ASTM D6641/D6641M 聚合物基複合材料的壓縮性能

美國材料與試驗協會（ASTM）制定的標準《ASTM D6641/D6641M 使用組合載荷-壓縮（CLC）試驗工裝的聚合物基複合材料壓縮性能標準試驗方法》描述了使用組合載荷-壓縮（CLC）試驗工裝對聚合物基複合材料的壓縮強度和硬度性能進行測試的方法。本試驗方法適用於一般均衡對稱的複合材料。

根據需要，試樣可以是無標籤（方法A）或標籤（方法B）。測試成功的前提是試樣末端在測試過程中不會被壓壞。無標籤試樣通常適用於低正交各向異性材料，例如織物、短切纖維複合材料以及0度層壓比例最高為50%或同等水平的層壓板。高正交各向異性材料，包括單向複合材料，通常需要標籤。

透過端部和剪切載荷的組合將壓縮力引入試樣。相較之下，ASTM D3410/D3410M 中所描述的測試方法是一種純剪切載重壓縮測試方法，而 ASTM D695 則包含一種純端部載重測試方法。可測試單向（0 度層片取向）複合材料和多向複合材料層壓板、織物複合材料、短切纖維複合材料以及類似材料。

本測試方法旨在產生材料性能、研發、品質保證以及結構設計與分析所需的壓縮性能數據。通常用於測試單向複合材料的板狀（程式B）試樣類似於組合載重壓縮 (CLC) 測試方法（組合剪切端部載重）、ASTM D3410/D3410M 標準（剪切載重）和 ASTM D695 標準（端部載重）。

在測試低強度材料（程式A）時，組合負載的優勢尤其明顯，因為可以使用無翼片組合加載壓縮 (CLC) 試樣。使用其他兩種方法可能無法成功測試相同材料的無翼片試樣。在測試特定層壓板時，通常使用組合加載壓縮 (CLC) 數據來推導0度層合板強度，並使用層壓理論來計算0度單向層壓板強度。

影響壓縮反應的因素包括：材料類型、材料製備和放置方法、試樣堆疊順序、試樣製備、試樣狀態調節、試驗環境、試驗速度、溫度下的時間、孔隙率和體積百分比增強。透過此試驗方法可以獲得的試驗方向上的複合材料性能包括：

• 極限抗壓強度
• 極限壓應力
• 壓縮（線性或弦）彈性模量
• 壓力泊鬆比

在 ASTM D6641 標準中，方法 A 和方法 B 是指測量複合材料壓縮性能的兩種不同程序，取決於應變的測量方式：

• 方法 A：應變測量（使用應變計或引伸計）：使用應變計或引伸計直接施加於試樣上來測量應變。此方法除了可以測定抗壓強度外，還可以測定壓縮模量 (E)、泊鬆比和應力-應變行為。這些測試通常使用軸向應變計或引伸計。也可以選擇進行橫向應變測量來確定泊鬆比。 此方法的優點，提供高精度的模量測定和完整的應力-應變曲線。
• 方法 B：僅測量強度（不測量張力）：僅測量抗壓強度；不使用應變計或引伸計。此方法的獨特之處在於，它僅在需要測量極限抗壓強度時使用。在這些測試中，僅測量負載（透過試驗機上的測力感測器）。此方法的優點在於設定更簡單，並且在不需要張力資料時更快速、更經濟。

泊鬆比表示彈性應力材料試體橫向尺寸縮小比例與長度增加比例之比。泊鬆比是分析材料（塑膠或金屬）拉伸和撓度特性時必不可少的常數。

方法 A 提供完整的機械特性，而方法 B 提供快速強度評估。

組合載重壓縮 (CLC) 是指使用下列組合方法對試體施加壓縮力的方法：

• 端部載重（從端部直接軸向壓縮）
• 剪切載荷（透過剪切夾持相互作用從試樣表面傳遞的力）

此技術用於確定 ASTM D6641 標準中纖維增強聚合物基複合材料的壓縮性能。

在下列情況下，複合材料的壓縮測試可能會出現問題：

• 薄樣品的屈曲
• 負載入口處（端）的擠壓
• 擋土牆系統中的滑動或不均勻負載

組合加載方法透過分配負載來解決這些問題：

• 端部載重提供軸向壓縮力
• 剪切載荷有助於透過側把手平穩地傳遞載荷

組合負載壓縮的優點包括：

• 最大限度地減少歐拉屈曲（特別是在薄樣品中）
• 減少手柄或尖端的局部擠壓
• 提供強度和模量的精確測量
• 可容納單向和多向層壓板
• 提供一致且可重複的結果

• 結合切割和端部裝載的優點

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