ASTM D6641/D6641M 聚合物基复合材料的压缩性能

美国材料与试验协会（ASTM）制定的标准《ASTM D6641/D6641M 使用组合载荷-压缩（CLC）试验工装的聚合物基复合材料压缩性能标准试验方法》描述了使用组合载荷-压缩（CLC）试验工装对聚合物基复合材料的压缩强度和硬度性能进行测试的方法。该试验方法适用于一般均衡对称的复合材料。

根据需要，试样可以是无标签（方法A）或带标签（方法B）。测试成功的前提是试样末端在测试过程中不会被压坏。无标签试样通常适用于低正交各向异性材料，例如织物、短切纤维复合材料以及0度层压比例最高为50%或同等水平的层压板。高正交各向异性材料，包括单向复合材料，通常需要带标签。

通过端部和剪切载荷的组合将压缩力引入试样。相比之下，ASTM D3410/D3410M 中描述的测试方法是一种纯剪切载荷压缩测试方法，而 ASTM D695 则包含一种纯端部载荷测试方法。可以测试单向（0 度层片取向）复合材料和多向复合材料层压板、织物复合材料、短切纤维复合材料以及类似材料。

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压缩性能数据。通常用于测试单向复合材料的板状（程序B）试样类似于组合载荷压缩 (CLC) 测试方法（组合剪切端部载荷）、ASTM D3410/D3410M 标准（剪切载荷）和 ASTM D695 标准（端部载荷）。

在测试低强度材料（程序A）时，组合加载的优势尤为明显，因为可以使用无翼片组合加载压缩 (CLC) 试样。使用其他两种方法可能无法成功测试相同材料的无翼片试样。在测试特定层压板时，通常使用组合加载压缩 (CLC) 数据来推导0度层合板强度，并使用层压理论来计算0度单向层压板强度。

影响压缩响应的因素包括：材料类型、材料制备和放置方法、试样堆叠顺序、试样制备、试样状态调节、试验环境、试验速度、温度下的时间、孔隙率和体积百分比增强。通过该试验方法可以获得的复合材料在试验方向上的性能包括：

• 极限抗压强度
• 极限压应力
• 压缩（线性或弦）弹性模量
• 压力泊松比

在 ASTM D6641 标准中，方法 A 和方法 B 是指测量复合材料压缩性能的两种不同程序，具体取决于应变的测量方式：

• 方法 A：应变测量（使用应变计或引伸计）：使用应变计或引伸计直接施加于试样上来测量应变。该方法除了可以测定抗压强度外，还可以测定压缩模量 (E)、泊松比和应力-应变行为。这些测试通常使用轴向应变计或引伸计。也可以选择进行横向应变测量来确定泊松比。 该方法的优点，提供高精度的模量测定和完整的应力-应变曲线。
• 方法 B：仅测量强度（不测量张力）：仅测量抗压强度；不使用应变计或引伸计。该方法的独特之处在于，它仅在需要测量极限抗压强度时使用。在这些测试中，仅测量载荷（通过试验机上的测力传感器）。该方法的优点在于设置更简单，并且在不需要张力数据时更快速、更经济。

泊松比表示弹性应力材料试样横向尺寸减小比例与长度增加比例之比。泊松比是分析材料（塑料或金属）拉伸和挠度特性时必不可少的常数。

方法 A 提供完整的机械特性，而方法 B 提供快速强度评估。

组合加载压缩 (CLC) 是指使用以下组合方法对试样施加压缩力的方法：

• 端部载荷（从端部直接轴向压缩）
• 剪切载荷（通过剪切夹持相互作用从试样表面传递的力）

该技术用于确定 ASTM D6641 标准中纤维增强聚合物基复合材料的压缩性能。

在下列情况下，复合材料的压缩测试可能会出现问题：

• 薄样品的屈曲
• 负载入口处（端部）的挤压
• 挡土墙系统中的滑动或不均匀负载

组合加载方法通过分配负载来解决这些问题：

• 端部载荷提供轴向压缩力
• 剪切载荷有助于通过侧把手平稳地传递载荷

组合负载压缩的优点包括：

• 最大限度地减少欧拉屈曲（特别是在薄样品中）
• 减少手柄或尖端的局部挤压
• 提供强度和模量的精确测量
• 可容纳单向和多向层压板
• 提供一致且可重复的结果

• 结合切割和端部装载的优点

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