GBT 1458-2023 纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣力學(xué)性能試驗(yàn)方法

纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣力學(xué)性能試驗(yàn)方法Testmethodformechanicalpropertiesofringoffilament-winding2023-09-07發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T1458—2008《纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣力學(xué)性能試驗(yàn)方法》,與GB/T1458—2008相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：——增加了拉伸試驗(yàn)的適用范圍(見第1章);——增加了纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管制樣的要求(見5.5);——增加了纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣的型式和尺寸(見5.6.2);——增加了剪切試驗(yàn)夾具上壓頭半徑公差和表面硬度的規(guī)定(見6.2.3);——增加了剪切試驗(yàn)的典型破壞形式(見6.3.5);——?jiǎng)h除了“拉伸試樣尺寸”圖(見2008年版的圖8);——增加了拉伸試驗(yàn)Ⅱ型夾具(見7.2.3);——增加了纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣的加載速度(見7.2.4);——增加了纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣尺寸測(cè)量的規(guī)定(見7.3.3);——增加了夾具上安裝纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣的規(guī)定(見7.3.4)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)提出。本文件由全國(guó)纖維增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC39)歸口。本文件起草單位：哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司、哈爾濱石油學(xué)院、北京玻鋼院檢測(cè)中心有限公司、黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——1978年首次發(fā)布為GB/T1458—1978《纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣拉伸試驗(yàn)方法》,1988年第一次修訂?！?008年第二次修訂時(shí)，并入了GB/T1461—1988《纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣剪切試驗(yàn)方法》(1978年首次發(fā)布為GB/T1461—1978《纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣剪切試驗(yàn)方法》,1988年第一次修訂)、GB/T2578—1989《纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣制作方法》(1981年首次發(fā)布為《纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣制作方法》,1989年第一次修訂)的內(nèi)容?！敬螢榈谌涡抻?。1纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣力學(xué)性能試驗(yàn)方法1范圍本文件規(guī)定了纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣力學(xué)性能試驗(yàn)的方法原理、試樣制作、剪切試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)和試驗(yàn)報(bào)告。本文件適用于測(cè)定單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣的層間剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、纖維拉伸強(qiáng)度，以及纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管的環(huán)向拉伸強(qiáng)度。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1446纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則GB/T2577玻璃纖維增強(qiáng)塑料樹脂含量試驗(yàn)方法GB/T3855碳纖維增強(qiáng)塑料樹脂含量試驗(yàn)方法3術(shù)語(yǔ)和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語(yǔ)和定義。4方法原理4.1試樣制作方法單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣采用單環(huán)纏繞法或圓筒切環(huán)法制作，此兩種方法可采用濕法纏繞或預(yù)浸法纏繞，兩種纏繞工藝分別見圖1和圖2。纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣是直接從纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管上切割下環(huán)形試樣，再進(jìn)行機(jī)械加工制作。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：2——干燥箱；3——干紗張力輥；4——膠槽；標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——預(yù)浸帶團(tuán)；2——張力裝置；3——導(dǎo)絲孔；4——模具。5——擠膠輥；6——張力裝置；7——導(dǎo)絲孔；8——模具。圖1濕法纏繞示意圖圖2預(yù)浸法纏繞示意圖3單環(huán)纏繞法按規(guī)定的試樣內(nèi)徑尺寸，用單環(huán)模具在纏繞機(jī)上繞制，經(jīng)固化、外表面加工、脫模，制作環(huán)形試樣。