定向纤维增强聚合物基复合材料超低温拉伸性能试验方法

国家标准 GB/T38534一2020 定向纤维增强聚合物基复合材料 超低温拉伸性能试验方法 Testmethodfortensilepropertiesoforientedibrereinforeedpolymer atrixcomp0sitematerialsatultra-lowtemperature 2020-03-06发布 2021-02-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/38534一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由建筑材料联合会提出 本标准由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC39)归口 本标准起草单位:科学院理化技术研究所、北京玻璃钢研究设计院有限公司 本标准主要起草人;渠成兵、肖红梅、刘玉、付绍云、王占东
GB/T38534一2020 定向纤维增强聚合物基复合材料 超低温拉伸性能试验方法 范围 本标准规定了定向纤维增强聚合物基复合材料超低温拉伸性能试验方法的试验设备、试样、试样状 态调节、试验步骤、计算和试验报告 本标准适用于温度在一196C-269C范围内,测定连续纤维(包括织物)增强聚合物基复合材 料层合板的面内拉伸强度、拉伸弹性模量、泊松比、拉伸破坏应变 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T1446纤维增强塑料性能试验方法总则 GB/T3354定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法 方法原理 在一196C一269C环境下,对薄板长直条型试样,通过夹持端夹持,以摩擦力加载,在试样的工 作段形成均匀拉力场,测试材料的拉伸强度、拉伸弹性模量、泊松比、拉伸破坏应变 试验设备 4.1试验机 试验机应符合GB/T1446的规定 4.2夹具、拉杆、超低温恒温器框架 应使用具有高强度、韧性好及低导热性的材料制造夹具、拉杆,超低温恒温器框架,如奥氏体不锈 钢、马氏体钢、锻造镍基高温合金以及钛合金等 4.3冷却装置 4.3.1基本要求 冷却装置应能使试样冷却到规定温度,规定温度通过冷却介质(如液氨等)冷却获得或制冷装置如 制冷机)冷却获得 4.3.2超低温恒温器 4.3.2.1超低温恒温器的框架应与试验机相匹配,并能容纳超低温恒温器
GB/T38534一2020 4.3.2.2超低温恒温器宜采用具有多层绝热结构的不锈钢真空杜瓦瓶,并能够保证试验区域温度偏差 不超过士3C 均温带的长度应不小于试样夹持端之间平行段的长度 4.3.2.3超低温恒温器应不影响拉伸力与试样几何轴线的同轴度 4.3.3辅助设备 超低温恒温器与冷却介质输液管应真空绝热 使用冷却介质冷却的,应配备包括冷却介质输液管 真空泵、冷却介质杜瓦瓶、氮气瓶等铺助设备;使用制冷机冷却的,应配备循环冷却水等辅助设备 注当操作冷却介质时,试验人员事先采取符合相关规定的安全防范措施,以避免造成人员伤害及对测试仪器,试 样的损坏 4.4 温度测量仪器 温度测量仪器由温度计和指示装置组成 其分辨力应等于或优于1C,温度计应覆盖工作温度范 围并定期校准 4.5低温应变测量装置 4.5.1采用可在低温环境下使用的引伸计或其他低温应变测量装置测量应变,测量精度应符合 GB/T1446的要求 4.5.2引伸计应定期在室温及实际试验温度使用下进行标定 引伸计低温下的标定参见附录A. 4.5.3在低温下使用应变片时,粘贴应变片的胶黏剂应与应变片试样相匹配 5 试样 5.1形状和尺寸 试样形状见图1所示,试样尺寸见表1 0°单向层合板试样和多向层合板试样 a 图1试样示意图
GB/T38534一2020 b 90"单向层合板试样 说明 试样长度 W 试样宽度; 试样厚度; -加强片长度 -加强片厚度; 加强片边缘斜截角 图1(续) 表1试样尺寸 单位为毫米 尺寸 试样铺层 L 0°单向层合板 180~200 12.5士0.1 1士0.2 50 1.5 15"90° 24 90"单向层合板 180一200 25士0.1 多向层合板 180200 1.52.5 50 1.5 15°90° 25士0.1 5.2加强片 加强片使用铝合金板或织物增强复合材料板 5.3胶黏剂 应选择具有较高韧性且低温剪切强度较大的胶黏剂粘贴加强片,胶粘剂固化温度不应高于层合板 成型温度 5.4试样制备 按GB/T1446的规定 5.5试样数量 每组有效试样应不少于5个
GB/T38534一2020 6 试样状态调节 试验前,试样在温度为23C士2C,相对湿度50%士10%的实验室至少放置24 试验步骤 7.1试验前准备 按GB/T1446的规定检查试样的外观,并对试样编号 测量并记录试样工作段3个不同截面的宽 度和厚度,分别取算术平均值,测量精确到0.,01mm 7.2试样安装 7.2.1在超低温恒温器安装试样时,仪器的信号线应充分松弛 7.2.2试样中心线与夹具中心线及连接拉杆的中心线应保持一致 7.2.3试样安装完成后,应对试样进行预加载,并始终保持预加载荷不超过最大破坏载荷的5% 7.3温度测量装置的安装 7.3.1采用气态冷却介质或制冷机冷却时,应在试样工作段的两端及中间位置各安装一个测温点,并 保持测温头与试样表面接触良好 