Page 87 - 理化检验-物理分册2023年第九期

潘 星: 聚合物基复合材料的力学性能测试方法

层间剪切测试主要考察复合材料层与层之间的 料剪切性能试验方法》, 纤维需要平行或者垂直加载
最大剪切应力, 被广泛用于评价复合材料纤维与树 方向, 应变片黏贴在剪切面 45° 方向上。该方法的
脂之间界面的结合强度 [ 3 ] 。主要的测试方法为短梁 夹具安装过程较复杂, 且应变片黏贴的方法和位置

剪切测试, 对应的标准为 ASTM D2344 / D2344M- 对测试结果影响较大。

16 《 聚合物基体复合材料及其层压件短梁强度的标 1.5 冲击性能测试

准试验方法》 以及ISO14130 : 1997 《 纤维增强塑料 聚合物基复合材料层间结合性能较差, 在受到
短梁法测定层间剪切强度》。由于加载处存在峰值 冲击后, 该材料容易出现基体开裂、 纤维断裂、 界面
应力, 因此该方法并不能反映材料真正的剪切性能, 分层等问题。冲击性能测试方法包括简支梁冲击、
测试结果为表观剪切应力, 且该测试方法跨距与厚 悬臂梁冲击以及落锤冲击等。对于聚合物基复合材
度比很小, 受力远大于3点弯曲。 料来说, 主要采用落锤冲击方法来表征其损伤阻抗。
面内剪切测试采用纤维方向和载荷呈 ±45° 的 常用的聚合物基复合材料简支梁冲击性能测试

拉伸或压缩性能测试, 且适合剪切变形小于 5% 的 标准有 ASTM D6110-18 《 测定塑料缺口试样夏氏

情况, 也较多地用于评价复合材料纤维与树脂之间 冲击强度的标准试验方法》、 ENISO179-1 : 2000

的界 面 结 合 强 度。常 用 标 准 为 ASTM D3518 / 《 塑料 摆锤式冲击特性的测定 第1部分: 非仪器冲

D3518M-13 《 ±45 ℃ 层压板拉伸试验法测定聚合 击试验》 以及 GB / T1043.1 : 2008 《 塑料 简支梁冲击

物基质合成材料平面内剪切应力反应性的标准试验 性能的测定 第1部分: 非仪器化冲击试验》 等, 悬臂

方法》 以及ISO14129 : 1997 《 纤维增强塑料复合材 梁冲击测试标准有ISO180 : 2023 《 塑料 悬臂梁冲

料试验法测定平面剪应力 / 剪应变特性》, 测试过程 击强度的测定》、 GB / T1843 — 2008 《 塑料 悬臂梁冲

中的横纵向应变测试普遍采用的是应变片, 导致测 击强度的测定》 等, 试样分为缺口试样和无缺口

试结果准确性受人为因素的影响较大。 试样。
搭接剪切测试主要用于确定两层合板之间的黏 聚合物基复合材料落锤冲击试验常用测试标准

合剪切强度, 测试结果为面内剪切强度。标准 EN 为 ASTM D7136 / D7136M-20 《 用于测量纤维增强
2243-1 : 2005 《 航空航天系列 非金属材料 结构胶黏 聚合物基质复合材料对跌落冲击事件的抗损伤性的

剂的试 验 方 法 第 1 部 分: 单 面 搭 接 剪 切》 以 及 标准测试方法》, 采用带半球形冲击头的落锤, 对试

ASTM D3846-08 《 增强塑料的平面剪切强度的标 样施加恒定冲击载荷, 从而得到试样的损伤尺寸和

准试验方法》 内容为单边简单搭接和沟槽搭接测试, 损伤形式, 表征了试样的损伤阻抗能力。

标准 EN2243-6 : 2005 《 航空和航天系列 非金属材 1.6 冲击后压缩性能测试

料 结构胶粘剂的试验方法 第 6 部分: 剪切应力和 在航空、 航天领域, 通常用冲击后剩余压缩强度

剪切应变量测定》 以及 ASTM D3528-96 《 采用拉向 来表征聚合物基复合材料的损伤容限 [ 4 ] , 因此冲击
载荷测定双搭接剪切黏接接头强度特性的标准试验 后压缩性 能 测 试 非 常 重 要。常 用 的 测 试 标 准 为
方法》 内容为双边简单搭接和沟槽搭接测试。该类 ASTM D7137 / D7137M-23 《 损坏的聚合物基复合

测试中的制样过程较复杂。 材料板的压缩残余强度特性的标准试验方法》, 该方
V 型缺口梁剪切试验通过特制夹具实现压缩加 法采用特定工装对含预损伤的试样进行压缩性能测

载 的 测 试,常 用 测 试 标 准 为 ASTM D5379 / 试, 从而确定冲击所带来的压缩强度损失。试验机

D5379M-19e1 《 用 V 形切口梁法测定复合材料剪切 的同轴度、 夹具的选择以及压盘的平行度都会对测
性能的标准试验方法》, 通常用于高模量纤维或者织 试结果产生较大影响。
物的压缩剪切测试, 在测试过程中, 纤维应该平行或 1.7 层间断裂韧性测试
垂直于加载方向, 应变片黏贴在剪切面45° 方向上, 层间断裂韧性是表征复合材料抗分层扩展能力
因而应变片黏贴的方法和位置对测试结果影响 的重要指标之一, 断裂模式有I 型( 裂纹扩展)、 II型
较大。 ( 面内剪切) 和Ⅲ型( 面外剪切), 3种断裂模式如图2
V 型缺口轨道剪切试验的测试方法为通过特制 所示。
夹具以及拉伸加载方式将剪切力传入试样, 常用的 测试单向纤维增强复合材料的I型层间断裂韧

测试标准为 ASTM D7078 / D7078M-20e1 《 复合材 性的标准有 ASTM D5528 / D5528M-21 《 单向纤维
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