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| 标准编号 | GB/T 38534-2020 (GB/T38534-2020) | | 中文名称 | 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 | | 英文名称 | Test method for tensile properties of oriented fibre reinforced polymer matrix composite materials at ultra-low temperature | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | Q23 | | 国际标准分类 | 83.120 | | 字数估计 | 10,110 | | 发布日期 | 2020-03-06 | | 实施日期 | 2021-02-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 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
GB/T 38534-2020 英文名称: Test method for tensile properties of oriented fibre reinforced polymer matrix composite materials at ultra-low temperature
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℃~-269℃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/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则
GB/T 3354 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℃~-269℃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/T 1446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。
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℃。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℃,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/T 1446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。
a) 0°单向层合板试样和多向层合板试样
b) 90°单向层合板试样
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/T 1446的规定。
5.5 试样数量
每组有效试样应不少于5个。
6 试样状态调节
试验前,试样在温度为23℃±2℃,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/T 1446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℃。试验过程中,试样工作段两端温度差的绝对值应不超过3℃。
7.5.5 试验温度为-196℃或-269℃时,可将试样整体浸泡在液氮(-196℃)或液氦(-269℃)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/T 3354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:
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:
l ---试样工作段内的引伸计标距,单位为毫米(mm);
ΔP ---载荷增量,单位为牛顿(N);
Δl ---与ΔP 对应的引伸计标距长度内的变形增量,单位为毫米(mm);
Δσ ---与ΔP 对应的拉伸应力增量,单位为兆帕(MPa);
Δε ---与ΔP 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:
Δε纵---对应载荷增量ΔP 的纵向应变增量,见式(5),无量纲;
Δε横---对应载荷增量ΔP 的横向应变增量,见式(6),无量纲;
lL ---纵向引伸计的标距,单位为毫米(mm);
lT ---横向引伸计的标距,单位为毫米(mm);
ΔlL---对应ΔP 纵向变形增量,单位为毫米(mm);
ΔlT---对应ΔP 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:
8.5 试验结果
对于每一组试验,按照GB/T 1446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......
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