7.3.2采用液态冷却介质冷却时,试样完全浸泡在冷却介质中,可在其中任意一点测量温度 7.4低温应变测量装置的安装 7.4.1用一个或多个引伸计测量应变时,尽可能将引伸计安装在试样工作段长度的中间位置 7.4.2用应变片测量拉伸应变时,应采用温度补偿片法进行测量 注，温度补偿片法是将电阻应变片贴在与试样材质相同但不参与变形的一块材料上,并与试样处于相同的温度条 件下 将补偿片正确地连接在惠斯通桥路中即可消除温度变化所产生的影响 7.5冷却过程 7.5.1在冷却前,应采用空气喷射器或热吹风机彻底干燥超低温恒温器 7.5.2安装超低温恒温器,进行试样冷却 a 当采用沸点低于液氮的冷却介质冷却时,应先对超低温恒温器抽真空相对真空度应小于 -0.097MPa)，再使用液氮对其进行预冷,随后排空液氮,最后向超低温恒温器中输人沸点低 于液氮的冷却介质; b 采用制冷机冷却时,超低温恒温器应保持真空状态相对真空度应小于-0.097MPa)直至试 验结束 7.5.3试样冷却到规定试验温度后,应保温一定时间 a 冷却介质为液态时,保温时间不少于10min; b)冷却介质为气态时,保温时间不少于20" min 制冷机冷却时,保温时间不少于30min c 7.5.4冷却介质为气态或制冷机冷却时,规定的试验温度值与试样中间位置测量温度显示值之间允许 的温度偏差不超过士2C 试验过程中,试样工作段两端温度差的绝对值应不超过3C
GB/38534一2020 7.5.5试验温度为-196C或一269C时,可将试样整体浸泡在液氮(一196C)或液氮(-269C)中冷 却,获得所需的试验温度 7.6加载 7.6.1试样达到试验温度时,将引伸计或应变片调零 当引伸计或应变片稳定后,以1mm/min~ 2mm/min 的加载速度连续加载直至试样破坏,并记录试样的载荷-应变(或载荷-位移)曲线、最大载 荷、破坏载荷以及破坏应变或可能接近破坏瞬间的应变 7.6.2试样破坏后的失效模式描述,按GB/T3354的规定 试样在夹具内或端部破坏,应予以作废 计算 8.1拉伸强度 拉伸强度按式(1)计算,，结果保留3位有效数字: Pe o Wh 式中 拉伸强度,单位为兆帕(MPa); 了 P -破坏前试样承受的最大载荷,单位为牛顿(N); max 试样宽度,单位为毫米(mm); W 试样厚度,单位为毫米(nm mm 8.2拉伸弹性模量 90"试样拉伸模量在0.00050.0015的纵向应变范围内按式(2)或式(3)计算,其他试样拉伸弹性 模量在0.0010.003纵向应变范围内按式(2)或式(3)计算,结果保留3位有效数字 APE E WhA Ao E 3 AE 式中: E 拉伸弹性模量,单位为兆帕MPa); -试样工作段内的引伸计标距,单位为毫米(mm) 公P” 载荷增量,单位为牛顿(N); 与AP对应的引伸计标距长度内的变形增量,单位为毫米(mm); 与P对应的拉伸应力增量,单位为兆帕(MPa); o e 与AP对应的应变增量,无量纲 8.3泊松比 泊松比在与拉伸弹性模量相同的应变范围内按式(4)计算,结果保留3位有效数字 En 12 e似 A 5 e似= o
GB/T38534一2020 AT E横= lr 式中 泊松比; '12 对应载荷增量AP的纵向应变增量,见式(5),无量纲; Ae拟 -对应载荷增量AP的横向应变增量,见式(6),无量纲 e梅 横 纵向引伸计的标距,单位为毫米(n mm; 横向引伸计的标距,单位为毫米(mm); -对应AP纵向变形增量,单位为毫米(mm); -对应AP横向变形增量,单位为毫米(mm) 8.4拉伸破坏应变 由引伸计测量的纵向拉伸破坏应变按式(7)计算,结果保留3位有效数字 E 式中 纵向拉伸破坏应变,无量纲 E 试样破坏时引伸计标距长度内的纵向变形量,单位为毫米(mm) A 8.5试验结果 对于每一组试验,按照GB/T1446的规定计算每一种测量性能的算术平均值、标准差和离散系数 g 试验报告 试样报告一般包括以下全部或部分内容 a 试验项目的名称和执行标准; 试验人员、试验时间和地点; b 试样的来源及制备情况,材料品种及规格; C d 试样的铺层形式、编号,形状和尺寸,外观质量及数量; 试验温度、实验室的相对湿度 试样的冷却方式、冷却时间 试验速率、测量应变的方式; 8 试验仪器的型号; h 试样的失效破坏模式; j 试验结果
GB/38534一2020 附录 A 资料性附录) 引伸计低温下的标定 A.1引伸计低温下的标定应使用标定器进行标定,并获得标定系数 标定器应具有长度测量装置(如 一端配有一定长度套管组合结构的千分尺,其内层为垂直伸缩管,外层为固定套管),其允许误差应不大 于引伸计允许误差的1/3,标定器测微计的最小分度值应不大于0.001 mm A.2按规定标距将引伸计的两个刀片分别装卡在标定器的垂直伸缩管与固定套管上,然后将此端放置 于实际试验使用温度环境中 A.3引伸计的引线按照规定的方式与应变仪连接,再将应变仪的工作状态调整到与试样在实际试验使 用温度加载时的状态一致 A.4旋转标定器的测微计并通过垂直伸缩管给引伸计施加一给定位移,从应变仪上读出与给定位移相 对应的引伸计应变,按式(A.1)确定引伸计的标定系数 K A.1 一司 式中: 引伸计标定系数; K -测微计给定位移,单位为毫米( mm; -引伸计规定标距,单位为毫米(mm); la 引伸计应变 e仅 A.5标定应做两组测试,采用分级施加位移的方法,每组测试至少应包括10个测试点,并且尽可能均 匀分布在引伸计的整个标定范围内 A.6在引伸计损坏或修理后,应重新标定

