聚合物復(fù)合材料性能及測試標(biāo)準(zhǔn)

聚合物復(fù)合材料性能及測試標(biāo)準(zhǔn)聚合物復(fù)合材料性能及測試標(biāo)準(zhǔn)聚合物復(fù)合材料性能及測試標(biāo)準(zhǔn)V:1.0精細(xì)整理，僅供參考聚合物復(fù)合材料性能及測試標(biāo)準(zhǔn)日期：20xx年X月聚合物復(fù)合材料性能解釋以及測試標(biāo)準(zhǔn)指南1．1拉伸性能

拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度，彈性模量、泊松比、斷裂伸長率等。對于如高壓容器、高壓管、葉片等產(chǎn)品，必須要測出聚合物復(fù)合材料的拉伸性能，才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)。

對于不同的聚合物復(fù)合材料，拉伸性能試驗(yàn)方法是不同。對于普通的，用國標(biāo)GB/T1447進(jìn)行測試；對于纏繞成型的，用國標(biāo)GB/T1458進(jìn)行測試；對于定向纖維增強(qiáng)的，用國標(biāo)GB/T33541進(jìn)行測試；對于拉擠成型的，用國標(biāo)GB/T13096-1進(jìn)行測試。使用最多的是GB/T1447。

國標(biāo)GB/T1447，對于不同成型工藝復(fù)合材料，又規(guī)定不同形狀的拉伸試樣，有帶R型、直條型及啞鈴型。使用拉伸試驗(yàn)機(jī)或萬能試驗(yàn)按規(guī)定的加載速度對試樣施加拉伸載荷直到試樣破壞。用破壞載荷除以試樣橫截面面積則為拉伸強(qiáng)度。從測出的應(yīng)力----應(yīng)變曲線的直線段的斜率則為彈性模量，試樣橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比為泊松比。破壞時的應(yīng)變稱為斷裂伸長率。

單位面積上的力，稱為應(yīng)力，通常用MPa（兆帕）表示，1MPa相當(dāng)于1N/mm2的應(yīng)力。應(yīng)變是單位長度的伸長量，是沒有量剛（單位）的。

不同的現(xiàn)代復(fù)合材料其拉伸性能大不一樣，以玻璃纖維增強(qiáng)的玻璃鋼為例：1：1玻璃鋼，拉伸強(qiáng)度為（200-250）MPa，彈性模量為（10-16）GPa；4：1玻璃鋼，拉伸強(qiáng)度為（250-350）MPa，彈性模量為（15-22）GPa；單向纖維的玻璃鋼（如纏繞），拉伸強(qiáng)度大于800MPa，彈性模量大于24GPa；SMC材料，拉伸強(qiáng)度為（40-80）MPa，彈性模量為（5-8）GPa；DMC材料，拉伸強(qiáng)度為（20-60）MPa，彈性模量為（4-6）GPa。

1.2彎曲性能

一般產(chǎn)品普遍存在彎曲載荷，彎曲性能是很重要的，同時，往往用彎曲性能來進(jìn)行原材料，成型工藝參數(shù)，產(chǎn)品使用條件因素等的選擇。

彎曲性能，一般采用國標(biāo)GB/T1449進(jìn)行測試；對于拉擠材料，用國標(biāo)GB/進(jìn)行測試；對于單向纖維增強(qiáng)的，用國標(biāo)GB/T3356進(jìn)行測試。

測試彎曲性能的試樣一般是矩形截面積的長條，簡稱為矩形梁。采用當(dāng)中加載的三點(diǎn)彎曲法。梁的橫截面的上表面承壓縮應(yīng)力，梁下表面承受拉伸應(yīng)力，橫截面積上還要承受剪切應(yīng)力，中性層剪應(yīng)力最大，因此梁所承受彎曲時，其應(yīng)力狀態(tài)是很復(fù)雜的，破壞形式也是多種的。原材料品種、性能及成型工藝參數(shù)對彎曲性能很敏感，試驗(yàn)方法和試樣尺寸同樣也很敏感，為了達(dá)到材料彎曲破壞，國標(biāo)對試樣的跨（跨度或支距）高（試樣厚度）比（l/h）有一定要求，一般要求l/h≥16，對于單向纖維增強(qiáng)的材料，要求l/h≥32。

由于彎曲性能的復(fù)雜性及對各因素的敏感性，對于上述不同材料的彎曲性能，或大于節(jié)中拉伸性能，或小于節(jié)中的拉伸性能。在正常成型工藝情況下，一般彎曲強(qiáng)度略大于拉伸強(qiáng)度，彎曲彈性模量略小于拉伸彈性模量。

