EN ISO 14125 纖維增強塑膠複合材料 - 彎曲性能的測定

EN ISO 14125 纖維增強塑膠複合材料 - 彎曲性能的測定

由國際標準化組織 (ISO) 制定並隨後作為歐洲標準發布的《EN ISO 14125 纖維增強塑料複合材料——彎曲性能的測定》標準,描述了在三點彎曲(方法 A)和四點彎曲(方法 B)條件下測定纖維增強塑料複合材料彎曲性能的方法。此標準定義了標準試樣,並補充了適用於其他尺寸試樣的參數,以便在需要時使用。此外,該標準還包含一系列試驗速度。

EN ISO 14125 纖維增強塑膠複合材料 - 彎曲性能的測定

這種方法不適用於確定設計參數,但可用於材料篩選或作為品質控制測試。例如,彎曲模量只是拉伸楊氏彈性模量的合適值,因為該測試並非針對剪切應力引起的額外撓度(該撓度會導致彎曲模量值降低),而是採用能夠最大限度減少這種影響的測試孔徑/樣品厚度比。拉伸性能和彎曲性能之間的差異也源自於材料的結構和層狀分佈。

此方法適用於纖維增強熱塑性塑膠和熱固性塑膠複合材料。未增強塑膠、顆粒填充塑膠以及短纖維(即小於1毫米)增強塑膠均屬於ISO 178標準範圍。

此方法使用從標準多用途測試樣品的中間部分加工的樣品(可模製成選定的尺寸,符合 ISO 3167 標準),或使用從半成品或成品(如模具或層壓板)加工的樣品進行測試。

此方法規定了樣品的優選尺寸。對不同尺寸的樣品或在不同條件下製備的樣品進行測試,可能會得到不具可比性的結果。其他因素,例如測試速度和樣品預處理,也會影響結果。對於橫截面或線性彈性響應區以上不均勻的材料,結果僅適用於所測試的厚度和結構。因此,當需要對比數據時,必須仔細控制並記錄這些因素。

EN ISO 14125 標準以 ISO 178 標準為基礎,但專門針對纖維增強塑膠複合材料。因此,它保留了適用於玻璃纖維增強系統的測試條件。測試條件已擴展至包括三點加載(方法 A)和四點加載(方法 B)兩種加載方式,並根據 ISO 178 標準,納入了基於碳纖維和芳綸纖維等新型纖維的複合材料的測試條件。

原則上,將試樣支撐成梁,並以恆定速率使其撓曲,直到試樣斷裂或變形達到預定值。在此過程中,測量施加在試樣上的力和撓度。

此方法用於研究試樣的彎曲行為,並確定特定條件下試樣的彎曲強度、彎曲模量以及其他彎曲應力/應變關係參數。它適用於承受三點或四點彎曲負荷的自由支撐梁。試驗幾何形狀的選擇旨在限制剪切變形並防止層間剪切斷裂。

四點加載幾何形狀可在中心加載元件之間提供恆定的彎矩。與三點加載試驗中單一加載元件產生的應力相比,兩個中心加載元件產生的壓應力較低。選擇四點載入幾何形狀時,中心跨度等於外跨度的三分之一。由於外支撐點之間的距離與等效三點加載情況相同,因此可以使用相同的試件。

簡而言之,EN ISO 14125 是一項國際標準,它定義了測定纖維增強塑膠複合材料彎曲性能(彎曲強度和模量)的方法。此標準適用於單向和多向纖維增強熱固性和熱塑性複合材料,包括層壓板、模壓片材和拉擠型材。

彎曲(三點彎曲或四點彎曲)試驗是複合材料最常進行的力學試驗之一,因為:

  • 與高硬度材料的拉伸試驗相比,它相對簡單且成本低。
  • 它將樣品置於拉伸、壓縮和剪切力的組合作用下,模擬許多結構應用(如樑和麵板)中的真實載重。
  • 它揭示了材料拉伸側和壓縮側之間的行為差異(對於非對稱或夾層複合材料很重要)。

EN ISO 14125 標準涵蓋以下以玻璃纖維、碳纖維、芳綸或其他纖維增強的複合材料:

  • 單向覆膜
  • 雙面織物
  • 隨機排列的墊子或切割纖維墊
  • 混合補充劑
  • 熱固性和熱塑性基體

本標準明確排除厚芯夾層結構(這些結構僅由 ISO 14125 涵蓋表面,或由單獨的標準(如 ISO 1922 或 ASTM C393)涵蓋整個夾層)。

EN ISO 14125 標準根據預期失效模式和樣品幾何形狀定義了三類測試方法:

  • I 類三點彎曲:支撐跨厚比為 16 ± 1:1。典型應用:薄樣品,通用。
  • II 類三點彎曲:支撐跨厚比為 40 ± 1:1。典型應用:剪切精度較高,樣品較厚。
  • III 類四點彎曲:支撐跨厚比,1/4 點加載,跨度 40:1。典型應用:純彎曲(剪切效應最小化)。
  • IV級四點彎曲:支撐跨厚比,1/3點加載(可選)。典型應用:替代純彎曲配置(很少使用)。

I 類模量是最常用的。當材料的橫向剪切剛度較低時(例如,厚層壓板或低模量基體),則選擇 II 類模量。 III 類和 IV 類模量透過消除大部分剪切效應,能更準確地近似彎曲時的真實拉伸/壓縮模量。

執行 EN ISO 14125 測試時,

  • 樣品始終按照 ISO 291 標準進行調節(通常為 23 攝氏度和 50% 相對濕度)。
  • 除非另有規定,否則支撐半徑為 2 毫米,加載端半徑為 5 毫米。
  • 故障的確切位置和模式會被記錄下來,這對於品質控制至關重要。
  • 對於高模量碳複合材料,四點彎曲(III 類)通常能得到更一致的模量值。
  • 如果樣品很厚(至少 15-20 毫米),則表面僅考慮 EN ISO 14125 標準,或進行壓力測試(ISO 14126 標準)。

多年來,憑藉我們經驗豐富的專業團隊,我們始終專注於客戶需求,提供先進的測試服務,並協助客戶建立、實施和改進管理系統。在此框架下,我們還根據「EN ISO 14125 纖維增強塑膠複合材料 - 彎曲性能測定」標準為企業提供測試服務。

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