缩载荷:试验机以指定速度施加压缩载荷。加载过程中,对试样进行持续监测。
  • 步骤 5 断裂:继续施加载荷直至试样达到压缩断裂状态。典型的失效机制可能包括:
    • 纤维捻合
    • 纤维卷曲
    • 基体开裂
    • 层分离
    • 切削失败
    • 本地破碎
  • 步骤 6 记录结果:分析载荷和应变数据,以确定所需的压力特性。

了解试样的断裂方式与获得数值强度值同等重要。常见的断裂模式包括:

  • 纤维扭曲:纤维在压缩作用下发生的局部旋转或弯曲。
  • 纤维微弯曲:纤维的小尺度不稳定性。
  • 基体开裂:聚合物基体开裂。
  • 层间分离:层压板层之间的分离。
  • 剪切断裂:由过大的剪切应力引起的断裂。
  • 尖端压碎:样品尖端附近的局部损伤。
  • 整体弯曲:样品整体不稳定。

因此,应结合通常观察到的折射模式来评估测试结果。

多年来,凭借我们经验丰富的专业团队,我们始终关注客户需求,提供先进的测试服务,并协助客户建立、实施和改进管理体系。在此框架下,我们也提供符合 ASTM D3410 标准的测试服务。

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