GB/T 38534-2020

120 犙23! " # $ % & ' ' ( ) * 犌犅/犜38534—2020!"#$%&'()*+(,- ./012345678 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉狋犲狀狊犻犾犲狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狅狉犻犲狀狋犲犱犳犻犫狉犲狉犲犻狀犳狅狉犮犲犱狆狅犾狔犿犲狉犿犪狋狉犻狓犮狅犿狆狅狊犻狋犲犿犪狋犲狉犻犪犾狊犪狋狌犾狋狉犪-犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲 2020-03-069: 2021-02-01;< ' ( + , - . / 0 1 2 ' ( ) * 3 / 0 4 5 6 9 : 前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国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:中国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。 I 犌犅/犜38534—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 1 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-196°C~-269°C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。 2 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 3 方法原理在-196°C~-269°C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。 4 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(如液氦等)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。 1 犌犅/犜38534—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±3°C。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、氮气瓶等辅助设备;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1°C,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。 犪) 0°单向层合板试样和多向层合板试样图1 试样示意图 2 犌犅/犜38534—2020 犫) 90°单向层合板试样说明: 犔———试样长度; 犠———试样宽度; 犺———试样厚度; 犔0———加强片长度; δ ———加强片厚度; θ ———加强片边缘斜截角。 图1(续) 表1 试样尺寸单位为毫米试样铺层尺寸犔犠犺犔0 δ θ 0°单向层合板 180~200 12.5±0.1 1±0.2 50 1.5 15°~90° 90°单向层合板 180~200 25±0.1 2~4 — — — 多向层合板 180~200 25±0.1 1.5~2.5 50 1.5 15°~90° 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。 3 犌犅/犜38534—2020 6 试样状态调节试验前,试样在温度为23°C±2°C,相对湿度50%±10%的实验室至少放置24h。 7 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入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20min; c) 制冷机冷却时,保温时间不少于30min。 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±2°C。试验过程中,试样工作段两端温度差的绝对值应不超过3°C。 4 犌犅/犜38534—2020 7.5.5 试验温度为-196°C或-269°C时,可将试样整体浸泡在液氮(-196°C)或液氦(-269°C)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。 8 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: σt=犘max 犠犺 ..............................(1) 式中: σt———拉伸强度,单位为兆帕(MPa); 犘max———破坏前试样承受的最大载荷,单位为牛顿(N); 犠———试样宽度,单位为毫米(mm); 犺———试样厚度,单位为毫米(mm)。 8.2 拉伸弹性模量 90°试样拉伸模量在0.0005~0.0015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0.001~0.003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: 犈t=Δ犘犾犠犺Δ犾 ..............................(2) 犈t=ΔσΔε ..............................(3) 式中: 犈t———拉伸弹性模量,单位为兆帕(MPa); 犾———试样工作段内的引伸计标距,单位为毫米(mm); Δ犘———载荷增量,单位为牛顿(N); Δ犾———与Δ犘对应的引伸计标距长度内的变形增量,单位为毫米(mm); Δσ ———与Δ犘对应的拉伸应力增量,单位为兆帕(MPa); Δε ———与Δ犘对应的应变增量,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: μ12=Δε横 Δε纵 ..............................(4) ε纵=Δ犾L 犾L ..............................(5) 5 犌犅/犜38534—2020 ε横=Δ犾T 犾T ..............................(6) 式中: μ12———泊松比; Δε纵———对应载荷增量Δ犘的纵向应变增量,见式(5),无量纲; Δε横———对应载荷增量Δ犘的横向应变增量,见式(6),无量纲; 犾L———纵向引伸计的标距,单位为毫米(mm); 犾T———横向引伸计的标距,单位为毫米(mm); Δ犾L———对应Δ犘纵向变形增量,单位为毫米(mm); Δ犾T———对应Δ犘横向变形增量,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: εlt=Δ犾b犾 ..............................(7) 式中: εlt———纵向拉伸破坏应变,无量纲; Δ犾b———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)。 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。 9 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; b) 试验人员、试验时间和地点; c) 试样的来源及制备情况,材料品种及规格; d) 试样的铺层形式、编号、形状和尺寸、外观质量及数量; e) 试验温度、实验室的相对湿度; f) 试样的冷却方式、冷却时间; g) 试验速率、测量应变的方式; h) 试验仪器的型号; i) 试样的失效破坏模式; j) 试验结果。 6 犌犅/犜38534—2020 附录犃 (资料性附录) 引伸计低温下的标定犃.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0.001mm。 犃.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。 犃.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。 犃.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: 犓=Δ犾犾0·ε仪 ..............。