1．3壓縮性能

增強(qiáng)纖維或織物，只能承受很大的拉伸力，其本身很柔軟，是不能承受壓縮力的，當(dāng)聚合物復(fù)合材料承受壓縮載荷時，是靠聚合物基體把增強(qiáng)纖維或織物粘結(jié)成整體時才能承受。因此，聚合物復(fù)合材料的壓縮性能與聚合物的品種、性能、成型工藝、二者的界面等的關(guān)系很密切，同一種復(fù)合材料的壓縮性能變化也很大。一般高溫高壓成型的壓縮性能要高，有的甚至于高于拉伸性能。一般情況彈性模量，壓縮的與拉伸的相差的極小，壓縮強(qiáng)度略比拉伸強(qiáng)度低，特別是室溫固化，成型工藝質(zhì)量欠佳的材料，壓縮強(qiáng)度要比拉伸強(qiáng)度低得多。

壓縮性能，一般用國標(biāo)GB/T1448進(jìn)行測試。標(biāo)準(zhǔn)試樣為30×10×10（mm）棱型或35×10×10（mm）園柱型。要求兩端面相互平行，不平行度應(yīng)小于試樣高度的%，否則，試驗(yàn)本身對測試結(jié)果也有不良影響。

當(dāng)產(chǎn)品的壁厚較薄時，不能按GB/T1448進(jìn)行測試，應(yīng)用GB/T5258測試,試樣厚度可以按產(chǎn)品實(shí)際厚度，這個試驗(yàn)方法的夾具是比較先進(jìn)、科學(xué)的。

1．4剪切性能

由于聚合物復(fù)合材料的層狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，產(chǎn)品在使用中，在不同受力條件下，在不同部位存在三種剪切性能，為面內(nèi)剪切，層間剪切和斷紋剪切。

如工字梁腹板，在工字梁承受彎曲時，腹板就是承受面內(nèi)剪切。對于面內(nèi)剪切性能，用國標(biāo)GB/T3355進(jìn)行測試。該方法用45°方向的拉伸試驗(yàn)測出復(fù)合材料縱橫剪切性能，包括剪切強(qiáng)度和剪切模量。試驗(yàn)方法與普通拉伸性能一樣，僅要測出縱向和橫向變形，如同拉伸試驗(yàn)測泊松比一樣。計(jì)算公式不一樣，計(jì)算結(jié)果是縱橫剪切強(qiáng)度和模量。

對于層間剪切性能，有兩個測試方法：①國標(biāo)GB/；②國標(biāo)GB/T3357。方法①要求試樣較厚為15mm，要特制試樣，往往與產(chǎn)品實(shí)際情況有別差。方法②可以按產(chǎn)品實(shí)際厚度取樣，較方便，但對于較接近各向同性，或?qū)娱g剪切強(qiáng)度較大的，唯以測準(zhǔn)。方法①②僅只能側(cè)出層間強(qiáng)度。要測出層間剪切模量可以參考GB/T1456的原理進(jìn)行測試，已有大量試驗(yàn)說明，此原理可以測出復(fù)合材料的的層間剪切模量。

對于拉擠材料，可以用GB/和測出剪切強(qiáng)度。

用國標(biāo)B/測出來的是復(fù)合材料斷紋剪切強(qiáng)度。

縱橫剪切強(qiáng)度為（40-80）MPa，縱橫剪切模量為（2-4）MPa；層間剪切強(qiáng)度為（10-50）MPa，剪切模量為（）GPa；斷紋剪切強(qiáng)度為（80-100）MPa。

1.7沖擊性能

當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)受動載荷時、需要材料的沖擊強(qiáng)度(韌性)性能指標(biāo),沖擊強(qiáng)度高低也說明材料的韌性性能,是選材的性能指標(biāo)之一。

沖擊強(qiáng)度用國標(biāo)GB/T1451進(jìn)行測試。國標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸，當(dāng)試樣尺寸，特別是試樣厚度小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸時，測出來的沖擊強(qiáng)度要偏小。沖擊強(qiáng)度除與材料品種、性能有關(guān)外，還與試樣厚度有關(guān)，一般試樣厚，測出來的沖擊強(qiáng)度高。一般情況下，沖擊強(qiáng)度為：1：1玻璃鋼，（100-300）kJ/m2；4：1玻璃鋼，（200-600）kJ/m2；SMC，（20-60）KJ/m2；DMC，（10-30）KJ/m2；拉擠材料，（300-650）KJ/m2。

