EN ISO 14130 纖維增強塑膠複合材料－短梁法測定表觀層間剪切強度

由國際標準化組織 (ISO) 制定並隨後在協調工作框架下發佈為歐洲標準的「EN ISO 14130 纖維增強塑膠複合材料——短梁法測定表觀層間剪切強度」描述了一種採用短梁法測定纖維增強塑膠複合材料表觀層間剪切強度的方法。此方法適用於以熱固性或熱塑性塑膠為基體的纖維增強塑膠複合材料，前提是能夠實現層間剪切斷裂。

當使用非對稱或不平衡層壓材料以外的材料時，結果會受到拉伸/彎曲和扭轉等多種因素的影響。此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。

理論上，矩形截面桿件像簡支梁一樣承受彎曲作用，導致層間剪切斷裂。桿件由兩個支座支撐，負載透過位於兩支座中間的加載元件施加。

本試驗與用於測定塑膠彎曲性能的三點彎曲試驗（ISO 14125 標準）性質相似。然而，本試驗採用了較小的試驗跨度/試樣厚度比，以提高試樣中剪切應力相對於彎曲應力的水平，從而促進層間剪切斷裂。

需要強調的是，所得結果並非絕對值。因此，使用“表觀層間剪切強度”一詞來描述所測量的量。不同尺寸的樣品或在不同條件下測試的樣品所得的測試結果不能直接比較。

EN ISO 14130 標準屬於一系列纖維增強塑膠複合材料測試方法，廣泛應用於航空航太、汽車、船舶、風能和體育器材等產業。

本標準定義了使用短梁剪切試驗（也稱為短梁法或短跨三點彎曲試驗）確定纖維增強塑膠複合材料的表觀層間剪切強度（層間剪切強度）的標準化程序。

此測試透過在複合材料層（層壓板）之間特意設置較短的支撐間隙，並施加三點彎曲載荷來產生剪切應力。這種結構會促進層間剪切斷裂，而不是外層纖維的彎曲（扭轉）或壓縮斷裂。

此方法的主要特點如下：

• 原理：將一塊小型矩形梁試體（由層壓板切割而成）放置在兩個支座上，並從中心加載端加載，直到發生斷裂。
• 樣品幾何形狀：典型的跨厚比較低（約 4:1 至 5:1），這使得剪切應力相對於彎曲應力最大化。
• 適用材料：熱固性或熱塑性基體纖維增強塑膠（例如，玻璃纖維/環氧樹脂、碳纖維/環氧樹脂、芳綸複合材料）。
• 計算值：表觀層間剪切強度採用標準中給出的公式計算（這是短梁中最大剪應力的經典梁理論方法）。
• 重要提示：由於應力分佈並非完全純剪切（也存在一些彎曲應力），因此所得值稱為表觀層間剪切強度。所以，該結果不適用於最終設計許可或結構計算。但它在以下方面非常有用：
• 材料篩選與比較
• 生產過程中的品質控制。
• 監控各方的一致性
• 評估加工、環境調節或損壞的影響。

測試設定如下：

• 三點彎曲夾具的萬能試驗機（支撐端和加載端的特定圓柱直徑已定義）。
• 精確測量樣品尺寸、裝載速度和環境條件。
• 應檢查失效模式：有效結果應顯示層間剪切失效（分層），而不是壓碎、下層拉伸失效或屈曲。

與本標準密切相關的標準包括：

• ASTM D2344/D2344M 聚合物基複合材料和層壓板短梁強度的標準試驗方法。
• ISO 14125 纖維增強塑膠複合材料 - 彎曲性能的測定。
• EN 2562 航空系列 - 碳纖維增強塑膠 - 單向層壓板 - 沿纖維方向的彎曲試驗。
• EN 2563 航太系列 - 碳纖維增強塑膠 - 單向層壓板 - 表觀層間剪切強度的測定。

此測試仍然是評估層合複合材料層間（厚度方向）性能的最常用、最具成本效益的方法之一，尤其適用於品質保證目的。

簡而言之，EN ISO 14130 是一項國際標準，它規定了一種利用短梁剪切試驗測定纖維增強塑膠複合材料表觀層間剪切強度的方法。此標準廣泛應用於航空航太、汽車、船舶和結構複合材料產業，用於評估層壓板層間的黏合品質。

EN ISO 14130 標準的主要目的是測量層合複合材料抵抗層間剪切破壞的能力。在纖維增強複合材料中，破壞通常發生在層間（分層），而不是纖維本身。該測試提供了一種快速評估以下性能的方法：

• 層間結合強度
• 層壓板製造質量
• 樹脂體系的影響
• 製造缺陷的影響

由於測試樣本相對較小，此方法適用於品質控制和材料比較。

標準採用三點彎曲配置，跨度非常短。當梁受力時，應力分佈會在層合板層間產生高剪應力，導致層間剪切斷裂先於正常的彎曲斷裂。

EN ISO 14130 標準廣泛用於以下方面的評估：

• 碳纖維複合材料
• 玻璃纖維增強塑料
• 芳綸纖維複合材料
• 熱固性和熱塑性複合材料層壓板

常見應用領域：

• 航空結構
• 汽車複合材料零件
• 風力渦輪機葉片
• 海洋複合結構
• 體育器材

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