Page 41 - 理化检验-化学分册2017第八期

牛一凡, 等: 聚合物基复合材料拉伸性能试验方法国标和美标的对比分析

对比分析了 ASTM 与 GB 的主要异同点, 这对于建 重要的意义.在此方面, GB 给出了明确规定, 相比
立更加完善、 更加适合我国航空航天领域复合材料 ASTM 更为科学严谨.
拉伸性能试验方法标准具有重要意义, 同时可为建 １．２ 试样
立全面精准的聚合物基复合材料拉伸试验标准体系 １．２．１ 试样形状和尺寸
提供参考. ASTM 和 GB 对试样形状要求一致, 均为薄板
长直条试样.试样尺寸方面, ASTM 分为对一般试
１ ASTM 和 GB 的对比分析
样和标准试样两种要求. ASTM 对一般试样的尺
对比 ASTM 与 GB 的全部内容, 发现两者之间 寸要求如下: 符合薄板长直条试样, 并且试样长度 ≥
的差异主要表现在试验环境条件、 试样、 试验机、 试 ( 夹持长度 ＋２ 倍宽度 ＋ 标距长度) 即可. ASTM 对
验程序以及试验报告等 ５ 个方面, 具体如下. 标准试样的尺寸要求则更为具体, 表 ２ 为 ASTM 对
１．１ 试验环境条件 ０° 和 ９０° 铺层的标准试样与 GB 对相同铺层材料试
GB 与 ASTM 对 常 温 试 验 环 境 条 件 的 要 求 相 样尺寸要求的对比.
同, 均 为 温 度 ( ２３±２ ) ℃ 、 相 对 湿 度 ( ５０±１０ ) ％ . 表 ２ ASTM 与 GB 对试样几何尺寸要求对比
对于常温试验环境箱, ASTM 要求环境箱应保 持 Tab敭２ Re q uirementcom p arisonofASTMandGB
fors p ecimendimensions
在设定温度 ±３ ℃ 、 相对湿度 ±３％ 范围内, 而 GB
并无 明 确 的 数 值 规 定, 只 要 求 尽 可 能 满 足 试 验 ASTM GB
项目 长度 / 宽度 / 厚度 / 长度 / 宽度 / 厚度 /
要求.
在规定了常温试验环境条件的同时, GB 还规 mm mm mm mm mm mm
定了高温和 低 温( 低 于 ０ ℃ ) 试 验 环 境 条 件, 详 细 ０° 铺层 ２５０ １５ １．０ ２３０~２５０ １２．５±０．１ １~３
９０° 铺层 １７５ ２５ ２．０ １７０~２００ ２５±０．１ ２~４
规定了高、 低 温 拉 伸 试 验 中 对 环 境 箱、 试 验 夹 具、
试样保温 时 间 以 及 精 度 等 的 要 求,如 表 １ 所 示.
GB / T３３５４－２０１４ 相比于 GB / T３３５４－１９９９ ,
而 ASTM 没有针对非常 温 拉 伸 试 验 的 规 定, 且 美
已将 ０° 和 ９０° 铺 层 拉 伸 试 样 长 度 由 “ ２３０ mm ” 和
国试验与材料协会也没有制定专门针对复合材料
“ １７０mm ” 分别扩展为表 ２ 中的“ ２３０~２５０mm ”和
高、 低温拉 伸 试 验 的 标 准.由 于 航 空 器 的 飞 行 状
“ １７０~２００mm ”, 并标注了推荐厚度分别为 １ mm
态复杂, 需要应对多变的外界环境, 因此越来越多
和 ２mm .可见 GB 在逐渐扩大试样几何尺寸的选
的学者投身于复合材料非常温性能 的研究.干态
择范围, 使标准的适用性增强.
试样高温 拉 伸 试 验 时, 足 够 的 保 温 时 间 可 确 保 材
研究表明, 复合材料转化为连续介质的条件是
料内、 外部温度达到稳定; 而对于湿态试样的高温 标距长度要远大于复合材料的重复单元长度, 足够
试验, 则应尽量缩短保温时间, 以防止材料内部水 的试样长度可以保证试样标距段内具有均匀的应力
分流失.因此, 明确复合材料拉伸试验对高、 低温 状态, 因此, 拉伸强度的测试结果与试样的形状和尺
或更复杂试验环境条件以及操作方法的要求具有 [ ４ ]
寸密切相关.宋昌哲等 对碳 / 碳复合材料进行高
表 １ GB 对于高、 低温试验环境条件的要求
温拉伸试验时发现, 随着试样长度的增加,碳 / 碳复
Tab敭１ Re q uirementsofGBforhi g handlowtem p erature
合材料的拉伸强度逐渐降低,符合尺寸效应规律.
testenvironmentalconditions
而当标距长度在 ３０~４０mm 变化时, 其拉伸强度基
项目 标准要求
本不变.因此, 当试样承载面内包含一定数量的纤
环境箱 维增强结构单元时, 试验数据才能体现复合材料的
试验环境箱和夹具应加热/ 冷却到规定温度
和夹具 [ ５ ] [ ６ ]
真实性能 .岳清瑞等 研究了试样尺寸对力学性
试样应加热/ 冷却到规定温度, 并用与试样工作段直接 能及离散度的影响, 发现对于碳纤维布材料而言, 当
试样
接触的温度传感器加以校验
试样尺寸为长 ２３０mm 、 宽 ５mm 、 厚 １ 层时可以保
对于高、 低温干态试样以及低温湿态试样, 在试样达到
证性能指标具有最好的稳定性和最小的离散性.综
保温 试验温度后, 保温 ５~１０min开始试验; 对于高温湿态
上, 从试验角度来看, ASTM 对一般试样和标准试
时间 试样, 在试样达 到 试 验 温 度 后, 保 温 ２~３ min 开 始 试
验 样尺寸给出了不同精度的要求, 相比 GB 更为科学
精度 试验中试样温度应保持在规定试验温度±３℃范围内 严谨, 而且适用性更强, GB 可加以借鉴.
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