定向纤维增强聚合物基复合材料超低温拉伸性能试验方法GB/T38534-2020

背景

定向纤维增强聚合物基复合材料（DFRP）是一种优良的高性能材料，具有很好的力学性能和热膨胀性能，因此被广泛地应用于航空航天、车辆制造、建筑结构等领域。随着科技的不断发展，越来越多的应用场景需要DFRP在极低温环境下工作，因此对其超低温拉伸性能的研究也越来越受到关注。

应用范围

本标准规定了DFRP在超低温环境下的拉伸性能试验方法，适用于DFRP制品和材料的力学性能测试。

规定

本标准主要包括以下方面的规定：

• 术语和定义
• 试验原理
• 试样的制备
• 试验设备
• 试验步骤
• 试验结果的处理与表述
• 试验报告的内容和格式

试验设备

试验设备主要包括拉伸试验机、恒温槽、冷却系统等。其中，恒温槽和冷却系统的温度范围应符合试验要求。

试验步骤

试验步骤主要包括以下几个方面：

1. 试样的准备
2. 试样的安装
3. 试验参数的设置
4. 试验过程的记录和数据采集
5. 试验结果的处理和分析

试验结果的处理与表述

试验完成后，应对试验结果进行处理和表述，得到相应的力学性能参数，例如：最大拉伸应力、屈服强度、断裂伸长率等。

试验报告的内容和格式

试验报告应包括以下内容：

• 试验目的
• 试验设备和试样的说明
• 试验步骤的详细记录
• 试验结果的处理和表述
• 试验结果的分析和讨论
• 结论
• 参考文献

结论

本标准规定了DFRP在超低温环境下的拉伸性能试验方法，为DFRP材料的研究提供了一个标准化的测试手段。通过该标准的实施，可以更加准确地评价DFRP在超低温环境下的拉伸性能，为DFRP在实际应用中提供重要的参考和指导。

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