1．8性能的方向性

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其力學(xué)性能有較明顯的方向性、拉伸強(qiáng)度、模量，彎曲強(qiáng)度、模量，壓縮強(qiáng)度、模量沿纖維方向的最大，與纖維方向成45°方向的最小，拉伸性能最為明顯，無壓成型的壓縮性能，方向性程度要低一些。面內(nèi)剪切強(qiáng)度、模量、泊松比、沖擊強(qiáng)度，與上相反，45°方向最大?？梢岳眠@一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的復(fù)合材料產(chǎn)品。

2、基本理化性能

2．1密度

聚合物復(fù)合材料輕質(zhì)是指密度小，為（）g/cm3,是金屬的1/4-1/5。用國標(biāo)GB/T1463進(jìn)行測試.常用聚合物復(fù)合材料制成夾層結(jié)構(gòu)的蜂窩,密度為，泡沫塑料密度為g/cm3。

2．2巴氏硬度

聚合物復(fù)合材料的硬度指標(biāo)不同于金屬，是用巴柯爾硬度計(jì)測試，國標(biāo)GB/T3854。巴氏硬度除與原材料品種、性能有關(guān)外，更與成型工藝、固化程度有關(guān)，一般用巴氏硬度來控制產(chǎn)品制造過程。一般巴氏硬度為30-60，玻璃的巴氏硬度為100。

2．3固化度

固化度是指聚合物（樹脂）的固化程度，用樹脂不可溶分含量的試驗(yàn)方法，國標(biāo)GB/T2576來測試，一般產(chǎn)品要求固化度≥80%，對于高溫固化產(chǎn)品，要求≥90%。

2．4樹脂含量

樹脂含量的大小直接影響產(chǎn)品的力學(xué)性能和理化性能。用測出樹脂含量的方法可以直接檢驗(yàn)產(chǎn)品的成型工藝是否符合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求及均勻性，用國標(biāo)GB/T2577進(jìn)行測試。

2．5負(fù)荷熱變形溫度

試樣在一定負(fù)荷（）下受熱變形到一定指標(biāo)的溫度，稱為負(fù)荷熱變形溫度，用國標(biāo)GB/T1634-2進(jìn)行測試，此性能直接反映聚合物（樹脂）的耐熱性能，不同聚合物復(fù)合材料，其負(fù)荷熱變形溫度差別很大，低的為100℃，高的可達(dá)300℃以上。測出此性能指標(biāo)，可供產(chǎn)品在什么樣溫度條件下使用時參考。

2．6熱導(dǎo)率

聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率是比較小的，為（）W/Km，屬絕熱材料，用國標(biāo)GB/T3139進(jìn)行測試。

2．7電阻率

聚合物復(fù)合材料的電阻率是比較高的，屬于電絕緣材料，同時又是非磁性材料，體積電阻率，表面電阻率依次為1012-15Ω?cm，1011-14Ω，與聚合物（樹脂）的品種有關(guān)系。環(huán)氧類型的電阻率要更高一些。

2．8線熱膨脹系數(shù)

線熱膨脹系數(shù)與聚合物（樹脂）品種關(guān)系很大，聚酯類的線膨脹系數(shù)大，環(huán)氧、酚醛類的小。同時與纖維方向織物經(jīng)緯比也很有關(guān)系，一般纖維方向線熱膨脹系數(shù)小。在（）×10-6范圍。當(dāng)然，這是指玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，當(dāng)采用碳纖維時，可以制零熱膨脹系數(shù)，甚至于是負(fù)熱膨脹系數(shù)的材料，在精密儀器上得到廣用。

2．9吸水性

在保證產(chǎn)品質(zhì)量情況下制成的聚合物復(fù)合材料的吸水率，一般≤1%，用國標(biāo)GB/T1462測試。

復(fù)合材料吸水性能的另一個指標(biāo)是耐水性，把復(fù)合材料放在水中一定時間后，其強(qiáng)度（主要指彎曲強(qiáng)度）的變化，這有兩個測試方法：①GB/T2575，是用常溫水浸試樣。②GB/T10703，是用（60-100）℃水浸試樣，屬耐水性加速試驗(yàn)方法。

3特殊性能

聚合物復(fù)合材料在常溫下就有蠕變，承受拉伸時，蠕變小，承受彎曲和剪切時，蠕變大，測試方法國標(biāo)為GB/T6059。持久強(qiáng)度較為破壞強(qiáng)度的（40-50）%。

聚合物復(fù)合材料的疲勞性能，與受力狀態(tài)、樹脂品種、纖維方向、成型工藝、循環(huán)次數(shù)等關(guān)系密切。若循環(huán)到5×106次時，疲勞強(qiáng)度約為靜態(tài)強(qiáng)度的（25-30）%。試驗(yàn)方法國標(biāo)為GB/T16779。

聚合物復(fù)合材料的高低性能