EN ISO 14130 纤维增强塑料复合材料——短梁法测定表观层间剪切强度

由国际标准化组织 (ISO) 制定并随后在协调工作框架下发布为欧洲标准的“EN ISO 14130 纤维增强塑料复合材料——短梁法测定表观层间剪切强度”描述了一种采用短梁法测定纤维增强塑料复合材料表观层间剪切强度的方法。该方法适用于以热固性或热塑性塑料为基体的纤维增强塑料复合材料，前提是能够实现层间剪切断裂。

当使用非对称或不平衡层压材料以外的材料时，结果会受到拉伸/弯曲和扭转等多种因素的影响。此方法不适用于确定设计参数，但可用于材料筛选或作为质量控制测试。

理论上，矩形截面杆件像简支梁一样承受弯曲作用，导致层间剪切断裂。杆件由两个支座支撑，载荷通过位于两支座中间的加载元件施加。

该试验与用于测定塑料弯曲性能的三点弯曲试验（ISO 14125 标准）性质相似。然而，本试验采用了更小的试验跨距/试样厚度比，以提高试样中剪切应力相对于弯曲应力的水平，从而促进层间剪切断裂。

需要强调的是，所得结果并非绝对值。因此，使用“表观层间剪切强度”一词来描述所测量的量。不同尺寸的样品或在不同条件下测试的样品所得的测试结果不能直接比较。

EN ISO 14130 标准属于一系列纤维增强塑料复合材料测试方法，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、风能和体育器材等行业。

本标准定义了使用短梁剪切试验（也称为短梁法或短跨三点弯曲试验）确定纤维增强塑料复合材料的表观层间剪切强度（层间剪切强度）的标准化程序。

该测试通过在复合材料层（层压板）之间特意设置较短的支撑间隙，并施加三点弯曲载荷来产生剪切应力。这种结构会促进层间剪切断裂，而不是外层纤维的弯曲（扭转）或压缩断裂。

该方法的主要特点如下：

• 原理：将一块小型矩形梁试件（由层压板切割而成）放置在两个支座上，并从中心加载端加载，直至发生断裂。
• 样品几何形状：典型的跨厚比较低（约 4:1 至 5:1），这使得剪切应力相对于弯曲应力最大化。
• 适用材料：热固性或热塑性基体纤维增强塑料（例如，玻璃纤维/环氧树脂、碳纤维/环氧树脂、芳纶复合材料）。
• 计算值：表观层间剪切强度采用标准中给出的公式计算（这是短梁中最大剪应力的经典梁理论方法）。
• 重要提示：由于应力分布并非完全纯剪切（还存在一些弯曲应力），因此所得值称为表观层间剪切强度。所以，该结果不适用于最终设计许可或结构计算。但它在以下方面非常有用：
• 材料筛选与比较
• 生产过程中的质量控制。
• 监控各方的一致性
• 评估加工、环境调节或损坏的影响。

测试设置如下：

• 带三点弯曲夹具的万能试验机（支撑端和加载端的具体圆柱直径已定义）。
• 精确测量样品尺寸、装载速度和环境条件。
• 应检查失效模式：有效结果应表明层间剪切失效（分层），而不是压碎、下层拉伸失效或屈曲。

与本标准密切相关的标准包括：

• ASTM D2344/D2344M 聚合物基复合材料和层压板短梁强度的标准试验方法。
• ISO 14125 纤维增强塑料复合材料 - 弯曲性能的测定。
• EN 2562 航空系列 - 碳纤维增强塑料 - 单向层压板 - 沿纤维方向的弯曲试验。
• EN 2563 航空航天系列 - 碳纤维增强塑料 - 单向层压板 - 表观层间剪切强度的测定。

该测试仍然是评估层合复合材料层间（厚度方向）性能的最常用、最具成本效益的方法之一，尤其适用于质量保证目的。

简而言之，EN ISO 14130 是一项国际标准，它规定了一种利用短梁剪切试验测定纤维增强塑料复合材料表观层间剪切强度的方法。该标准广泛应用于航空航天、汽车、船舶和结构复合材料行业，用于评估层压板层间的粘合质量。

EN ISO 14130 标准的主要目的是测量层合复合材料抵抗层间剪切破坏的能力。在纤维增强复合材料中，破坏通常发生在层间（分层），而不是纤维本身。该测试提供了一种快速评估以下性能的方法：

• 层间结合强度
• 层压板制造质量
• 树脂体系的影响
• 制造缺陷的影响

由于测试样本相对较小，该方法适用于质量控制和材料比较。

该标准采用三点弯曲配置，跨距非常短。当梁受力时，应力分布会在层合板层间产生高剪应力，导致层间剪切断裂先于正常的弯曲断裂。

EN ISO 14130 标准广泛用于以下方面的评估：

• 碳纤维复合材料
• 玻璃纤维增​​强塑料
• 芳纶纤维复合材料
• 热固性和热塑性复合材料层压板

常见应用领域：

• 航空结构
• 汽车复合材料部件
• 风力涡轮机叶片
• 海洋复合结构
• 体育器材

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EN ISO 14130标准的测试服务。