圓筒切環(huán)法按規(guī)定的試樣內(nèi)徑尺寸，用圓筒芯模在纏繞機(jī)上繞成圓筒，經(jīng)固化、外表面加工、脫模、4.2剪切試驗(yàn)方法試樣采用三點(diǎn)彎曲的加載方式，以規(guī)定的加載速率施加載荷，直至試樣破壞，記錄破壞載荷，計(jì)算剪切強(qiáng)度。4.3拉伸試驗(yàn)方法將試樣裝在試驗(yàn)機(jī)的拉力盤上，以規(guī)定的加載速率施加拉伸載荷，直至試樣破壞，記錄破壞載荷，計(jì)算拉伸強(qiáng)度等。5試樣制作5.1設(shè)備纏繞機(jī)由紗架、膠槽、張力控制裝置、導(dǎo)絲孔和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。5.1.2模具和芯模單環(huán)模具見圖3。圓筒切環(huán)法的芯模兩端應(yīng)留有適當(dāng)?shù)慕虞S，以利于模具裝配到纏繞機(jī)上。可采用合適的壓機(jī)。固化裝置應(yīng)具有適當(dāng)?shù)目煽氐臏囟确秶?，溫度控制精度為?℃。4單位為毫米標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——外模；2—-中模。圖3單環(huán)模具示意圖5.2原材料的貯存和處理?xiàng)l件纖維、樹脂和固化劑等原材料應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行驗(yàn)收和貯存。5.2.2.1纖維在纏繞前應(yīng)進(jìn)行干燥處理。玻璃纖維置于(80±2)℃的烘箱內(nèi)，干燥8h。在不影響表面處理劑條件下，可采用(105±2)℃,干燥2h。制備環(huán)形試樣時(shí)，纖維經(jīng)干燥處理后，放置環(huán)境的相對(duì)濕度不大于65%。5.2.2.2碳纖維和芳綸纖維置于105℃~120℃的烘箱內(nèi)，至少干燥2h。將處理后的纖維置于溫度保持在70℃~80℃的烘箱內(nèi)。5.3濕法纏繞工藝制樣把處理干凈的模具或芯模涂上脫模劑。紗團(tuán)置于紗架上，纖維從紗團(tuán)拉出時(shí)，保持捻度不變，并施加輕微的張力，以防其晃動(dòng)。纖維從紗團(tuán)引出，經(jīng)過(guò)導(dǎo)輥，進(jìn)入有加熱裝置的膠槽。纖維從膠槽拉出時(shí)，在盡量減少纖維磨損的情況下，用擠膠輥或刮膠板等裝置將多余的膠除去。5把浸過(guò)膠的纖維經(jīng)過(guò)一系列導(dǎo)輥，對(duì)纖維施加所需的張力。纏繞張力：玻璃纖維為纖維斷裂強(qiáng)力的5%～8%;芳綸纖維為纖維斷裂強(qiáng)力的3%～4%;碳纖維按工藝要求，以不使纖維損壞為宜。纖維排布應(yīng)均勻，不應(yīng)有堆積、離縫等現(xiàn)象。使纖維浸漬均勻，張力穩(wěn)定，纏繞速度以不大于60r/min為宜(線速度則為28m/min)。環(huán)形試樣纏繞完畢后，按規(guī)定的固化制度進(jìn)行固化。同批繞制的環(huán)形試樣固化前存放時(shí)間不應(yīng)超固化后的單環(huán)試樣，先卸去兩側(cè)外模，串在一起用磨削或精車進(jìn)行表面加工。加工后，用壓機(jī)脫去中模。固化后的圓筒，先磨削或精車進(jìn)行表面加工，再切環(huán)脫模。5.4預(yù)浸法纏繞工藝制樣預(yù)浸法制備試樣的程序與濕法纏繞工藝基本相同，但模具的預(yù)熱溫度及預(yù)浸帶的烘烤條件、纏繞張力、纏繞速度等，需按預(yù)浸帶規(guī)定的技術(shù)條件確定。5.5纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管制樣試樣直接從纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管上切割，再進(jìn)行機(jī)械加工，兩個(gè)縮減面在相距180°的位置，橫斷面在相對(duì)于試樣寬度的中心位置。5.6試樣的型式和尺寸5.6.1濕法纏繞或預(yù)浸法纏繞制作的試樣，分別為剪切試樣和單向拉伸試樣兩種型式，見表1和圖4。5.6.2纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管制作的試樣，縮減面半徑r不小于9mm,縮減面最小寬度l不小于14mm,試樣寬度L不小于23mm,見圖5。表1試樣規(guī)格單位為毫米型式尺寸Dbh單向拉伸試樣6標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：D——內(nèi)徑；b——寬度；h——厚度。圖4濕法纏繞或預(yù)浸法纏繞試樣標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：r——縮減面半徑；l——縮減面最小寬度；L——試樣寬度。圖5纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣6剪切試驗(yàn)6.1剪切試樣剪切試樣尺寸見圖6。試樣長(zhǎng)度L:玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為21mm～30mm,碳纖維和芳綸纖維7增強(qiáng)復(fù)合材料為18mm～21mm。單位為毫米圖6剪切試樣尺寸試樣制作按第5章的規(guī)定。剪切試樣由環(huán)形試樣徑向切取，且等量地由3個(gè)環(huán)中切取。每組試樣不少于9個(gè)，并保證同批有9個(gè)有效試樣。6.2試驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件按GB/T1446的規(guī)定。試驗(yàn)設(shè)備按GB/T1446的規(guī)定。剪切試驗(yàn)夾具應(yīng)有允許試樣自由伸長(zhǎng)的滑動(dòng)支座和自動(dòng)對(duì)中的裝置，見圖7。上壓頭半徑為(3士0.25)mm,硬度為(60～62)HRC,表面精細(xì)，無(wú)壓痕和毛刺?；瑒?dòng)支座間距l(xiāng):玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為20mm,碳纖維和芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為11mm,見圖8。81——試樣；3——滑動(dòng)支座；4——保證加載方向的滑槽；5——加載桿；6——鍵；7——支座滑動(dòng)軸承；9——底座。圖7剪切試驗(yàn)夾具標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：2—-試樣；3——上壓頭；l——滑動(dòng)支座間距。圖8試樣加載簡(jiǎn)圖96.2.4加載速度加載速度為1mm/min～2mm/min。6.3試驗(yàn)步驟6.3.1試樣檢查按GB/T1446的規(guī)定。6.3.2試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)按GB/T1446的規(guī)定。6.3.3將試樣編號(hào)。在試樣中部和兩端共三處，測(cè)量試樣的寬度和厚度，取算術(shù)平均值。測(cè)量精確到0.01mm。6.3.4將試樣凸面向上放在支座上，上壓頭與試樣接觸的軸線垂直于試樣長(zhǎng)度方向，見圖8。6.3.5均勻、連續(xù)地對(duì)試樣施加載荷，記錄破壞載荷。若試樣破壞后，失效形式為彎曲、擠壓等非層間剪切破壞時(shí)，則該試樣予以作廢。剪切試驗(yàn)的典型破壞形式見圖9。a)層間剪切破壞b)彎曲-壓縮破壞c)彎曲-拉伸破壞d)擠壓形變圖9剪切試驗(yàn)的典型破壞形式6.4計(jì)算層間剪切強(qiáng)度按公式(1)計(jì)算：式中：r,——層間剪切強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa);pu——破壞載荷，單位為牛頓(N);b——試樣寬度，單位為毫米(mm);h——試樣厚度，單位為毫米(mm)。6.5試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果按GB/T1446的規(guī)定。7拉伸試驗(yàn)7.1拉伸試樣7.1.1試樣尺寸拉伸試樣尺寸按5.6的規(guī)定。試樣制作按第5章的規(guī)定。每組試樣不少于5個(gè)，并保證同批有5個(gè)有效試樣。7.2試驗(yàn)條件7.2.1實(shí)驗(yàn)室環(huán)境實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件按GB/T1446的規(guī)定。試驗(yàn)設(shè)備按GB/T1446的規(guī)定。拉伸試驗(yàn)的夾具見圖10。單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣采用I型夾具；纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣采用Ⅱ型夾具，拉力盤寬度應(yīng)大于試樣寬度，直徑與試樣內(nèi)徑相近。單位為毫米標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——定位銷；2——取環(huán)孔；3——盤體；4——擋環(huán)凸輪。a)I型夾具圖10拉伸夾具圖b)Ⅱ型夾具圖10拉伸夾具圖(續(xù))單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣的加載速度：玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為3mm/min~5mm/min;碳纖維和芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為2mm/min～3mm/min。纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣的加載速度為2.5mm/min～12.5mm/min。7.3試驗(yàn)步驟7.3.1試樣檢查按GB/T1446的規(guī)定。7.3.2試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)按GB/T1446的規(guī)定。7.3.3將試樣編號(hào)。單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣是通過(guò)試樣圓心劃一直線交于環(huán)的兩側(cè)，并在該處測(cè)量試樣的寬度和厚度，每側(cè)各測(cè)量?jī)牲c(diǎn)，取算術(shù)平均值；纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣是測(cè)量?jī)煽s減面的最小寬度和厚度。測(cè)量精確到0.01mm。7.3.4將試樣裝在夾具上。單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣的劃線處或纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料管試樣的縮減面處對(duì)準(zhǔn)拉力盤的縫隙處，試樣與夾具的接觸表面要加以潤(rùn)滑。7.3.6單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣測(cè)量拉伸彈性模量按附錄A的規(guī)定進(jìn)行測(cè)定。7.3.7玻璃纖維試樣的纖維體積含量測(cè)定按GB/T2577的規(guī)定；碳纖維試樣的纖維體積含量測(cè)定按GB/T3855的規(guī)定。7.4計(jì)算7.4.1拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度按公式(2)計(jì)算：……………GB/T1458—20237.4.2單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣的拉伸彈性模量拉伸彈性模量計(jì)算按附錄A的規(guī)定進(jìn)行。7.4.3單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣的纖維拉伸強(qiáng)度纖維拉伸強(qiáng)度按公式(3)計(jì)算：b——試樣寬度，單位為毫米(mm);V?——纖維體積含量，%。7.5試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果按GB/T1446的規(guī)定。8試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容：a)試驗(yàn)項(xiàng)目名稱及本文件編號(hào)；b)原材料的品種及規(guī)格；c)環(huán)形試樣制作時(shí)的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度；e)模具材料；j)試驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表的型號(hào)、量程及使用情況等；及離散系數(shù)；(規(guī)范性)單向纖維纏繞增強(qiáng)復(fù)合材料環(huán)形試樣拉伸彈性模量的測(cè)定A.1應(yīng)變片法A.1.1在試樣上按圖A.1粘貼應(yīng)變片。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：2——試樣；圖A.1粘貼應(yīng)變片位置示意圖A.1.2加載速度可按方便測(cè)量和讀取變形而選取。A.1.3安裝好測(cè)量變形儀表。施加初載(約破壞載荷的5%),檢查儀表；以一定間隔施加載荷(破壞載荷的30%～50%),記錄應(yīng)變。有自動(dòng)記錄裝置時(shí)，可連續(xù)加載。A.1.4繪制載荷-應(yīng)變曲線。A.1.5拉伸彈性模量按公式(A.1)計(jì)算：式中：E